MODELISATION D'UN PROCESSUS DE FERMENTATION. ESTIMATION DES PARAMETRES DU MODELE STOCHASTIQUE PAR FILTRAGE NON LINEAIRE. COMMANDE OPTIMALE DU PROCESSUS.

Les réseaux embarqués, au même titre que les réseaux de distribution, subissent de profondes mutations dues à l'essor de l'électronique de puissance. La tendance est claire : la puissance doit être intégrée au maximum sous forme électrique aux dépens de l'hydraulique et de la mécanique. Cette intégration de puissance est rendue possible par l'utilisation de convertisseurs d'électronique de puissance, fiables, modulaires et garantissant une grande souplesse de fonctionnement. C'est ce qui se passe actuellement pour les avions civils gros porteurs où la puissance électrique à bord est passée de 27kW à 600kW en 50 ans, le taux de charges non-linéaires atteignant 75%. Pour faciliter cette intégration de puissance, on envisage même, à moyen terme, de passer à un réseau haute tension continue au lieu du classique 115V-400Hz.<br />Les conséquences de l'insertion massive de convertisseurs d'électronique de puissance dans les réseaux embarqués posent cependant quelques problèmes. Ils sont dus principalement à la prolifération des harmoniques et à l'introduction de nouvelles dynamiques, qui peuvent être déstabilisantes pour le système. Pour pouvoir quantifier et s'affranchir de ces problèmes, on doit utiliser des méthodes d'analyse et de conception adaptées.<br /><br />Dans ce contexte, le premier chapitre du mémoire fait un tour d'horizon de l'évolution des réseaux embarqués au cours des dernières décennies. Les impacts harmoniques et dynamiques des charges non linéaires sont également montrés sur des exemples simples et concrets. <br />La deuxième partie concerne les méthodes et les outils adaptés à l'analyse et la conception d'un système embarqué. Les méthodes sont issues des domaines de l'électronique de puissance et du réseau. Il est question notamment d'approches :<br />• par Load Flow, pour les aspects statiques,<br />• temporelles et fréquentielles, pour l'étude des harmoniques,<br />• modales, pour l'étude dynamique.<br />A la fin de ce chapitre, une méthodologie de conception des systèmes embarqués est finalement proposée.<br /><br />Les deux chapitres suivants sont les premières applications de la méthode dans le contexte du contrat européen Power Optimized Aircraft. L'un est consacré à l'étude dynamique d'une système embarqué haute tension continue. L'approche modale, couplée au modèle moyen généralisé, est détaillée. L'accent est particulièrement mis sur les facteurs de participation et de sensibilité. L'intérêt d'une telle approche pour l'étude de la stabilité et le prédimensionnement du système est illustré sur cet exemple. <br />Le dernier chapitre concerne la dépollution harmonique optimale. On propose, avec une approche originale, de minimiser le volume des organes de filtrage. Pour conclure l'optimisation, les critères normatifs sont discutés par une confrontation norme harmonique / volume de filtre. On identifie notamment comment les normes devraient évoluer pour permettre de plus grands gains lors de l'optimisation.<br /><br />Compte tenu du vaste champ de recherche qu'est la conception d'un système embarqué, de nombreuses perspectives concluent le mémoire.

On présente dans ce mémoire, une approche globale du probème de poursuite radar de cibles manoeuvrantes à faible rapport signal/bruit, par filtrage non-linéaire particulaire. Le filtrage particulaire, dont les bases ont été jetées dès 1989, permet d'aborder tous les cas où les non-linéarités présentes posent des difficultés de résolution aux techniques de filtrage dynamique. Il consiste à construire une approximation-mesure de la probabilité conditionnelle de la variable d'état à estimer par particules aléatoires, dont la dynamique est régie par le flot stochastique du système, et qui sont pondérées, via la règle de Bayes, par les mesures jusqu'à l'instant courant. Ce travail présente en premier lieu le traitement direct des mesures radar brutes en sortie d'échantillonneur/convertisseur. On montre notamment que la prise en compte de la dynamique de cible dans l'intégration cohérente des récurrences RADAR, permet d'atteindre les limites théoriques de détection, jusqu'alors inacessibles. Cela conduit notamment à revoir le problème de détection, car l'intégration d'un modèle de dynamique permet de relever le rapport signal/bruit équivalent, et minimise les problèmes de fausse alarme. En second lieu, on détaille le post-traitement des données de position délivrées par un radar de poursuite usuel, en particulier pour le modèle générique de missile à loi de navigation proportionnelle. On présente dans ce cas la résolution du problème de détermination de but visé, qui se pose en terme d'un test d'hypothèses sur le modèle de dynamique de l'assaillant.

Un défi majeur de la Robotique aujourd'hui est sans doute celui du robot personnel, capable de rendre service à l'Homme. De nombreux travaux de recherche dans le domaine sont axés sur le développement de robots autonomes destinés à évoluer dans des environnements de grandes dimensions en présence de public. Cette perspective pose naturellement le problème de l'interaction et de la relation entre l'Homme et le robot. En effet, lors de sa navigation, le robot doit être capable de détecter et de prendre en compte de manière explicite la présence de personnes dans son voisinage pour les éviter ou leur céder le passage, le but étant de faciliter et de sécuriser leur déplacements. De plus, il doit disposer de capacités d'interaction telles que la reconnaissance de gestes permettant à l'Homme de communiquer avec lui. Cette thèse porte plus spécifiquement sur la détection et le suivi de personnes ainsi que la reconnaissance de gestes élémentaires à partir du flot vidéo d'une caméra couleur embarquée sur le robot. Le filtrage particulaire est très adapté à ce contexte. Il permet de s'affranchir de toute hypothèse restrictive quant aux distributions de probabilités entrant en jeu dans la caractérisation du problème. De plus, ce formalisme permet de combiner/fusionner aisément différentes sources de mesures. Malgré ce constat, la fusion de données par filtrage particulaire nous semble assez peu exploitée et souvent confinée à un nombre relativement restreint de primitives visuelles. Nous proposons différents schémas de filtrage, où l'information visuelle est prise en compte dans les fonctions d'importance et de vraisemblance au moyen de primitives forme, couleur et mouvement image. Nous évaluons alors quelles combinaisons de primitives visuelles et d'algorithmes de filtrage répondent au mieux aux modalités d'interaction envisagées pour notre robot "guide de musée", qui est censé interpeller les visiteurs, interagir avec eux et les guider. Notre dernière contribution porte sur la reconnaissance de gestes symboliques permettant de communiquer avec le robot. Une stratégie de filtrage particulaire efficace est proposée afin de suivre et reconnaître simultanément des configurations de la main et des dynamiques gestuelles dans le flot vidéo.

On présente dans ce mémoire un résumé de nos recherches depuis 1985 dont le fil conducteur réside dans l'étude des systèmes dynamiques non-lineaires, déterministes et stochastiques.<br />Une première partie est consacrée aux principaux résultats à caractère fondamental obtenus durant cette période. On montre comment les représentations algébriques (algèbre de Lie) des systèmes non-linéaires que nous avons développés permettent d'appréhender sous un nouveau jour les problèmes de commandabilité des systèmes. Nous présentons ensuite le filtrage polynomial à horizon infini, particulièrement adapté au filtrage des systèmes bilinéaires, et montrons en quoi ses performances dépassent largement les filtres polynomiaux classiques. Une partie est alors consacrée à la réalisation et à l'identification des systèmes linéaires en treillis ARMAX. On montre comment la non-linéarité du problème d'optimisation peut-être résolue au prix d'un calcul héréditaire. Nous exposons enfin notre contribution au filtrage particulaire concernant l'optimisation des distributions initiales des particules ainsi que leurs redistributions.<br />Une deuxième partie est consacrée au traitement d'applications de ces résultats théoriques. Nous nous restreignons ici au problème de la détection de multi-émissions sur une même porteuse (projet Clementine / CELAR), et au traitement non-linéaire du signal LORAN-C (DCN/DIGINEXT)

La génomique moléculaire fait face en ce début de siècle à de nouvelles situations qu'elle doit prendre en compte. D'une part, depuis une dizaine d'années, la quantité de données disponibles croît<br />de manière exponentielle. D'autre part, la recherche dans le domaine<br />implique de nouvelles questions dont les formulations in silico<br />génèrent des problèmes algorithmiquement difficiles à résoudre.<br /><br />Parmi ces problèmes, certains concernent notamment l'étude de réarrangements génomiques dont les duplications et les éléments transposables. Ils imposent que l'on soit en mesure de détecter précisément et efficacement de longues répétitions approchées et multiples dans les génomes. Par répétition multiple, nous désignons<br />des répétitions ayant au moins deux copies dans une séquence d'ADN, ou ayant des copies dans au moins deux séquences d'ADN distinctes. De plus, ces répétitions sont approchées dans le sens où des erreurs existent entre les copies d'une même répétition.<br /><br />La recherche de répétitions approchées multiples peut être résolue par des algorithmes d'alignements multiples locaux mais ceux-ci présentent une complexité exponentielle en la taille de l'entrée, et ne sont donc pas applicables à des données aussi grandes que des génomes. C'est pourquoi, de nouvelles techniques doivent être créées pour répondre à ces nouveaux besoins. <br /><br />Dans cette thèse, une approche de filtrage des séquences d'ADN est<br />proposée. Le but d'une telle approche est de supprimer rapidement et<br />efficacement, parmi des textes représentant des séquences d'ADN, de<br />larges portions ne pouvant pas faire partie de répétitions. Les données filtrées, limitées en majorité aux portions pertinentes, peuvent alors être fournies en entrée d'un algorithme d'alignement multiple local.<br /><br /><br />Les filtres proposés appliquent une condition nécessaire aux séquences pour n'en conserver que les portions qui la respectent. Les travaux que nous présentons ont porté sur la création de conditions de filtrage, à la fois efficaces et simples à appliquer d'un point de vue algorithmique. À partir de ces conditions de filtrage, deux filtres, Nimbus et Ed'Nimbus, ont été créés. Ces filtres sont appelés exacts car il ne suppriment jamais de données contenant effectivement des occurrences de répétitions respectant les caractéristiques fixées par un utilisateur. L'efficacité du point de vue de la simplicité d'application et de celui de la précision du filtrage obtenu, conduit à de très bons résultats en pratique. Par exemple, le temps utilisé par des algorithmiques de recherche de répétitions ou d'alignements multiples peut être réduit de plusieurs ordres de grandeur en utilisant les filtres proposés.<br /><br />Il est important de noter que les travaux présentés dans cette thèse<br />sont inspirés par une problématique biologique mais ils sont également généraux et peuvent donc être appliqués au filtrage de tout type de textes afin d'y détecter de grandes portions répétées.

Thèse doctorat : Images & Systèmes : Villeurbanne, INSA : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 205-220.

Thèse doctorat : Images & Systèmes : Villeurbanne, INSA : 2006. / Thèse rédigée en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 177-189.

Thèse doctorat : Images et Systèmes : Villeurbanne, INSA : 2006. / Thèse rédigée partiellement en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 155-161.

Thèse doctorat : Dispositifs de l'électronique intégrée : Ecully, Ecole centrale de Lyon : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. 193 références.