Pendant les dernières décennies, le travail d'une partie toujours croissante de chercheurs qui s'occupent de robotique s'est focalisé sur un groupe spécifique de robots qui fait partie de la famille des manipulateurs parallèles: les robots à câbles. Malgré les nombreuses études que l'on a consacrées à ce sujet, ces robots présentent encore aujourd'hui plusieurs problématiques complètement ou partiellement irrésolues. En particulier l'étude de leur cinématique, qui se révèle déjà complexe pour les manipulateurs parallèles traditionnels, est rendu encore plus compliqué par la nature non linéaire des câbles qui peuvent seulement exercer des efforts de traction. Le travail présenté dans cette thèse concentre donc son attention sur l'étude de la cinématique des robots à câbles et sur la mise au point de techniques numériques capables d'aborder une partie des problématiques liées à cela. La plupart du travail se concentre sur l'élaboration d'un algorithme pour la résolution du problème géométrique direct pour n'importe quel manipulateur à câbles qui se fonde sur l'analyse par intervalles. Cette technique d'analyse permet non seulement de résoudre rapidement le problème mais également de garantir les résultats obtenus en cas d'erreurs d'élimination et d'arrondi et de prendre en considération les incertitudes éventuellement présentes dans le modèle du problème. Le code développé a été testé grâce à un petit prototype de manipulateur à câbles dont la réalisation, qui a eu lieu pendant le parcours de doctorat, est décrite à l'intérieur du mémoire en accord avec la phase de conception du projet et de simulation. / In the past two decades the work of a growing portion of researchers in robotics focused on a particular group of machines, belonging to the family of parallel manipulators: the cable robots. Although these robots share several theoretical elements with the better known parallel robots, they still present completely (or partly) unsolved issues. In particular, the study of their kinematic, already a difficult subject for conventional parallel manipulators, is further complicated by the non-linear nature of cables, which can transmit forces only when they are taut. The work presented in this thesis therefore focuses on the study of the kinematics of these robots and on the development of numerical techniques able to address some of the problems related to it. Most of the work is focused on the development of an interval-analysis-based procedure for the solution of the direct geometric problem (DGP) of a generic cable manipulator. This technique, as well as allowing for a rapid solution of the problem, also guarantees the results obtained against rounding and elimination errors and can take into account any uncertainties in the model of the problem. The developed code has been tested with the help of a small manipulator whose realization is described in this dissertation together with its design and simulation phases.

La réalisation de gestes percutanés dans l’IRM ouvre la voie à des pratiques médicales prometteuses. En revanche, l’utilisation de l’IRM reste à ce jour limitée, et ce malgré l’intérêt en terme de qualité d’image. Cela est dû principalement à l’étroitesse du tunnel et à la complexité des gestes réalisés. Pour rendre accessibles de telles pratiques, une assistance robotique semble très pertinente. Pour le concepteur, la réalisation d’un système robotisé compatible IRM n’est pas une tâche facile, étant donné l’espace disponible et la présence d’un champ magnétique intense. C'est dans ce contexte que nous avons développé un assistant robotique, MRGuide, dédié aux traitements du cancer de la prostate dans l’IRM. Il s'agit d'un manipulateur à câbles avec un actionnement déporté. Dans ce travail, de nombreuses contributions menant à la réalisation de ce prototypes ont présentées. Parmi celles‐ci, une instrumentation originale pour estimer la tension des câbles est proposée. Cette instrumentation est basée sur l’utilisation d’une structure en treillis, de mécanismes compliants et de capteurs de déplacement à technologie optique pour assurer la compatibilité avec le scanner. Pour optimiser la géométrie du robot et faciliter son intégration dans l'IRM, une démarche de conception des robots à câbles instrumentés est développée. Cette démarche est basée sur une approche par intervalles. D'autres contributions relatives à la caractérisation de l'espace de travail des robots à câbles instrumentés, à l'étalonnage des capteurs de tension et au développement d'une stratégie de commande adaptée au dispositif sont décrites. / Performing medical gestures under MRI is a promising medical approach. Todate, using MRI for interventions is still limited, despite the quality of the provided images. This limitation is mainly due to the confined physical space inside the tunnel and the complexity of the gestures. To make accessible such practices, a robotic assistance seems very relevant. However, it’s a challenge for the designer, given the limited space and the strong magnetic field inside the bore. In this context, we have developed an MR-‐compatible robotic assistant, named MRGuide, for prostate interventions. The robot is based on an original cable-­‐ driven manipulator with a remote actuation. In this work, many contributions leading to the development of MRGuide are presented. One of these contributions lies in the use of an original instrumented structure to evaluate the cables tensions. This instrumentation is based on the use of a truss structure, compliant mechanisms and optical displacement sensors for MRcompatibility. In order to optimize the size of the robot and facilitate its integration in the scanner, a new design methodology using interval analysis has been developed. Other contributions related to the workspace characterization of instrumented cable-­‐driven robots, the tension sensor calibration and the development of a new control strategy adapted to the device are described.

Le traitement de la leucémie myéloïde chronique (LMC) par imatinib est un succès de thérapie ciblée en oncologie. Le principe de cette thérapie est de bloquer les processus biochimiques à l'origine du développement de la maladie, et de permettre à une majorité de patients de réduire leurs risques de progression mais aussi d'éviter des traitements lourds et risqués comme la greffe de cellules souches hématopoïétiques.Cependant, même si l'efficacité de l'imatinib à été prouvée dans un contexte clinique, il n'en demeure pas moins qu'une proportion non négligeable de patients n'obtient par de niveaux de réponse moléculaire jugés optimale. Le but de cette thèse est de tester l'hypothèse d'un lien entre des polymorphismes de gènes impliqués dans l'absorption des médicaments et de leurs métabolisme, et la réponse moléculaire dans la leucémie myéloïde chronique en phase chronique traitée par imatinib.Dans le but d'évaluer la réponse moléculaire des patients, des prélèvements sanguins sont réalisés tout les 3 mois afin de pratiquer le dosage d'un biomarqueur. Ce type particulier de suivi produit des données censurées par intervalles. Comme par ailleurs, les patients demeurent à risque de progression ou sont susceptible d'interrompre leurs traitements pour cause d'intolérance, il est possible que la réponse d'intérêt ne soit plus observable sous le traitement étudié. Les données ainsi produites sont censurées par intervalles dans un contexte de compétition (risques compétitifs).Afin de tenir compte de la nature particulière des données collectées, une méthode basée sur l'imputation multiple est proposée. L'idée est de transformer les données censurées par intervalles en de multiples jeux de données potentiellement censurées à droite et d'utiliser les méthodes disponibles pour l'analyser de ces données. Finalement les résultats sont assemblés en suivant les règles de l'imputation multiple. / Imatinib in the treatment of chronic myeloid leukemia is a success of targeted therapy in oncology. The aim of this therapy is to block the biochemical processes leading to disease development. This strategy results in a reduction of the risk of disease progression and allows patients to avoid extensive and hazardous treatments such as hematologic stem cell transplantation.However, even if imatinib efficacy has been demonstrated in a clinical setting, a significant part of patients do not achieve suitable levels of molecular response. The objective of this thesis, is to test the hypothesis of a correlation between polymorphisms of genes implied in drug absorption an metabolism and the molecular response in chronic myeloid leukemia in chronic phase treated by imatinib.In order to evaluate patients molecular response, blood biomarker assessments are performed every 3 months. This type of follow up produces interval censored data. As patients remain at risk of disease progression, or may interrupt their treatments due to poor tolerance, the response of interest may not be observable in a given setting. This situation produces interval censored competing risks data.To properly handle such data, we propose a multiple imputation based method.The main idea is to convert interval censored data into multiple sets of potentially right censored data that are then analysed using multiple imputation rules.

Récemment, plusieurs applications, dans lesquelles différentes entités interagissent dans un environnement dynamique, soulignent l’intérêt de l’utilisation des architectures multi-agents. Ces architectures offrent, dans ce cadre, un certain nombre d’avantages, tels que l’autonomie, la réactivité et la capacité de prise de décision. Elles manquent cependant de capacité sociale et de connaissances sur son environnement, notamment lorsqu’il s’agit d’un environnement dynamique. En effet, quand un agent interagit avec le monde réel, il doit prendre en compte les évènements qui peuvent survenir tout en considérant centaines contraintes telles que le temps et l’espace. En outre, les agents doivent faire face à l’incertitude liée aux applications réelles afin de fournir une représentation fidèle du monde réel. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons un modèle formel de recommandation des plans qui améliore le processus de prise de décision des agents dans un environnement spatio-temporel et incertain. Pour formaliser les comportements cognitifs des agents dans notre système nommé CARS, en anglais ``Cognitive Agent-based Recommender System '', nous avons étendu l’architecture BDI qui se base sur le modèle `` Croyance-Désir-Intention'' pour prendre en compte les différents contextes liés à des applications réelles en particulier le contexte social. Par ailleurs, nous avons également utilisé la théorie possibiliste afin de considérer l’incertitude dans l’état motivationnel d’un agent (c’est à dire ses croyances, désirs, objectifs ou intentions). Pour répondre aux besoins des applications réelles, tels que les systèmes de recommandation relatives au trafic et navigation, nous proposons une représentation spatiotemporelle des croyances et des intentions d’un agent. Cette représentation permettra l’anticipation de certaines intentions, de manière à recommander un plan qui sera optimal pour un utilisateur. Compte tenu l’incomplétude/l’imprécision liée aux données spatiotemporelles, nous avons étendu le modèle proposé pour raisonner avec des croyances et intentions floues. Une évaluation du modèle proposé a été menée en utilisant une simulation multi-agent, dans un scenario réel de circulation routière. Cette simulation a offert un environnement virtuel qui a mis en lumière, après avoir testé les différentes fonctionnalités du modèle, les principaux points forts ainsi que leslacunes liées à l’architecture multi-agents proposée. / Recently, many real-world applications where different entities interact in a dynamic environment, consider the use of agents in their architectures due principally to their autonomy, reactivity and decision-making abilities. Though these systems can be made intelligent, using Artificial Intelligence (AI) techniques, agents still lack of social abilities and have limited knowledge of their environment and in particular when it comes to a dynamic environment. In fact, when operating in the real world, agents need to deal with unexpected events considering both changes in time and space. Moreover, agents must face the uncertainty, which pervades real-world scenarios in order to provide an accurate representation of the world. In this thesis, we introduce and evaluate a formal framework for recommending plans to agents in the decision making process, when they deal with uncertain spatio-temporal information. The agent-based architecture we propose to address this issue, called CARS (Cognitive Agent-based Recommender System), has been designed by extending the well-known Belief-Desire-Intention (BDI) architecture to incorporate further capabilities to support reasoning with different types of contextual information, including the social context. Uncertainty on the agent's beliefs, desires and intentions is modeled using possibility theory. To meet the requirements of real-world applications, e.g., traffic and navigation recommendation systems, we define a spatio-temporal representation of the agents' beliefs and intentions. Using such a formal framework, anticipatory reasoning about intentional dynamics can be performed with the aim to recommend an optimal plan to a certain user. Since spatio-temporal data is often considered as incomplete and/or vague, we extended the formal framework with a fuzzy representation of spatio-temporal beliefs and intentions. The framework is evaluated through an Agent Based Simulation (ABS) in a real-world traffic scenario. This ABS allowed us to create a virtual environment to test the impact of the different features of our framework as well as to evaluating the main strengths and weaknesses of the proposed agent architecture.

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Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur la synthèse d'observateurs intervalles pour la commande tolérante aux fautes de systèmes incertains. La présence de défauts, d'incertitudes et de perturbations peut provoquer des réactions indésirables du système commandé. Dans ce contexte, nous avons développé deux approches de commande tolérante aux fautes basées sur des observateurs intervalles dans le cas où les défauts et les incertitudes sont inconnus mais bornés. La première approche, dite passive, permet de garantir la stabilité du système en boucle fermée y compris en présence de défauts actionneurs et/ou composants. La seconde approche, dite active, permet de compenser l'effet des défauts et d'assurer la stabilité et les performances désirées du système. Ces contributions sont validées par des simulations numériques. / The research work presented in this thesis focuses on the design of interval observers for fault-tolerant control of uncertain systems. The presence of faults, uncertainties and disturbances in automated systems often causes undesirable reactions. In this context, two approaches of fault tolerant control have been developed based on interval observers in the case where the faults and the uncertainties are unknown but bounded. The first approach is passive and consists in ensuring the closed loop system stability even in the presence of actuator and/or component faults. The second approach, an active one, compensates the fault effect and ensures the system stability and desired performances. These contributions are validated through numerical simulations.

Objectif. L’activité physique a des bénéfices sur la santé mentale des personnes vivant avec des troubles psychotiques. L’effort aérobie de type continue étant l’intervention la plus populaire dans la littérature, certaines études ont également étudié le type d’effort de haute intensité par intervalles, mais n’ont pas observé ses effets à long terme. La présente étude vise premièrement à observer le maintien des bénéfices auprès de personnes ayant des troubles psychotiques, après une intervention de six mois de haute intensité par intervalles. Deuxièmement, elle vise à déterminer les prédicteurs de participation à la pratique d’activité physique. Méthodes. Soixante-six sujets (37.9% de femmes, 30.73 ± 7.23 ans) diagnostiqués avec un trouble psychotique selon le DSM-5 ont participé à une intervention supervisée de haute intensité par intervalles de course sur tapis, durant six mois, à raison de deux séances de 30 minutes par semaine. Après cette intervention, il a été offert aux sujets un accès gratuit aux installations ou se sont déroulées les séances pendant à nouveau six mois, sans supervision. Les sujets ont été évalués avant et après l’intervention, puis six mois après l’arrêt de la supervision, soit 12 mois après le premier temps de mesure. La symptomatologie (PANSS), le fonctionnement global (GAF) et social (SOFAS) ont été évalués. Les scores des questionnaires mentionnés ci-dessus ont été analysées statistiquement par des modèles mixtes linéaires et des ANOVA à une voie. Résultats. Les résultats ont montré un maintien de l’impact positif de l’intervention sur les symptômes négatifs (p = 0,004) et globaux (p = 0,01). Les facteurs prédicteurs de la participation aux séances d’activité physique ont montré que les individus ayant participé à moins de 64% des séances sont ceux ayant un moins bon fonctionnement global (GAF : p = 0,02) et social (SOFAS : p ˂ 0,001) et des symptômes plus sévères (PANSS : négatifs : p = 0,02 ; positifs : p = 0,01 ; globaux : p = 0,04). Conclusion. Le maintien des bénéfices n’a été observé qu’au niveau des symptômes négatifs, ce qui implique des stratégies supplémentaires dans l’élaboration de l’intervention et ses modalités. De plus, nos analyses prédictives révèlent qu'une amélioration du fonctionnement social et global, ainsi qu'une réduction de la sévérité des symptômes, sont associées à une participation accrue à l'activité physique chez nos participants. / Aims. Physical activity has mental health benefits for people with psychotic disorders. Continuous aerobic exercise being the most popular intervention in the literature, some studies have also investigated high-intensity interval training but have not investigated its long-term effects. This study had two aims. First, to observe whether the benefits of a six-month high intensity interval training intervention could be maintained among people with psychotic disorders. Second, to determine the predictors of participation in physical activity participation. Methods. Sixty-six subjects (37.9% women, 30.73 ± 7.23 years old) diagnosed with psychotic disorder according to DSM-5 participated in a supervised six-month high-intensity interval treadmill running intervention : twice per week, 30 minutes per session. After the intervention, subjects were offered free access to the facilities where the sessions were held for another six months without supervision. The subjects were evaluated before and after the intervention, and six months after the end of supervision, which was 12 months after the first measurement. Symptomatology (PANSS), global (GAF) and social (SOFAS) functioning were evaluated. The scores of the above-mentioned questionnaires were statistically analyzed using linear mixed models and one-way ANOVA. Results. The results showed a maintenance of the positive impact of the intervention on negative (p = 0.004) and global (p = 0.01) symptoms only. Predictors of participation in physical activity sessions showed that individuals who participated in less than 64% of the sessions had poorer global functioning (GAF: p = 0.02) and social functioning (SOFAS : p ˂ 0,001) and more severe symptoms (PANSS: negative: p = 0.02; positive: p = 0.01; global: p = 0.04). Conclusion. The maintenance of benefits was only observed in terms of negative symptoms, which implies the need for additional strategies in the development and implementation of the intervention. In addition, the prediction analyses of participation in physical activity demonstrated that individuals with better global and social functioning and less severe symptoms are more likely to practice physical activity.

Les surfaces de subdivision fournissent une méthode alternative prometteuse dans la modélisation géométrique, et ont des avantages sur la représentation classique de trimmed-NURBS, en particulier dans la modélisation de surfaces lisses par morceaux. Dans ce mémoire, nous considérons le problème des opérations géométriques sur les surfaces de subdivision, avec l'exigence stricte de forme topologique correcte. Puisque ce problème peut être mal conditionné, nous proposons une approche pour la gestion de l'incertitude qui existe dans le calcul géométrique. Nous exigeons l'exactitude des informations topologiques lorsque l'on considère la nature de robustesse du problème des opérations géométriques sur les modèles de solides, et il devient clair que le problème peut être mal conditionné en présence de l'incertitude qui est omniprésente dans les données. Nous proposons donc une approche interactive de gestion de l'incertitude des opérations géométriques, dans le cadre d'un calcul basé sur la norme IEEE arithmétique et la modélisation en surfaces de subdivision. Un algorithme pour le problème planar-cut est alors présenté qui a comme but de satisfaire à l'exigence topologique mentionnée ci-dessus. / Subdivision surfaces are a promising alternative method for geometric modelling, and have some important advantages over the classical representation of trimmed-NURBS, especially in modelling piecewise smooth surfaces. In this thesis, we consider the problem of geometric operations on subdivision surfaces with the strict requirement of correct topological form, and since this problem may be ill-conditioned, we propose an approach for managing uncertainty that exists inherently in geometric computation. We take into account the requirement of the correctness of topological information when considering the nature of robustness for the problem of geometric operations on solid models, and it becomes clear that the problem may be ill-conditioned in the presence of uncertainty that is ubiquitous in the data. Starting from this point, we propose an interactive approach of managing uncertainty of geometric operations, in the context of computation using the standard IEEE arithmetic and modelling using a subdivision-surface representation. An algorithm for the planar-cut problem is then presented, which has as its goal the satisfaction of the topological requirement mentioned above.

Cette thèse porte sur le calcul d'une sur-approximation conservative pour les solutions d'équations différentielles ordinaires en présence d'incertitudes et sur son application à l'estimation et l'analyse de systèmes dynamiques à temps continu. L'avantage principal des méthodes et des algorithmes de calculs présentés dans cette thèse est qu'ils apportent une preuve numérique de résultats. Cette thèse est organisée en deux parties. La première partie est consacrée aux outils mathématiques et aux méthodes d'intégration numérique garantie des équations diff érentielles incertaines. Ces méthodes permettent de caractériser de manière garantie l'ensemble des trajectoires d'état engendrées par un système dynamique incertain dont les incertitudes sont naturellement représentées par des intervalles bornés. Dans cette optique, nous avons développé une méthode d'intégration hybride qui donne de meilleurs résultats que les méthodes d'intégration basées sur les modèles de Taylor intervalles. La seconde partie aborde les problèmes de l'identification et de l'observation dans un contexte à erreurs bornées ainsi que le problème d'atteignabilité continue pour la véri cation de propriétés des systèmes dynamiques hybrides. / This thesis addresses the computation of conservative over-approximation of the solutions of uncertain ordinary di erential equations and its application to the estimation and the analysis of uncertain continuous-time dynamical systems. The main feature of the methods and algorithms presented in this thesis is the fact that they are numerically veri ed and hence can be used to obtain numerical proof of properties. This thesis is organized in two parts. The first part is devoted to the mathematical tools and the guaranteed numerical integration methods for uncertain ordinary di erential equations. These methods make it possible to characterize in a guaranteed way all the state trajectories generated by an uncertain dynamical system whose uncertainties are in a natural way described by bounded boxes. Accordingly, we have developed a hybrid integration method which gives better results than the integration methods based on interval Taylor models. The second part is dedicated to the resolution of identi cation and observation issues in a bounded error context. It also deals with continuous reachability computation for the veri cation of the properties of hybrid dynamical systems.

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