L’éolien est un secteur industriel en pleine expansion, qui joue un rôle fondamental dans le développement des énergies renouvelables. Cependant ces machines sont performantes sur une plage de fonctionnement étroite. Afin d’adapter l’éolienne aux changements de vent, une solution actuellement mise en place sur certaines éoliennes commerciales consiste à faire varier l’angle de calage (ie l’inclinaison) des pales au cours de son fonctionnement. Cette méthode de contrôle actif élargit la plage de hauts rendements ainsi que la plage de fonctionnement global, et améliore le démarrage de l’éolienne, mais elle n’augmente pas le rendement maximal atteint par une éolienne à angle de calage optimal fixé. Cependant la complexité́ de cette méthode ainsi que ses coûts de conception, de construction et de maintenance la rende inaccessible pour beaucoup d’éoliennes, en particulier celles de petite taille. Récemment des recherches se sont orientées vers un contrôle passif de l’angle de calage. Dans cette thèse nous examinons expérimentalement et théoriquement l’intérêt d’utiliser des pales flexibles suivant la corde sur une éolienne à axe horizontal. L’étude se concentre sur deux questions : - comprendre le mécanisme de reconfiguration de la pale flexible bio-inspirée : la déformation de la pale est due à la compétition entre les forces aérodynamiques, qui augmentent l’angle de calage moyen, et la force centrifuge qui le diminue. Ces effets sont gouvernés par deux nombres adimensionnés, respectivement le nombre de Cauchy et le nombre centrifuge. - qualifier et quantifier le gain en performances de l’éolienne : une flexibilité́ de pale modérée élargit la plage de fonctionnement, et augmente significativement le rendement de l’éolienne, expérimentalement jusqu’à 35% sur la plage de hauts rendements. Une procédure d’optimisation visant à déterminer le matériau optimal de la pale flexible est présentée. Ces gains obtenus en régime stationnaire sont conservés expérimentalement en moyenne en régime instationnaire. Deux temps caractéristiques sont identifiés : le temps de reconfiguration de la pale flexible et le temps de variation de la fréquence de rotation de l’éolienne / Wind energy is a rapidly growing branch of industry, playing a significant role in the development of renewable energies. However these machines are efficient only on a narrow working range. In order to adapt wind turbines to wind changes, some commercial machines are pitch controlled during rotation. This active control method extends the high-efficiency range and the total working range, and improves the starting phase, but it does not increase the maximum efficiency reached by a wind turbine with the fixed optimal pitch angle. However this method is complex and costly (design, construction, maintenance). Thus it becomes cost-effective only for large wind turbines. Research recently focused on passive pitch control. In this thesis, the contribution of chord wise flexible blades is studied both experimentally and theoretically. The thesis concentrates on: - the reconfiguration mechanism of the bio-inspired flexible blade : the deformation is the result of the competition between aerodynamic forces, which increase the pitch angle, and the centrifugal force, which reduces it. These two effects are governed by two dimensionless numbers, respectively the Cauchy number and the centrifugal number. - how to qualify and quantify the efficiency gains : a moderate flexibility extends the working range, and significantly increases wind turbine efficiency, up to 35% on the high-efficiency working range. An optimization procedure is presented, which aims at determining the optimal material to construct the blade. These improvements measured in steady regime are maintained on average when rotational speed is unsteady. Two characteristic times are identified: the reconfiguration time of the flexible blade and the time of variation of the rotational speed of the wind turbine

Les hydrogénases NiFe sont des métalloenzymes capables de catalyser efficacement la production et l'oxydation du dihydrogène à des potentiels proches de l'équilibre thermodynamique. Leur site actif est constitué d'un complexe hétérobimétallique comportant un atome de nickel en environnement soufré relié par deux ponts thiolates à un motif organométallique fer-cyano-carbonyle. Afin d'obtenir des catalyseurs de production d'hydrogène alternatifs au platine actuellement utilisé dans les électrolyseurs et pour approfondir la compréhension du mécanisme catalytique de l'enzyme, nous avons élaboré plusieurs modèles de faible poids moléculaire inspirés de la structure du site actif de ces enzymes : il s'agit de complexes dinucléaires possédant le motif papillon Ni(µ-S2)M (M= Ru, Mn et Fe). Les propriétés électrocatalytiques de ces composés ont été évaluées : ils s'avèrent tous actifs en production d'hydrogène. La modification de la densité électronique et de l'encombrement stérique au niveau du centre ruthénium des complexes Ni-Ru synthétisés a permis d'optimiser les performances de ces catalyseurs en termes de stabilité, de vitesse de catalyse et de surtension. Une étude mécanistique du cycle catalytique des complexes Ni-Ru a également été menée : en combinant mesures électrochimiques et calculs théoriques (DFT), elle a permis de proposer un intermédiaire catalytique hydrure de nature pontante entre les deux métaux Ni et Ru. Enfin, le complexe dinucléaire Ni-Fe synthétisé constitue l'un des premiers modèles à la fois structural et fonctionnel des hydrogénases NiFe.

Les hydrogénases sont des protéines capables de catalyser efficacement la production et l'oxydation du dihydrogène à des potentiels proches de l'équilibre thermodynamique. Le site actif des hydrogénases [NiFe] possède un motif fer-cyano-carbonyle ainsi qu'un atome de nickel en environnement soufré. L'originalité de la structure de ce site actif ainsi que les applications potentielles dans le cadre d'une économie de l'hydrogène rendent la synthèse de modèles structuraux et fonctionnels très importante. Dans cette perspective, nous avons préparé des modèles mononucléaires de ruthénium et des complexes nickel-ruthénium, inspirés de ce site actif. Les composés décrits dans ces travaux ont été bien caractérisés et leur activité en réduction des protons a été testée. La plupart se sont montrés capables de catalyser cette réaction même si les potentiels d'électrocatalyse restent trop négatifs par rapport à celui du platine. Il s'agit des premiers modèles fonctionnels catalytiques des hydrogénases [NiFe]. Les différents paramètres étudiés ont permis de mettre en évidence l'importance de la richesse en électrons des composés et plus particulièrement du nickel afin d'améliorer les potentiels d'électrocatalyse. D'autre part, la stabilité de l'activité sur plusieurs heures est assez bonne. L'environnement du ruthénium semble important pour cette stabilité.Les résultats les plus importants de ces travaux sont que les deux métaux ont un effet synergique en réduction des protons et que l'étape limitante du cycle catalytique est une protonation. Nous avons aussi illustré l'importance d'une base adjacente au métal qui améliore le potentiel d'électrocatalyse.

Les cytochromes P450 sont des enzymes mononucléaires de fer qui catalysent l’oxydation de liaisons C-H en utilisant le dioxygène de l’air. L’activation de O2 nécessite sa réduction partielle par l'apport de deux protons et deux électrons. Ces derniers sont fournis par le réducteur naturel NADPH par l'intermédiaire d'une flavoprotéine qui permet de convertir l’adduit fer(II)-O2 en un intermédiaire de type fer(III)-peroxo dont les protonations successives permettent la rupture hétérolytique de la liaison O—O et l’obtention d’un intermédiaire de type fer-oxo responsable de l’oxydation du substrat.1 Ce projet s’inscrit dans le cadre de la chimie bio-inspirée, il a pour objectif de développer des catalyseurs de fer non-hémiques afin de réaliser l’oxydation de petites molécules organiques en utilisant le dioxygène de l’air. L’activation du dioxygène est assurée par le biais d’une électrode qui sert de source d’électrons mais également de sonde mécanistique. Pour comprendre le mécanisme de l’activation du dioxygène il est nécessaire (i) de générer les intermédiaires réactionnels oxydants (fer-oxo, fer-(hydro)peroxo) par le biais d’oxydants chimiques comme le PhIO et H2O2 puis (ii) de les caractériser par spectroscopie et électrochimie à basse température. Enfin (iii) l’étude expérimentale par voltampérométrie cyclique de la réaction du complexe de Fe(II) en présence de dioxygène couplée à des simulations de voltampérogrammes de cette même réaction (à l’aide de données thermodynamiques et cinétiques obtenues en (ii)) permettent ainsi de valider le mécanisme de l’activation réductrice du dioxygène de ce système. Ce travail a démontré que les complexes de FeII avec des ligands amines/pyridine peuvent activer le dioxygène à la surface d’une électrode en suivant un mécanisme proche de celui du cytochrome P450. A présent, la difficulté principale est de s’affranchir de la réduction prématurée des intermédiaires lorsqu’ils sont générés à l’électrode. En se basant sur ces résultats, l’essentiel du travail est à présent ciblé sur la compréhension des différents paramètres (première sphère de coordination, conditions expérimentales, …) qui peuvent modifier la stabilité des intermédiaires et donc l’efficacité de la catalyse. / Cytochrome P450 is a mononuclear iron enzyme, which catalyzes the oxidation of robust C-H bonds using O2. Activation of O2 is achieved at the Fe(II) center and requires an electron transfer to convert the iron(II)-dioxygen adduct into an iron(III)peroxo intermediate. After protonation, this latter may directly oxidize substrates or evolves to yield a powerful high valent iron-oxo moiety. In such natural systems, the necessary electrons are provided by a co-substrate NAD(P)H and are conveyed through a reductase.1The aim of this project is to develop non-heme iron(II) complexes as catalysts for the oxidation of small organic molecules by O2. Our objective is to use an electrode to deliver the electrons while providing mechanistic information at the same time thanks to a combined experimental/simulation approach using cyclic voltammetry. This work has shown that simple Fe(II) complexes bearing amine/pyridine ligands can activate O2 at an electrode surface following a mechanism that is reminiscent of the one of P450. However, the main scientific lock is to avoid the fast reduction of the reaction intermediates when they are generated at the electrode. We are currently studying how alterations of the first coordination sphere of the metal center and experimental conditions modulate the formation and the stability of these intermediates and thus, the efficiency of the catalysts.

Cette thèse propose une nouvelle méthode d’optimisation bio-inspirée basée sur le GWO avec pour but de pouvoir résoudre des problèmes d’optimisation dits mixtes, c’est-à-dire des problèmes composés de variables continues et discrètes. Cette nouvelle méthode baptisée mixed GWO est ensuite appliquée à 2 problématiques distincts.Tout d’abord, le mixed GWO pourra permettre d’améliorer la qualité de la classification d’image par SVM. En effet, la fiabilité d’un SVM va dépendre de ses paramètres d’entraînement, et il n’existe pas de méthode non empirique et non exhaustive permettant de définir ces paramètres pour un problème de classification donné. Le mixed GWO se propose comme une solution à ce problème de paramétrage. La classification doit permettre à l’entreprise IntuiSense d’ajouter une brique de reconnaissance de genre à son outil de mesure d’audience ISAM.Ensuite, le mixedGWO est employé pour faire du débruitage et du démêlage de spectres en simultanée sur des images multi-spectrales ou hyper-spectrales. En effet, la qualité du démêlage des spectres va être particulièrement dépendant de la qualité du débruitage de l’image : faire ces 2 étapes simultanément permet donc un gain de temps et une fiabilité des résultats bien plus intéressants que les faire l’une après l’autre. / This thesis proposes a novel bio-inspired optimization method based on the GWOalgorithm, with the purpose of solving mixed optimization problems, i.e. problems with bothcontinuous and discrete variables. This novel method is named mixedGWO and is applied to2 distinct problematics.Firstly, the mixedGWO should permit to improve the quality of image classification bySVM. Indeed, a SVM accuracy will depend of its training parameters, and there is nonempirical and non exhaustive method to define these parameters for a given classificationproblem. Therefore, the mixedGWO can be used as a solution to this parametring problem.The improve classification should allow the company IntuiSense to add the gender recognition feature to its audience measurement tool ISAM.Secondly, the mixedGWO is used for joint denoising and unmixing of spectra in multispectral and hyper-spectral image processing. Indeed, the unmixing’s quality is stronglydependent of the denoising quality : doing these 2 steps simultaneously permits a gain oftime and a results’ accuracy way better than if they are done one after the other.

La fusion d'informations est une discipline dont on retrouve des applications dès lors qu'il est nécessaire de regrouper des informations potentiellement imprécises ou incertaines. Initialement réalisée de façon mentale, la fusion d'informations nécessite à présent une mise en œuvre sur un support d'exécution informatisé, dénommé système de fusion, dont les évolutions technologiques ont guidée la répartition des ressources selon des contraintes géographiques, physiques et de sécurité. Cette thèse présente une étude du contrôle des systèmes répartis de fusion d'informations. Elle propose notamment un système de contrôle capable d'adapter l'utilisation des ressources disponibles au processus de fusion (PF) mis en œuvre, assez générique pour permettre l'expression des modèles de fusion basés sur des graphes de flot de données. Cinq tâches de contrôle sont dédiées à l'accomplissement d'un sous-objectif: la recherche d'une répartition des éléments du PF, le déploiement effectif d'un PF sur un ensemble variable de ressources réparties, l'analyse des performances du système, la surveillance du système pour détecter l'ajout de ressources,ou les occurrences d'erreurs et le déclanchement d'une modification de la répartition, soit pour en améliorer les performances, soit pour maintenir l'exécution du processus. L'ensemble du système de contrôle tire profit des ressources réparties par un mécanisme bio-inspiré, dans lequel la place de chaque agent est guidée par sa puissance de calcul. A titre expérimental, un système de fusion d'informations nommé eZFusion, implémentant les tâches de déploiement et d'analyse des performances, a été réalisé sur un réseau de plate-formes OSGI.

Une approche synthétique a été développée pour préparer les phtalocyanines dimériques de fer azote ponté substituées par les substituants alkylesulfoniles attracteurs d’électrons. Six nouvelles phtalocyanines avec des petits substituants (méthylesulfonile, éthylesulfonile et hexylesulfonile) et des gros substituants (t-butylesulfonile, adamantylesulfonile et cyclohexylesulfonile) ont été préparées et caractérisées par ionisation électrospray (ESI-MS), UV-vis, FT-IR et RPE. Deux complexes (avec substituants hexylesulfoniles et t-butylesulfoniles) ont été caractérisés par spectroscopie Mössbauer, spectroscopie photoélectronique de rayons X (XPS) et par spectroscopie d’absorption des rayons X (XANES, EXAFS, spectroscopie d’émission Kβ haute résolution). Il a été montré que l’état électronique de fer de ces complexes dépend de la taille de substituants. Les phtalocyanines de fer à l’azote ponté avec les gros substituants (t-butylesulfonile, adamantylesulfonile et cyclohexylesulfonile) sont cationiques (PcFeIVNFeIVPc)+N3-, tandis que les complexes avec les substituants plus gros (t-butylesulfonyles, adamantylesulfonyles et cyclohexylesulfonyles) sont non-chargés, formellement PcFeIIINFeIVPc. Les propriétés catalytiques des six complexes ont été étudiées en utilisant du butyle hydroperoxyde comme oxydant en oxydation de toluène, de p-xylène et des alcools. Ce travail montre l’efficacité des phtalocyanines dimériques de fer azote ponté substituées par les groupements alkylesulfoniles attracteurs d’électrons comme catalyseurs pour oxydation dans les conditions favorables pour les applications industrielles propres / The synthetic approach was developed for the preparation of N-bridged diiron phthalocyanines substituted by different electron-withdrawing alkylsulfonyl substituents. Six novel phthalocyanines bearing small (methylsulfonyl, ethylsulfonyl and hexylsulfonyl) and bulky (t-butylsulfonyl, adamantylsulfonyl and cyclohexylsulfonyl) substituents have been prepared and characterized by electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS), UV-Vis, FT-IR and EPR. Two complexes (with hexylsulfonyl and t-butylsulfonyl substituents) were characterized in addition by Mössbauer techniques, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fe K-edge X-ray absorption spectroscopy (XANES, EXAFS, high resolution Kβ emission spectroscopy). It has been evidenced that the electronic state of iron in these complexes depends on the size of the substituents. While N-bridged diiron phthalocyanines having methylsulfonyl, ethylsulfonyl and hexylsulfonyl substituents are cationic (PcFeIVNFeIVPc)+N3- complexes, N-bridged diiron phthalocyanines with bulkier t-butylsulfonyl, adamantylsulfonyl and cyclohexylsulfonyl substituents are formally neutral PcFeIIINFeIVPc species. The catalytic properties of six N-bridged diiron phthalocyanines have been studied, using tert-butyl hydroperoxide (tBuOOH) as the oxidant in the oxidation of toluene, p-xylene as well as in the oxidation of various alcohols. This thesis demonstrates the efficiency of N-bridged diiron phthalocyanines substituted by electron-withdrawing alkylsulfonyl groups as oxidation catalysts, in conditions required by environmental and industrial preoccupations

La présente thèse du domaine de la « Perception Bio-inspirée » se focalise plus particulièrement sur l’Attention Visuelle Artificielle et la Saillance Visuelle. Un concept de l’Attention Visuelle Artificielle inspiré du vivant, conduisant un modèle d’une telle attention artificielle bio-inspirée, a été élaboré, mis en œuvre et testé dans le contexte de la robotique autonome. En effet, bien qu’il existe plusieurs dizaines de modèles de la saillance visuelle, à la fois en termes de contraste et de cognition, il n’existe pas de modèle hybridant les deux mécanismes d’attention : l’aspect visuel et l’aspect cognitif.Pour créer un tel modèle, nous avons exploré les approches existantes dans le domaine de l’attention visuelle, ainsi que plusieurs approches et paradigmes relevant des domaines connexes (tels que la reconnaissance d’objets, apprentissage artificiel, classification, etc.).Une architecture fonctionnelle d’un système d’attention visuelle hybride, combinant des principes et des mécanismes issus de l’attention visuelle humaine avec des méthodes calculatoires et algorithmiques, a été mise en œuvre, expliquée et détaillée.Une autre contribution majeure du présent travail doctoral est la modélisation théorique, le développement et l’application pratique du modèle d’Attention Visuelle bio-inspiré précité, pouvant constituer un socle pour l’autonomie des systèmes robotisés d’assistance.Les études menées ont conclu à la validation expérimentale des modèles proposés, confirmant la pertinence de l’approche proposée dans l’accroissement de l’autonomie des systèmes robotisés – et ceci dans un environnement réel / Dealing with the field of "Bio-inspired Perception", the present thesis focuses more particularly on Artificial Visual Attention and Visual Saliency. A concept of Artificial Visual Attention, inspired from the human mechanisms, providing a model of such artificial bio-inspired attention, was developed, implemented and tested in the context of autonomous robotics. Although there are several models of visual saliency, in terms of contrast and cognition, there is no hybrid model integrating both mechanisms of attention: the visual aspect and the cognitive aspect.To carryout such a model, we have explored existing approaches in the field of visual attention, as well as several approaches and paradigms in related fields (such as object recognition, artificial learning, classification, etc.).A functional architecture of a hybrid visual attention system, combining principles and mechanisms derived from human visual attention with computational and algorithmic methods, was implemented, explained and detailed.Another major contribution of this doctoral work is the theoretical modeling, development and practical application of the aforementioned Bio-inspired Visual Attention model, providing a basis for the autonomy of assistance-robotic systems.The carried out studies and experimental validation of the proposed models confirmed the relevance of the proposed approach in increasing the autonomy of robotic systems within a real environment

La principale limitation du modèle connexionniste (réseau neuronal artificiel) CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller) et son applicabilité à la résolution des problèmes inhérents au systèmes automatisés complexes (robots, véhicules autonomes, etc.) est liée à la taille de mémoire requise par ce type de modèle connexionniste. Il est pertinent de rappeler que la capacité de mémoire exigée par le CMAC dépend, en premier lieu, de la précision de la quantification des signaux d'entrée, puis, de la dimension de l'espace des entrées (espace caractéristique) du système modélisé. Dans le cas des applications requérant une exécution en temps-réel, la tendance est à la réduction de l'espace caractéristique (aussi petit que possible) et la précision (de la quantification : aussi faible que possible). Cependant, souvent, les systèmes complexes impliquent plusieurs entrées. Pour résoudre le problème inhérent à cet antagonisme et la taille de la mémoire, nous nous sommes intéressés, dans la présente thèse, à l'influence des paramètres intervenant dans la précision de la quantification et dans la capacité de la généralisation sur la qualité d'approximation du modèle CMAC. L'objectif escompté était d'arriver à des structures optimales du CAMC pour le contrôle des systèmes dynamiques complexes. Les robots bipèdes (humanoïdes) et des véhicules volants hypersoniques sont deux domaines d'applications très actuelles impliquant des systèmes complexes. Nous avons appliqué des concepts étudiés aux problèmes soulevés par les deux domaines précités. Des résultats obtenus à partir de la simulation ont montré que des structures optimales ou quasi-optimales conduisant à une réduction sensible d'erreur de modélisation peuvent être obtenues. Ces résultats ont montré que les choix effectués dans l'optimisation de la structure permet une réduction de la taille de la mémoire requise (par le CMAC) et une réduction du temps d'exécution à la fois / The main limitation of the CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller) network in realistic applications for complex automated systems (robots, automated vehicles, etc…) is related to the required memory size. It is pertinent to remind that the memory used by CMAC depends firstly on the input signal quantification step and secondly on the input space dimension. For real CMAC based control applications, on the one hand, in order to increase the accuracy of the control the chosen quantification step must be as small as possible; on the other hand, generally the input space dimension is greater than two. In order to overcome the problem relating the memory size, how both the generalization and step quantization parameters may influence the CMAC's approximation quality has been discussed. Our goal is to find an optimal CMAC structure for complex dynamic systems' control. Biped robots and Flight control design for airbreathing hypersonic vehicles are two actual areas of such systems. We have applied the investigated concepts on these two quite different areas. The presented simulation results show that an optimal or sub-optimal structure carrying out a minimal modeling error could be achieved. The choice of an optimal structure allows decreasing the memory size and reducing the computing time as well

Les robots humanoïdes sont en passe d'être commercialisés pour le public à grande échelle, mais pour réussir cet objectif il est nécessaire de rendre ces robots fiables, fonctionnels et sécurisés. Ceci implique de nombreuses améliorations par rapport à de l'état de l'art, pour permettre un produit fini. Un des domaines à améliorer est la commande corps-complet des robots humanoïdes. Les objectifs de cette thèse sont de proposer une architecture de commande permettant de générer des mouvements corps-complet bio-inspirés. L'idée principale étant de s'inspirer de la marche humaine afin de reproduire ces mouvements sur un robot humanoïde. La solution de commande proposée utilise le principe de tâches pour quatre objectifs cinématiques: (i) la pose relative des pieds, (ii) la position du CoM, (iii) l'orientation du buste, et (iv) l'évitement des butées articulaires. La stabilité est renforcée en modifiant la position du CoM désirée à l'aide d'un stabilisateur basé sur la régulation non linéaire du ZMP. L'approche résultante est appelée architecture de commande hybride cinématique/dynamique. Cette approche a été validée expérimentalement sur deux prototypes de robots humanoïdes pour différentes tâches telles que le squat et la marche. / Humanoid robots are a rising trend, and are about to be sold to the public on a large scale, but for this to be possible it is necessary to make them reliable, secure and functional. This implies many improvements over the prior state of the art. A domain of improvement is the full-body control of humanoid robots. The objective of this thesis is to propose a control architecture for generating a bio-inspired full-body control. The main idea is to learn from human walking to replicate these movements on a humanoid robot. The proposed control solution uses the principle of kinematics task for four objectives: (i) the relative pose of the feet, (ii) the position of the Centre de masse (CoM), (iii) the orientation of the upper-body, and (iv) the joints' limits avoidance. Stability is enhanced by modifiying the CoM position by using a stabilizer based on nonlinear regulation of the Zero Moment Point (ZMP). The resulting approach is called hybrid kinematic / dynamic control architecture. This approach has been validated experimentally on two prototypes of humanoid robots for tasks such as squat and walking.