L'oxyde de zinc dopé de type n est un excellent candidat pour la réalisation de films transparents et isolants thermiques grâce à ses propriétés d'absorption et de réflexion limitées aux domaines UV et IR. La synthèse en milieu polyol de particules nanostructurées d'oxyde de zinc dopé par du gallium a été utilisée afin de maîtriser la morphologie des cristallites. Il a été démontré expérimentalement et théoriquement que le maximum d'efficacité d'absorption IR est atteint pour un taux de dopant de 2,6 % molaire. Des suspensions de haute transmission dans le visible et absorption infrarouge significative ont été obtenues par l'encapsulation des particules avec un matériau fluoré d'indice de réfraction intermédiaire entre l'oxyde et le milieu dispersant, ainsi que par l'optimisation de l'état de dispersion de suspensions colloïdales grâce à l'adsorption de thioalcanes en surface des cristallites de ZnO dopés.

Après un tour du monde des Habitats Intelligents pour la Santé (HIS), nous décrivons la mise en place du système grenoblois développé au laboratoire TIMC : le Système d'Information Domotique-Santé Intégré à Domicile (SID²). Nous faisons l'hypothèse que les rythmes biologiques et sociaux sont liés au comportement, et donc à l'activité physique, que nous mesurons par le déplacement du sujet d'observation au sein de l'habitat. Nous créons le terme " Rythmes Circadiens d'Activité " (RCA) pour faire référence à la mesure comportementale de l'activité des patients dans l'habitat. Le système SID² est composé d'un HIS externe relié à Internet, et d'un HIS local, objet de ce document. L'HIS local effectue la surveillance multi-paramétrique et auto-apprend les habitudes de vie d'un patient à domicile à travers le calcul des RCA, de façon à détecter une évolution anormale de son comportement sur le long terme. Un simulateur a été développé pour valider le système.

On cherche dans cette thèse à caractériser un domaine de confiance pour la localisation d'un véhicule, en utilisant des méthodes ensemblistes robustes par intervalles. La localisation est essentielle à la navigation en robotique mobile, en particulier pour les véhicules intelligents. Lorsque la position est utilisée dans un contexte pouvant mettre en jeu la sécurité des personnes, tel que la navigation autonome, on doit avoir recours à un mécanisme d'intégrité vérifiant que l'erreur commise reste inférieure à l'erreur maximale tolérable pour la mission. Dans le domaine aéronautique, on définit ainsi un niveau de protection associé à un risque d'intégrité. Dans un esprit similaire aux niveaux de protections utilisés en aéronautique, ce travail vise à déterminer un domaine de confiance, dans lequel l'utilisateur est garanti de se trouver avec un risque d'intégrité donné. L'utilisation de méthodes ensemblistes robustes permet de calculer un domaine de localisation tenant compte de l'éventuelle présence de mesures aberrantes. Les mesures provenant de capteurs ainsi que les paramètres des modèles sont entachés d'erreurs, souvent modélisées par leur distribution de probabilité. Dans le cadre ensembliste, on peut représenter ces erreurs par des intervalles. Quand les bornes ne sont pas spécifiées ou trop pessimistes, on peut déterminer des bornes associées à un risque, et propager ce risque au domaine de confiance calculé. Les systèmes de navigation par satellites permettent un positionnement absolu avec une bonne précision en milieu ouvert. Cependant, les mesures de pseudodistance GPS sont sujettes aux problèmes de trajets multiples ou réfléchis en zone urbaine. Une robustesse aux valeurs aberrantes est donc nécessaire. Pour compenser le manque de satellites en milieu à visibilité satellitaire réduite, des contraintes sur la position sont apportées par la cartographie 3D de l'espace roulable et l'intégration des capteurs proprioceptifs présents sur les véhicules modernes. Trois méthodes de localisation, basées sur un algorithme robuste d'inversion ensembliste par intervalles associé aux mesures GPS sont présentées dans ce document. * La première consiste en un calcul époque par époque, fusionnant les mesures de pseudodistance d'un récepteur GPS avec l'information d'un modèle numérique de terrain. * La seconde s'appuie sur une carte surfacique précise de " l'espace roulable " en trois dimensions, ainsi que l'observation de la dérive de l'horloge du récepteur. * Enfin, la troisième méthode concerne l'estimation de la pose du véhicule à partir d'un historique fini de positions et de mesures proprioceptives. Ces trois méthodes ont été implémentées en temps-réel, et testées sur des données réelles acquises dans des environnements difficiles pour la localisation par satellites.

Pour assister efficacement les personnes en perte d'autonomie dans le contexte des habitats intelligents, il est essentiel d'identifier les difficultés auxquelles ces personnes sont confrontées dans leur quotidien. L'objectif de ce travail est d'observer les processus exécutifs durant les activités de la vie quotidienne, ainsi que leur dysfonctionnement lors du vieillissement cognitif (normal ou lié à la maladie d'Alzheimer), puis d'élaborer un modèle théorique et informatique capable de simuler les comportements observés. Une phase d'observation et de qualification des processus de contrôle exécutif (capacités de régulation de l'action, de correction et d'adaptation lors de situations imprévues) a d'abord été réalisée, donnant lieu à la spécification d'un modèle théorique fondé sur le modèle de contrôle attentionnel de l'action de Norman et Shallice. Le modèle théorique a ensuite été implémenté informatiquement et permet de simuler une activité quotidienne spécifique.

Ce travail se situe dans le cadre de la surveillance de systèmes homme-machine, où l'opérateur humain est un élément de décision dans la boucle. Ce type de systèmes nécessite une surveillance automatisée globale temps-réel, incluant la détection d'incidents techniques et de défaillances humaines. Partant de l'hypothèse que la partie technologique travaille " correctement " et/ou qu'elle est surveillée par un système de diagnostic, nous nous centrons sur la partie opérateur humain, la plus critique à surveiller. Nous présentons un système de diagnostic appliqué à la surveillance du conducteur automobile à partir d'informations fournies par des capteurs embarqués dans le véhicule. Les travaux ont été développés dans le cadre du projet Européen AWAKE et le projet national " facteurs de dégradation de la vigilance et de la sécurité dans les transports " de PREDIT.<br />Nous proposons une stratégie générale de système temps-réel pour la surveillance du niveau de vigilance du conducteur (dynamique lente) et la surveillance du niveau de risque lié à la situation actuelle de conduite (dynamique instantanée), à travers :<br />* L'analyse temporelle et fréquentielle des signaux mécaniques (mesures de performance) par ondelettes et filtres, pour en extraire des caractéristiques dynamiques, statistiques et fréquentielles sur la dégradation de la conduite,<br />* L'apprentissage par SVM, méthode pour laquelle nous avons développé des stratégies d'implémentation adaptées pour un apprentissage en ligne et pour des problèmes de grande taille,<br />* La fusion par FIS, afin de profiter de l'expertise humaine et produire un diagnostic sur le niveau de risque lié à la sortie de la voie de circulation.<br />* La validation d'une telle approche à travers des EEG et EOG (mesures physiologiques) et des autoévaluations (mesures subjectives).<br />Nous appliquons cette méthodologie à diverses expériences des programmes AWAKE et PREDIT réalisées sur des simulateurs ou des démonstrateurs.

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent sur le problème de la perception de l'environnement en milieu urbain, complexe et dynamique et ce en présence de mesures extéroceptives bruitées et incomplètes obtenues à partir decapteurs embarqués. Le problème est formalisé sous l'angle de la fusion de données capteurs à l'aide d'une représentation spatiale de l'environnement. Ces travaux ont été réalisés pour la navigation autonome de véhicules intelligents dans le cadre du projet national ANR CityVIP. Après avoir considéré les principaux formalismes de modélisation de l'incertitude, un système de fusion de grilles spatio-référencées gérant l'incertitude avec des fonctions de croyances est étudié. Ce système est notamment capable de fusionner les mesures d'un lidar multi-nappes et multi-échos, obtenues à différents instants pour construire une carte locale dynamique sous la forme discrète d'une grille d'occupation évidentielle.Le principal avantage des fonctions de croyance est de représenter de manière explicite l'ignorance et ne nécessite donc pas d'introduire d'information à priori non fondée. De plus, ce formalisme permet d'utiliser facilement l'information conflictuelle pour déterminer la dynamique de la scène comme par exemple les cellules en mouvement. Le formalisme de grilles d'occupation évidentielles est présenté en détails et un modèle de capteur lidar multi-nappes et multi-echos est ensuite proposé. Deux approches de fusion séquentielle multi-grilles sont étudiées selon les paradigmes halocentréet égo-centré. Enfin, l'implémentation et les tests expérimentaux des approches sont décrits et l'injection d'informations géographiques connues a priori est étudiée. La plupart des travaux présentés ont été implémentés en temps réel sur un véhicule du laboratoire et de nombreux tests en conditions réelles ont été réalisés avec une interface d'analyse de résultat utilisant une rétro-projection dans une image grand angle. Les résultats ont été présentés dans 5 conférences internationales [Moras et al., 2010, Moras et al., 2011a, Moras et al., 2011b, Moras et al., 2012, Kurdej et al., 2012] etle système expérimental a servi à la réalisation de démonstrations officielles dans le cadre du projet CityVIP à Paris et lors de la conférence IEEE Intelligent Vehicles Symposium 2011 en Allemagne.

Cette thèse vise à définir une nouvelle méthode d’enseignement pour les systèmes tutoriels intelligents dans le but d’améliorer l’acquisition des connaissances. L’apprentissage est un phénomène complexe faisant intervenir des mécanismes émotionnels et cognitifs de nature consciente et inconsciente. Nous nous intéressons à mieux comprendre les mécanismes inconscients du raisonnement lors de l’acquisition des connaissances. L’importance de ces processus inconscients pour le raisonnement est bien documentée en neurosciences, mais demeure encore largement inexplorée dans notre domaine de recherche. Dans cette thèse, nous proposons la mise en place d’une nouvelle approche pédagogique dans le domaine de l’éducation implémentant une taxonomie neuroscientifique de la perception humaine. Nous montrons que cette nouvelle approche agit sur le raisonnement et, à tour de rôle, améliore l’apprentissage général et l’induction de la connaissance dans un environnement de résolution de problème. Dans une première partie, nous présentons l’implémentation de notre nouvelle méthode dans un système tutoriel visant à améliorer le raisonnement pour un meilleur apprentissage. De plus, compte tenu de l’importance des mécanismes émotionnels dans l’apprentissage, nous avons également procédé dans cette partie à la mesure des émotions par des capteurs physiologiques. L’efficacité de notre méthode pour l’apprentissage et son impact positif observé sur les émotions a été validée sur trente et un participants. Dans une seconde partie, nous allons plus loin dans notre recherche en adaptant notre méthode visant à améliorer le raisonnement pour une meilleure induction de la connaissance. L’induction est un type de raisonnement qui permet de construire des règles générales à partir d’exemples spécifiques ou de faits particuliers. Afin de mieux comprendre l’impact de notre méthode sur les processus cognitifs impliqués dans ce type de raisonnement, nous avons eu recours à des capteurs cérébraux pour mesurer l’activité du cerveau des utilisateurs. La validation de notre approche réalisée sur quarante-trois volontaires montre l’efficacité de notre méthode pour l’induction de la connaissance et la viabilité de mesurer le raisonnement par des mesures cérébrales suite à l’application appropriée d’algorithmes de traitement de signal. Suite à ces deux parties, nous clorons la thèse par une discussion applicative en décrivant la mise en place d’un nouveau système tutoriel intelligent intégrant les résultats de nos travaux. / This thesis aims at defining a new learning method to improve knowledge acquisition for intelligent tutoring systems. Learning is a complex phenomenon interlinking both emotional and cognitive mechanisms on conscious and unconscious levels. We are interested in understanding the unconscious mechanisms involved in human reasoning for knowledge acquisition. The importance of these unconscious processes is well documented in neuroscience, but remains largely unexplored in our research field. In this thesis, we put forward a new pedagogical approach in the field of education based on a taxonomy of human perception in neuroscience. We show that this method improves on reasoning which in turn enhances overall learning and inductive capabilities for knowledge acquisition in a problem solving environment. In a first part, we present the implementation of our new method in a tutorial system to improve reasoning hence leading to better learning. Furthermore, acknowledging the importance of emotional mechanisms in learning, we therefore recorded, in this first part, the emotional reactions of users using physiological sensors. The effectiveness of our method for learning and its positive impact on emotions has been validated on 31 participants. In a second part, we go further in our research and enhance our approach in order to improve reasoning for a better induction of knowledge. Induction in a bottom-up logical reasoning approach where one constructs general rules from observed examples. To better understand the impact of our method on the cognitive processes involved in this type of reasoning, we used sensors to record the users’ brain electrical activity. The validation of our approach was carried out on a cohort of 43 volunteers. We showed the effectiveness of our method on the induction of knowledge and sustainability of measuring user’s reasoning by brain recordings after applying proper signal processing algorithms to the data. Following the two parts, we finish the thesis by presenting the implementation of a new intelligent tutoring system incorporating the results found throughout this work.

L’oxyde de zinc dopé de type n est un excellent candidat pour la réalisation de films transparents et isolants thermiques grâce à ses propriétés d’absorption et de réflexion limitées aux domaines UV et IR. La synthèse en milieu polyol de particules nanostructurées d’oxyde de zinc dopé par du gallium a été utilisée afin de maîtriser la morphologie des cristallites. Il a été démontré expérimentalement et théoriquement que le maximum d’efficacité d’absorption IR est atteint pour un taux de dopant de 2,6 % molaire. Des suspensions de haute transmission dans le visible et absorption infrarouge significative ont été obtenues par l’encapsulation des particules avec un matériau fluoré d’indice de réfraction intermédiaire entre l’oxyde et le milieu dispersant, ainsi que par l’optimisation de l’état de dispersion de suspensions colloïdales grâce à l’adsorption de thioalcanes en surface des cristallites de ZnO dopés. / Thanks to its absorption / reflexion properties limited to the UV and the IR range, n-doped zinc oxide is a promising candidate for the elaboration of transparent and insulating films in smart windows. Nanostructured particles of Ga-doped zinc oxide were elaborated by polyol process. Polyol process was used in order to control the size and the morphology of the particles. Both experimental and theoretical data show that a maximum of IR absorption efficiency is obtained for a doping rate of 2.6 molar percent. Colloidal suspensions with high transmission in the visible range combined with significant absorption of the near infrared range were obtained using two strategies. The first one is the encapsulation of the Ga-doped ZnO particles by a fluoride shells with an intermediate refractive index between ZnO and the dispersion medium. The second one is the optimization of the dispersion state of nano-colloidal suspensions thanks to the adsorption of thioalkanes on the Ga-doped ZnO crystallite surfaces.

Les politiques entreprises dans le domaine de la production d’électricité pour lutter contre le changement climatique reposent communément sur le remplacement des moyens de production fossiles et centralisés par de nouveaux moyens de type renouvelables. Ces énergies renouvelables sont en grande partie distribuées dans les réseaux moyenne et basse tension et sont le plus souvent intermittentes (énergies éolienne et photovoltaïque principalement). Les gestionnaires de réseaux s’attentent à ce que ce changement de paradigme induise des difficultés conséquences dans leurs opérations. Les mondes de la recherche et de l’industrie se sont ainsi structurés depuis le milieu des années 2000 afin d’apporter une réponse aux problèmes anticipés. Cette réponse passe notamment par le déploiement de technologies de l’information et de la communication (TIC) dans les réseaux électriques, des centres de contrôle jusqu’au sein même des moyens de production distribués. C’est ce que l’on appelle le Smart Grid. Parmi le champ des possibles du Smart Grid, ces travaux de thèses se sont en particulier attachés à apporter une réponse aux enjeux de stabilité en fréquence du système électrique, mise en danger par la réduction anticipée de l’inertie des systèmes électriques et la raréfaction des moyens de fourniture de réserve primaire (FCR), auxquels incombent le maintien de la fréquence en temps réel. En vue de suppléer les moyens de fourniture de réserve conventionnels et centralisés, il a ainsi été élaboré un concept de coordination de charges électriques délestables distribuées, qui se déconnectent et se reconnectent de manière autonome sur le réseau au gré des variations de fréquence mesurées sur site. Ces modulations de puissance répondent à un schéma préétabli qui dépend de la consommation électrique effective de chacune des charges. Ces travaux ont été complétés d’une étude technico-économique visant à réutiliser cette infrastructure de coordination de charges délestables pour la fourniture de services systèmes ou de produits de gros complémentaires. Ce travail de thèse réalisée au sein des équipes innovation de Schneider Electric et du laboratoire de Génie Electrique de Grenoble (G2Elab), est en lien avec les projets Européens EvolvDSO et Dream, financés dans le cadre du programme FP7 de la Commission Européenne. / Climate change mitigation policies in the power generation industry lead commonly on the replacement of bulk generation assets by Renewable Energy Resources (RES-E). Such RES-E are largely distributed among the medium and low voltage grids and most of them are intermittent like photovoltaic and wind power. System Operators expect that such new power system paradigm induces significant complications in their operations. The communities of research and industry started thus to structure themselves in the mid-2000s in order to respond to these coming issues, notably through the deployment of Information and Communication Technology (ICT) in power systems assets, from the Network Operations Centers (NOCs) down to Distributed Energy Resources (DERs) units. This is the Smart Grid. Among the range of possibilities of the Smart Grid, this Ph.D work aims in priority to provide a solution to handle the issue of frequency stability of the power system that are endangered by the combined loss of inertia of the power system and the phasing-out of conventional assets which used to be in charge of the maintain of the frequency in real time through the supply of Frequency Containment Reserve (FCR). The concept developed lead on a process of coordinated modulation of the level of loads of DERs, whose evolve depending on the system frequency measured in real time on-site. The strategy of modulation of each DER follows a pattern which is determined at the scale of the portfolio of aggregation of the DER, depending on the effective level of load of the DER at normal frequency (i.e. 50Hz in Europe). This work is completed by a cost benefit analysis that assesses the opportunity of sharing of the previous infrastructure of coordinated modulation of DERs for the supply of ancillary services and wholesale products. This thesis conducted within Schneider Electric’s Innovation teams and Grenoble Electrical Engineering Laboratory (G2Elab) is linked with the European projects Dream and EvolvDSO, and funded under European Commission’s FP7 program.

En lien étroit avec le projet européen DREAM, le sujet de thèse s’intègre dans les évolutions opérationnelles des réseaux de distribution de demain intégrant de larges quantités d'énergies renouvelables. Un contrôle centralisé de l'ensemble des acteurs est, certes globalement optimal mais complexe et peu fiable. L'étude porte sur la faisabilité d'un contrôle distribué, auto-adaptatif et temps réel des ressources locales et des composants du réseau. La piste principale explorée correspond à des agents autonomes qui peuvent construire des structures collaboratives ad-hoc suivant les besoins du réseau. Ces structures collaboratives adresseront divers modes de fonctionnement, du marché de l'énergie J-1 à infraday au marché d'ajustement (services systèmes) et au contrôle local (fréquence et auto-cicatrisation). / In close relationship with the European project DREAM, this doctoral thesis focus on operational evolutions in tomorrow’s distribution networks wich will integrate a larger amount of distributed renewable resources. A centralized control of all the entities (from controllable loads to embedded generators) is overall optimal but complex and not so reliable. This study addresses the feasibility of a distributed control, autonomous, self-learning and real time operation of local resources and network’s components. The main concern to explore will be the creation of ad-hoc federations of agents that will flexibly adjust their hierarchy to current needs. These collaborative structures will use different coordination strategies ranging from market-based transactions, to balancing optimization market (ancillary services) and to local control (frequency control and self-healing).