La manipulation d'objets de tailles microscopiques, dont le comportement est régi par des effets de surfaces, nécessite des modèles d'interaction fiables entre les micro-objets et les organes terminaux des robots. De nombreux paramètres entrent en considération dans la modélisation des forces d'adhésion. Il apparaît donc nécessaire de déterminer l'influence de chacun afin de maîtriser en particulier la force à exercer pour séparer deux objets en contact dite force de pull-off. De plus, à l'échelle microscopique, la mesure des efforts d'interaction au cours de la manipulation est complexe et n'est possible que dans certains cas particuliers. L'approche générale proposée dans ce manuscrit repose sur trois étapes. Après une présentation du contexte de ces travaux, la première étape consiste à identifier les modèles et les moyens de mesure de la littérature (chapitre 1). Deux approches sont alors mises en avant pour modéliser les forces de pull-off. Les forces et les faiblesses des modèles sont étudiées plus en détail au chapitre 2 afin de développer, au cours de la seconde étape, un nouveau modèle de force d'adhésion (chapitre 3). Ce dernier met en avant le couplage entre les déformations et les forces d'adhésion et révèle des différences majeures entre les échelles microscopique et nanoscopique. Enfin, l'objectif de la troisième étape est de corréler ce modèle avec des observations expérimentales. L'analyse des résultats expérimentaux effectuée au chapitre 4 montre la difficulté de modéliser des interactions entre des micro-objets réels et met en avant un effet d'échelle s'appliquant aux forces électrostatiques.

La thèse propose un concept de microbancs optiques reconfigurables (MOEMS 3D hybrides) à base d'éléments microfabriqués et assemblés à l'aide d'une station robotique : ces nouveaux bancs optiques combinent les avantages du micro-assemblage robotique et des techniques de microfabrication sur silicium. Le positionnement fin des supports optiques sur un substrat s'effectue par une tâche de guidage. La réalisation d'une telle tâche à l'échelle micrométrique est une contribution majeure de la thèse. Elle a nécessité plusieurs avancées. L'absence de modèles fiables et de mesures disponibles pour des contacts plan/plan, un type de contact très fréquent en micro-assemblage, nous a conduit au développement d'un banc de mesure robotisé pour évaluer la force de pull-off. Ensuite, un système robotique équipé de préhenseur à deux doigts de serrage instrumentés a été mis en oeuvre pour mesurer simultanément la force de serrage et la force de contact latéral qui agit sur le micro-objet manipulé durant le guidage. Un modèle de l'évolution de la force de serrage lors de l'apparition de la force de contact latéral est présenté et confronté à une modélisation par éléments finis ainsi qu'à des résultats expérimentaux. Enfin, une stratégie de guidage est établie en prenant en compte la stabilité de la saisie et les spécificités du micromonde. Une commande hybride force/position est choisie pour automatiser le guidage par deux doigts instrumentés (GDDI). Elle a été mise en oeuvre avec succès sur un système robotique.