De nos jours, la réalisation d'un projet de grande ampleur implique toujours une notion de travail d'équipe. Depuis plusieurs années, nous assistons donc à une demande croissante en termes d'outils informatiques pour assister les activités collaboratives. Les solutions les plus abouties à ce jour sont les environnements virtuels collaboratifs (CVE). L'utilisation de ces outils reste cependant marginale en raison de la dimension " distante " de la collaboration qu'ils proposent : en situation réelle, les participants sont, dans la plupart des cas, situés au même endroit. Cette situation porte le nom de " colocalisation ". Les grandes structures adoptent une méthode de travail colocalisé appelée " war room " : un espace physique multi-surfaces permettant un travail simultané et non-linéaire. Les travaux présentés dans cette thèse visent à proposer une plateforme matérielle et logicielle plus proche des besoins d'une équipe colocalisée, et focalisée sur le travail de revue de projet autour de maquettes numériques 3D. Après une analyse de la notion d'espace et des comportements sociaux et cognitifs des individus en situation de colocalisation, nous proposons une plateforme informatisée s'inspirant de la dynamique d'une War room. Nous mettons en particulier l'accent sur la diversité des compétences des utilisateurs en implémentant un système de " canaux d'interaction/visualisation " offrant des perceptions hétérogènes du même objet virtuel dans la war room. Ce travail est complété par la définition d'un moyen de transformer une plateforme CVE classique (SPIN|3D) pour la rendre compatible avec le travail en war room. Cette transformation repose notamment sur l'insertion de plusieurs degrés d'abstraction de données dans une architecture que nous appelons MnVO. La plateforme résultante a été mise en application sous la forme de deux prototypes : le premier propose un scenario de collaboration distribuée autour d'une voiture virtuelle. Le second s'appuie sur le système de canaux pour fournir un scénario de revue de projet d'urbanisme. / Performing a large scale job always involves some teamwork. Therefore, for several years, there has been a growing need regarding computer assistance for this kind of collaborative task. The most complete solutions existing today are collaborative virtual environments (CVE). However, the use of these tools is still uncommon because of the "distant" aspect of the collaboration in CVEs: In a real use case, co-workers are mostly located in the same place. Such a situation is called "colocation". Therefore, large companies choose another working method called "war room": a physical space allowing simultaneous and non-linear work using multiple working surfaces. This thesis aims at providing a hardware and software platform dedicated to collocated collaboration and focused on project review activities. After having analyzed the notion of space, and observed socio-cognitive behavior of collocated coworkers, we present a computer-aided platform inspired from war rooms. This work emphasizes on the users' competence diversity by implementing a paradigm called "channels". These channels offer multiple heterogeneous representations of virtual objects in the war room. This work is completed by the definition of a method for changing a classical CVE platform (SPIN|3D) into a computer-supported war room. This transformation involves notably the insertion of several abstraction levels for data; thanks to software architecture we call MnVO. The resulting platform is finally used for two prototypes: The first one provides distributed collaboration activity upon a virtual vehicle. The second one relies on the channels technology and provides an urbanism project review scenario.

Les rôles du contrôle et des contrôleurs de gestion financiers dans les grandes entreprises

La grande majorité des robots actuels sont utilisés dans le domaine industriel. Ils doivent travailler à l’intérieur d’un environnement contrôlé afin de ne pas blesser les gens qui les entourent. Les robots industriels sont habituellement rigides et ne sont pas adaptés pour travailler dans des environnements non contrôlés. Afin de pallier à ce problème, une nouvelle branche de la robotique est en émergence. Qualifiée de robotique sécuritaire avec les humains, elle permet à des robots de travailler à proximité des humains et par le fait même, d’être utilisés dans plusieurs autres domaines dont l’environnement n’est pas contrôlé. L’utilisation d’actionneurs compliants est une approche utilisée pour la conception de robot souple. La majorité de ces types d’actionneurs possèdent une bande passante limitée en force ce qui est problématique pour plusieurs tâches nécessitant un contrôle à la fois précis en position et en force. Ce projet de maîtrise traite de l’élaboration et du contrôle d’un nouveau concept d’actionneur à grande densité de force utilisant la technologie magnétorhéologique (MR), et ce, dans un embrayage combiné à l’enroulement de tendons. Les embrayages MR permettent d’avoir de larges bandes passantes en force, d’isoler l’inertie du moteur avec le joint externe, de distribuer la puissance d’une seule source d’énergie cinétique et possède une grande densité de force. En combinant les embrayages MR à l’enroulement de tendons, il est possible de repousser la masse du robot à sa base, ce qui réduit grandement l’inertie de la structure du système. En utilisant le fluide MR dans un embrayage, le contrôle du couple est plus simple à implémenter. Par exemple, il est possible d’effectuer des mouvements qui requièrent beaucoup de force dans un court intervalle de temps, tout en étant capable d’effectuer une tâche qui requiert une grande précision de mouvement. Cette combinaison, inexistante actuellement, pourrait mener à des changements importants dans le secteur de la robotique sécuritaire avec les humains et de la robotique mobile. En plus de combiner ces dernières technologies mécaniques, les techniques de contrôle doivent être adaptées afin d’exploiter le plein potentiel de ce type de système. Dans ce mémoire, la conception et la réalisation de prototypes et de techniques de contrôle sont présentés. Pour valider les performances du nouveau type d’actionneur, les performances de bande passante en couple de l’embrayage MR et en force en ajoutant le système de transmission par câble sont illustrées et discutées. Par la suite, un prototype complet utilisant quatre embrayages MR est présenté et caractérisé au niveau de la bande passante en force et en position. En plus de l’aspect mécanique, une technique de contrôle adaptée au nouveau système d’actionnement est présentée. Pour valider et développer l’algorithme de contrôle en position, un prototype utilisant des moteurs électriques est développé. La capacité à s’adapter au changement de configuration du système d’actionneur est illustrée et discutée. Les algorithmes de contrôle sont ensuite validés sur le prototype utilisant les embrayages MR.

En propulsion électrique, le freinage régénératif consiste à récupérer l’énergie cinétique du véhicule en freinant la roue propulsée avec la motorisation électrique. Afin d'optimiser la quantité d'énergie récupérée à partir du freinage électrique, la plupart des études antérieures proposent des stratégies qui consistent à définir le couple de freinage en fonction de la vitesse du véhicule. Dans cette étude nous proposons une stratégie originale qui consiste à commander le glissement de la roue freinée en fonction de la vitesse du véhicule. Les deux principales hypothèses qui ont motivé ce travail sont que cette stratégie de récupération, réglée à l’optimum, est moins sensible aux incertitudes et qu’elle permet d’éviter une perte d’adhérence de la roue, étant donné que le glissement est contrôlé. L’objectif ultime est de démontrer expérimentalement qu’il est possible de mettre en œuvre une telle approche sur un véhicule électrique afin d'assurer une récupération optimale de l'énergie tout en assurant la stabilité du véhicule. Le premier volet de cette étude est d’étudier l’avantage de la stratégie de commande du glissement quand elle est globalement optimisée au sens de maximiser la récupération d’énergie en considérant le rendement énergétique de la chaine électrique et des pertes mécaniques. Pour cela, un simulateur basé sur Matlab/Simulink a été développé et validé par des mesures expérimentales. La nouvelle stratégie en glissement est alors comparée en simulation à d’autres stratégies, et sa sensibilité est évaluée par rapport à des incertitudes paramétriques sur l’inclinaison de la route, la masse et les conditions routières. Les simulations numériques, validées par des essais expérimentaux, montrent qu’un freinage régénératif qui commande le glissement est la stratégie la moins sensible aux variations paramétriques. Le deuxième volet de cette étude porte sur la synthèse et la mise en œuvre d’un contrôleur temps-réel, embarqué sur un véhicule électrique à trois roues, afin de procéder à des tests routiers de la stratégie en glissement. Considérant qu'il n'est pas possible de mesurer directement le glissement, il doit être estimé en temps réel à partir des mesures des encodeurs des roues. Pour ce faire, un modèle d’état non-linéaire du comportement du système de propulsion électrique, incluant la dynamique du glissement, a été expérimentalement identifié. Ce modèle original, combiné à un modèle classique de dynamique longitudinale du véhicule, est utilisé pour la synthèse et la comparaison de deux observateurs de Kalman étendu. Finalement, un estimateur d’adhérence, basé sur un algorithme d’identification de type RLS-[lambda], est mis en place pour corriger en-ligne un facteur lié à l’adhérence. Il devient ainsi possible d’estimer avec précision le glissement de la roue motrice, même en présence de variations paramétriques importantes. Un contrôleur non-linéaire temps réel a été développé et implanté dans le but de suivre une consigne de glissement optimal. Considérant la présence d’un retard pur important dans la chaine de contrôle, le contrôleur se décompose en une partie boucle ouverte afin d’atteindre rapidement la consigne de couple et une rétroaction non-linéaire afin de corriger finement la valeur finale. La synthèse des compensateurs (boucle ouverte et rétroaction) se base sur une linéarisation par morceaux du système à contrôler: les paramètres du modèle d’état sont fixés pour une commande de couple de freinage donnée. La structure de contrôle implantée a été réduite afin de minimiser la puissance de calcul requise. La combinaison de l’observateur de glissement avec le contrôleur de glissement a permis de valider expérimentalement la stratégie de freinage par glissement sur un véhicule électrique. Les conditions de la route (niveau d’adhérence) ont été modifiées pour valider la robustesse du contrôleur sur une surface glissante.

La modélisation dans le domaine de l'agro-écologie est importante car elle permet de mieux comprendre les interactions entre l'environnement et les activités humaines. Des travaux basés sur la simulation ont été développés depuis des années. Cependant, non seulement ces outils restent difficiles à utiliser par les utilisateurs non experts, mais aussi le coût des modèles rend leur utilisation difficile à case de la complexité élevée en cas d'application réelle. Nous proposons une approche qui consiste à représenter le système étudié dans un formalisme de système à événements discrets qui est bien adapté quand la dynamique du système est liée à des interactions entre les entités concernés. Ceci permet de profiter l'efficacité du model-checking pour étudier le comportement du système modélisé et d'utiliser la synthèse de contrôleur pour générer automatiquement des stratégies optimales. Nous présentons deux contributions dans cette thèse. La première contribution concerne le projet EcoMata. Cette modélisation qualitative en automates temporisés pour un réseau trophique marin de type proie-prédateur permet d'analyser l'écosystème à l'aide de model-checking sans avoir à faire des simulations. Des scénarios de requête prédéfinis ont été développés dans un langage naturel pour que les utilisateurs non expert puissent faire des requêtes sur les réseaux trophiques sans avoir des connaissances sur la langage TCTL. Nous avons amélioré la génération automatique d'automates temporisés à partir d'une description des équation Lotka-Votera. Nous avons aussi proposé une approche de synthèse de contrôleur pour générer automatiquement des stratégies optimales de gestion de pêche. Le prototype logiciel EcoMata implémente l'ensemble des propositions incluant la recherche de stratégies optimales. Dans la seconde contribution, nous proposons une modélisation hybride en automates temporisés d'une exploitation de pâturage. Cette modélisation hybride combine un modèle numérique de la croissance d'herbe et un modèle qualitatif des activités de pâturage. Une structure hiérarchique organise les modèles dans quatre couches: la couche biologique, la couche activité, la couche décisionnelle et la couche d'horloge. Nous proposons quatre méthodes pour générer des stratégies optimales des activités de pâturage. La première méthode est appliquée à la recherche de stratégies optimales de la mise au pâturage. Trois méthodes sont dédiées à la recherche de stratégies optimales de la fertilisation. Une d'entre elles utilise la synthèse de contrôleur alors que les deux autres combinent la synthèse de contrôleur et l'apprentissage supervisé pour générer des stratégies génériques par type d'exploitation. Un prototype logiciel PaturMata a été développé implémentant cette modélisation, permettant aux utilisateurs de simuler des scénarios de pâturage et rechercher des stratégies optimales de mise au pâturage. / The modeling in the domain of agro-ecology is important since it helps us to better understand the interactiosn between the environment and the human activities. Some research works based on simulation has been carried out during the recent years. Mainwhile, not only these simulation tools are difficult to use by the non expert users, but also the high complexity of models makes interactive uses impossible. We propose an approch in which we represent the system to be studied in a discret event system formalism. This kind of representation benefits the efficiency of model-checking and makes it possible to use controller synthesis to generate strategies. We present two contributions in this thesis. The first one concerns the project EcoMata. This project proposes a qualitative modelling which represents a marine prey-predator type food chain in timed automata. Predifined query patterns in natural langurage are also proposed which allow users to investigate easiy the food chain. We have improved the efficiency of the algorithm of timed automata generation and also developped a strategy synthesis method to generate best fishing management strategy. The prototype software EcoMata implements all these propositions including the best strategy synthesis. In the second contribution, we propose a hybrid modelling which represents grazing activities in timed automata. This hybrid modelling combines a numerical grass model and a qualitative grazing model. These sub models are organized in a hierarchical struture of four layers: the biological layer, the activity layer, the decision layer and the clock. We propose four methods to generate best grazing management strategy. One of these methods is applied to the movement of herd. The other three methods are applied to fertilization among which one of them use controller synthesis on timed automata and the other two combine controller synthesis and machine learning to generate generic strategy for a exploitation type. A prototype software PaturMata has been developped which implements this modelling method and the generation of the best strategy of herd movement.

Dans cette thèse nous étudions la problématique de l'association dans les réseaux Wi-Fi. Nous proposons des solutions qui permettent à un contrôleur d'optimiser et de gérer d'une manière centralisée les opérations d'association et de réassociation. L'association est exprimée sous forme de problèmes d'optimisations combinatoires. Les modèles proposés tiennent compte des interférences entre les APs et sont conformes avec la méthode d'accès DCF du standard IEEE 802.11. Dans le premier modèle proposé nous avons considéré le cas d'un réseau saturé dans lequel on suppose que chaque AP dispose en permanence de trames à transmettre. Dans ce modèle, nous avons supposé que toutes les stations d'un même AP ont des chances de transmission équivalentes autrement dit le même nombre d'accès au medium. La fonction objectif proposée offre un bon compromis entre l'amélioration du débit des stations et l'équité. Les résultats numériques obtenus sur des simulations réalistes ont montré l'efficacité de cette solution et présentent une amélioration significative des performances du WLAN par rapport à une association basée sur la valeur du RSSI ou par rapport aux approches existantes. Par la suite, étant donné que l'hypothèse d'un réseau tout le temps saturé n'est pas très réaliste, nous avons proposé une solution qui s'appuie sur des mesures réelles telles que les demandes de débit des stations et les taux d'erreur. Notre solution cherche à équilibrer la charge entre les APs. Plus précisément, nous cherchons à diminuer la charge de l'AP le plus chargé dans le WLAN. Pour évaluer cette charge, nous avons proposé un modèle mathématique qui permet d'estimer le BTF « Busy Time Fraction » d'un AP dans n'importe quelle configuration (schéma d'association). Ce modèle est basé sur un réseau de Markov. Le modèle associé au problème d'optimisation permet de proposer la meilleure association. L'évaluation de cette solution par simulation a montré à quel point notre estimation du BTF est précise, et a aussi montré sa capacité à équilibrer la charge entre les APs et à satisfaire la demande en débit des stations. Pour généraliser cette solution aux nouvelles versions du standard IEEE 802.11 comme 802.11n/ac, nous avons adapté le modèle d'estimation du BTF pour qu'il tienne compte des nouvelles améliorations apportées par les couches physiques et MAC du Wi-Fi telles que l'agrégation des canaux, l'agrégation des trames et le bloc d'acquittement. Ainsi, nous avons proposé une nouvelle métrique qui permet d'exprimer à la fois le BTF d'un AP et les taux d'agrégation de trames de chacune de ces stations. L'évaluation numérique de cette solution a montré l'avantage de la nouvelle métrique par rapport au BTF pour améliorer le débit des stations et l'équilibrage de charge dans le WLAN. Il est à noter que, pour la résolution des problèmes d'optimisation combinatoire formulés dans cette thèse, nous avons utilisé des heuristiques de recherche locale itérative. Ces heuristiques sont basées sur une même structure de voisinage, mais les procédures de recherches sont différentes selon la fonction objectif de chaque modèle. Ce choix est justifié par l'efficacité de la recherche locale à fournir des solutions acceptables dans un temps raisonnable pour des problèmes d'optimisation combinatoire complexes / In this thesis we study the problem of association in Wi-Fi networks. We propose solutions that allow a controller to optimize and manage in a centralized way the operations of association and reassociation. Association is expressed as combinatorial optimization problems. The proposed models consider interference between APs and are compliant with the DCF access method of the IEEE 802.11 standard. In the first model proposed we considered the case of a saturated network in which it is assumed that each AP permanently has frames to transmit. In this model, we have assumed that all the stations of the same AP have equivalent chances of transmission, ie the same number of accesses to the medium. The proposed objective function offers a good compromise between improving station throughput and equity. The numerical results obtained on realistic simulations have shown the effectiveness of this solution and show a significant improvement in WLAN performance compared to an association based on the value of the RSSI or compared to existing approaches. Subsequently, since the hypothesis of a saturated network all the time is not very realistic, we have proposed a solution that relies on real measurements such as station throughput requests and the error rates. Our solution seeks to balance the load between APs. Specifically, we seek to reduce the load of the most heavily loaded AP in the WLAN. To evaluate this load, we have proposed a mathematical model that allows to estimate the BTF "Busy Time Fraction" of an AP in any configuration (association scheme). This model is based on a Markov network. The model combined with the optimization problem allows to propose the best association. The evaluation of this solution by simulation has shown how accurate our BTF estimation, and has also shown its ability to balance the load between APs and satisfy the station throughput demands. To generalize this solution to the new versions of the IEEE 802.11 standard such as 802.11n/ac, we adapted the BTF estimation model to take into account the new improvements made by Wi-Fi on physical and MAC layers such as channel aggregation, frame aggregation and block acknowledgment. Thus, we have proposed a new metric that allows to express both the BTF of an AP and the frame aggregation rates of each of its stations. The numerical evaluation of this solution showed the advantage of the new metric compared to the BTF to improve the station throughputs and load balancing in the WLAN. It should be noted that, for the resolution of the combinatorial optimization problems formulated in this thesis, we used iterative local search heuristics. These heuristics are based on the same neighborhood structure, but the search procedures are different depending on the objective function of each model. This choice is justified by the effectiveness of local research in providing acceptable solutions in a reasonable time for complex combinatorial optimization problems

La recherche d’aide est une stratégie qui peut améliorer l’apprentissage et la réussite scolaire. Malgré ce constat, la littérature montre que les étudiants ou élèves décident fréquemment de ne pas rechercher de l’aide. Par ailleurs, dans le domaine de l’aéronautique, peu d’études ont été consacrées à la formation des contrôleurs aériens, qui jouent un rôle central dans le système de régulation du trafic aérien. Étant donné que la performance humaine est classiquement considérée comme un facteur qui contribue à la majorité des incidents et accidents aériens, l’enjeu de ces formations est majeur. L’objectif de cette thèse est double: au plan général, comprendre pourquoi les étudiants décident de ne pas rechercher de l’aide alors que la tâche à réaliser n’est pas à leur portée. Cela relève-t-il d’une décision rationnelle? Quels sont les coûts impliqués? Au plan particulier, vérifier si ce problème existe aussi dans l’environnement d’apprentissage des contrôleurs aériens et si les mêmes conclusions concernant la décision de rechercher ou non de l’aide peuvent être tirées. En ayant pour base un modèle rationnel de prise de décision, dans lequel la décision est une fonction des coûts, de la probabilité et des bénéfices, quatre expériences ont été menées: trois dont les participants étaient des étudiants universitaires et une avec les élèves contrôleurs aériens. Les résultats montrent que les étudiants hésitent à demander de l’aide quand elle est objectivement coûteuse; que le temps consommé en l’utilisant n’est pas considéré comme un coût; et que les étudiants sont prêts à demander de l’aide même quand elle n’est pas assurément utile. En outre, il y a un coût social impliqué dans la décision de rechercher de l’aide: la présence d’un expert baisse les taux de recherche d’aide, notamment quand la tâche est considérée comme facile. Les données de la quatrième expérience suggèrent que le coût social n’impacte pas la décision des élèves contrôleurs d’utiliser les aides. / Learners who encounter difficulties can improve learning and achievement by seeking help. However, literature shows that students frequently decide to not seek help. In aeronautics domain, few studies were dedicated to the training of air traffic controllers, who play an important role in the air traffic regulation system. Given that the human performance is traditionally considered a factor that contributes to the majority of incidents and accidents in aviation, the challenge of their training is greater. This thesis has two goals: generally, understand why students decide not to seek help while the task they have to realize is beyond their reach. Is this a rational decision? What are the costs involved? Specifically, to verify if this issue also exists in the context of air traffic controller training and if we find the same conclusions about help-seeking decision. Based on a rational decision model, where the decision is a function of costs, expectancies and benefits, four experiences were conducted: three of them in a general context, having university students as participants, and an experience with air traffic controllers’ students. Results show that students hesitate to seek help when it is objectively costly; the time consumed to seek help is not considered as a cost; and that students are ready to seek help even when its utility is not assured. Besides, there is a social cost implicated in the decision to seek help: the presence of an expert reduces the levels of help-seeking, particularly when the task is considered easy. The results of the fourth study suggest that the social cost adversely do not have an effect in the decision of air traffic controller students of using all help tools, but the difficulty of the exercise may affect the decision of seeking some kinds of help.

La vérification formelle des contrôleurs logiques a donné lieu à de nombreux travaux scientifiques cette dernière décennie. Elle permet de démontrer (obtention d'un niveau requis de sûreté de fonctionnement (SdF) des systèmes industriels, et tout particulièrement des systèmes critiques. Nos travaux portent sur la preuve des propriétés relatives à la qualité du service rendu par le système automatisé, que nous nommons des propriétés quantitatives. Par exemple, au lieu de vérifier que plusieurs produits ont effectivement été dosés avant d'enclencher un mélange puis une réaction chimique, il peut être important de prouver que la bonne quantité de ces produits a été dosée. Autre exemple, au lieu de prouver qu'un mobile s'arrête dans une position donnée, il peut être important de prouver que cet arrêt en position s'effectue avec une précision garantie. Ce sont de telles propriétés quantitatives que nous nous sommes attachés à être capables de prouver pour les systèmes à évènement discrets (SED), et plus exactement pour une sous classe des SED : les systèmes logiques. Dans ce mémoire nous explorons l'apport des automates hybrides pour la prise en compte simultanée du caractère discret du contrôleur et continu du processus. A cette fin, nous introduisons un formalisme d'automates hybrides à transitions typées et nous proposons une méthodologie de modélisation basée sur des automates modulaires génériques. La vérification est alors obtenue par le model checker PHAVer. Deux études de cas sont présentées en fin de mémoire.

Cette thèse se place dans le cadre de la vérification automatique des systèmes distribués. Elle aborde le problème de la spécification pour de tels systèmes, qui consiste à définir un formalisme logique pour décrire des propriétés des comportements de systèmes. On en attend qu'il soit facile d'exprimer les propriétés courantes (accessibilité, sûreté, exclusion mutuelle, vivacité, etc.). On souhaite par ailleurs que la vérification de ces propriétés soient aisée. Il s'agit donc de trouver un compromis entre pouvoir d'expression et simplicité d'utilisation.<br /><br />On s'intéresse ensuite à la modélisation des systèmes concurrents, en recherchant à nouveau un compromis entre réalisme des modèles et facilité de vérification. Les modèles étudiés dans ce travail sont les automates asynchrones, qui modélisent des processus concurrents communiquant par mémoire partagée.<br /><br />La thèse s'intéresse enfin au problème de la synthèse de contrôleur. Étant donné un système spécifié de façon incomplète, donc non-déterministe, en interaction avec un environnement, il s'agit de calculer de manière automatique comment restreindre son comportement afin qu'il vérifie une spécification donnée (quelles que soient les actions de l'environnement). Ce problème se formule en<br />termes de jeux. Dans le cas distribué, les jeux ont naturellement plusieurs joueurs. Dans ce cadre, la plupart des résultats sont négatifs : il est indécidable de savoir si on peut ou non contrôler un tel système. Cette thèse prouve que certaines propriétés de l'architecture de communication garantissent décidabilité pour toute spécification régulière.

L'optimisation de la synthèse logique de circuits dépend de la structure matérielle cible pour les circuits combinatoires (logique aléatoire, réseaux prédiffusés, PLA...) ainsi que de l'architecture choisie par le concepteur pour les circuits plus complexes (contrôleur). On propose un système de synthèse flexible à base de règles (système ASYL). Ces règles traduisent les critères d'optimisation des structures cibles ainsi que les choix de conception. L'illustration pratique concerne essentiellement la synthèse des fonctions booléennes sur PLA et la synthèse de contrôleur