Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire s'articulent autour de la problématique du mouvement en robotique mobile. Il s'agit de développer des outils algorithmiques permettant à un robot mobile non holonome de planifier puis exécuter des mouvements dans un environnement encombré d'obstacles. L'originalité de ces travaux réside dans deux préoccupations omniprésentes : la généricité des approches proposées et l'applicabilité dans les conditions réelles de l'expérimentation. La plus grande partie de ces travaux sont d'ailleurs intégrés dans diverses plate-formes robotiques.

Le sujet de cette thèse se situe à l'intersection des domaines de la robotique mobile et des réseaux de neurones artificiels (RNA). Notre objectif est d'étudier les solutions que peuvent apporter les techniques connexionnistes aux problèmes particuliers posés par la commande automatique d'un robot de type voiture. Ce mémoire se compose de deux parties principales. La première d'entre elles traite des aspects fondamentaux de la commande d'un robot mobile et de l'utilisation des réseaux de neurones artificiels pour la commande de systèmes complexes. Cette première étude nous permet de mettre en évidence les différents points sur lesquels les réseaux de neurones peuvent jouer un rôle dans une architecture de commande conférant une véritable autonomie de mouvements au véhicule, tout en respectant les contraintes de robustesse et de rapidité de réaction induites par l'utilisation d'un robot de la taille et de la vitesse d'une voiture. Nous proposons dans la deuxième partie du mémoire plusieurs contrôleurs permettant d'accroître progressivement l'autonomie du robot. Nous nous intéressons tout d'abord à une tâche simple consistant uniquement à asservir le robot sur une trajectoire de référence issue d'un planificateur. Notre approche autorise une adaptation continue du système face à d'éventuels changements des paramètres du robot ou de son environnement. Afin de permettre la réalisation de manoeuvres sans consignes extérieures, nous proposons également une méthodologie pour la réalisation de contrôleurs basés sur l'utilisation des capteurs externes du véhicule. Notre appoche utilise un modèle alliant des caractéristiques issues de la logique floue et des RNA. Enfin nous montrons comment des tâches complexes peuvent être réalisées à partir de l'enchaînement de plusieurs contrôleurs simples. Notre réalisation du système de sélection de ces contrôleurs, utilisant un RNA récurrent, possède des capacités de robustesse et autorise des réactions très rapides face à l'ensemble des événements extérieurs qui doivent pouvoir être pris en compte.

Conçus à l'origine pour le trafic best-effort, les réseaux mobiles ad hoc (MANET) sont de plus en plus amenés à acheminer le trafic des applications imposant des contraintes de qualité de service (QoS). Les solutions pour le routage à QoS dans les MANET ont généralement été proposées comme des extensions optionnelles des protocoles best-effort. Par exemple, les liaisons y sont toujours considérées comme symétriques au sens de la connectivité, alors qu'elles ne le sont évidemment pas au sens de la QoS. De plus, dans les solutions proposées dans le cadre du protocole proactif Optimized Link State Routing (OLSR), l'effort algorithmique pour la QoS se fait souvent au détriment de l'optimisation de la diffusion qui est pourtant une des activités les plus consommatrices de ressources. L'approche proposée dans cette thèse consiste à intégrer les aspects liés à la QoS dans la représentation des MANET dès la conception du protocole de routage. Prenant pour cible le protocole OLSR, nous proposons une formulation du problème de la sélection des relais multipoints (MPR) sous forme de programme mathématique pour permettre à la fois l'optimisation de la diffusion et la prise en compte des paramètres de la qualité de service. Une heuristique proposée pour réaliser la sélection des MPR indépendamment du nombre et du type de métriques est également proposée. L'heuristique appliquée à quatre métriques ainsi que les autres mécanismes proposés sont ensuite intégrés dans OLSR. Les évaluations ciblant une application à fortes contraintes de qualité de service en établissent les performances aussi bien en environnement ouvert qu'en agglomération.

L'entrée ou non d'un investisseur privé dans une industrie de réseaux est notamment fonction de l'analyse stratégique de l'environnement extérieur de la firme et de ses incertitudes. S'agissant d'un environnement extérieur régulé/libéralisé par un régulateur indépendant, l'incertitude majeure de l'investisseur privé est relative au comportement de ce régulateur sectoriel quant à l'adoption et à l'application des réglementations économiques annoncées. La compréhension et l'anticipation du comportement du régulateur indépendant permettent à l'investisseur privé de limiter cette incertitude environnementale et de décider d'entrer ou non dans l'industrie concernée. Sur la base d'une analyse néo-institutionnelle des politiques de libéralisation des industries de réseaux, une grille d'analyse du risque réglementaire associé à l'entrée est proposée à l'usage des investisseurs privés. Cette grille est ensuite testée empiriquement dans le cas de l'entrée des opérateurs virtuels dans l'industrie européenne des services de communications mobiles.

Un système mobile est un ensemble de composants qui peuvent interagir entre eux, tout en modifiant dynamiquement le système lui-même. Ces interactions contrôlent ainsi la création et la destruction des liaisons entre les composants, mais aussi la création dynamique de nouveaux composants au sein du système. La taille d'un tel système varie au cours du temps, elle n'est pas bornée en général. Un système mobile peut représenter des réseaux de télécommunication, des systèmes reconfigurables, des applications client-serveur sur la toile, des protocoles cryptographiques, ou des systèmes biologiques. Plusieurs modèles sont disponibles selon le domaine d'application et la granularité du niveau d'observation. Dans cette thèse, nous proposons un cadre de travail unifiant pour découvrir et prouver statiquement (avant leur exécution) et automatiquement les propriétés des systèmes mobiles. Nous proposons un méta-langage dans lequel nous encodons les modèles les plus couramment utilisés dans la littérature (le p-calcul, le calcul des ambients, le join-calcul, le spi-calcul, les BIO-ambients, etc). Pour chaque modèle encodé, le méta-langage calcule une sémantique enrichie dans laquelle à la fois les composants et les objets qu'ils manipulent (adresses mémoires, noms de canaux, clefs secrètes ou partagées, etc) sont identifiés par l'historique de leur création. Ainsi, nous n'utilisons pas de relation de congruence (ni de renommage), ce qui rend l'analyse plus facile. Le cadre général de l'Interprétation Abstraite nous permet ensuite de dériver des sémantiques abstraites, qui sont décidables, correctes, et approchées. Dans cette thèse, nous donnons trois analyses génériques que nous instancions selon le compromis désiré entre le temps de calcul et la précision de l'analyse. La première analyse se concentre sur les propriétés dynamiques du système. Elle infère des relations entre les historiques des objets qui sont manipulés par les composants du système. Cette analyse distingue les instances récursives d'un même objet, et ce, même lorsque le nombre de ces instances n'est pas borné. à titre d'exemple, cette analyse prouve dans le cas d'une application client-serveur à nombre illimité de clients, que les données de chaque client ne sont pas communiquées aux autres clients. La deuxième analyse se concentre sur des propriétés de concurrence. Cette analyse compte le nombre de composants du système. Elle permet de détecter que certains composants ne peuvent pas interagir, car ils ne coexistent jamais. Elle peut aussi garantir à un système qu'il n'épuisera pas les ressources physiques disponibles. Une troisième analyse mêle concurrence et dynamicité.

Lors d'une transmission vidéo sur les réseaux mobiles, les données doivent être efficacement comprimées pour s'adapter à la bande passante réduite du support. Cependant, plus un flux multimédia est comprimé, plus il est sensible aux erreurs de transmission. Pour garantir un signal exempt d'erreur à l'entrée du décodeur source, plusieurs mécanismes sont incorporés dans le récepteur. Ces techniques consistent principalement à retransmettre les paquets erronés et/ou à rajouter des redondances aux données transmises. Ces méthodes sont efficaces, mais entraînent une consommation excessive de ressources. Récemment, le concept de décodage conjoint a été proposé. Il consiste à utiliser les redondances inhérentes contenues dans les informations transmises pour améliorer la qualité du décodage multimédia. Dans cette thèse, nous explorons cet axe et proposons un nouveau schéma de décodage conjoint exploitant les propriétés sémantiques et syntaxiques du flux ainsi que les codes de détection d'erreurs (CRC) protégeant les paquets. Parallèlement, nous étudions les problématiques d'intégration des schémas de décodage conjoint dans les récepteurs traditionnels et nous montrons que de nombreuses modifications sont nécessaires. Nous proposons ensuite un principe universel permettant de résoudre simplement les difficultés en exploitant différemment la structure protocolaire. Ces techniques ont été testées en considérant une transmission vidéo H.264/AVC point-à-point sur un support WiFi. Les résultats obtenus ont confirmé l'intérêt du décodage robuste par une amélioration significative du bilan de liaison.

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) sont très répandus au sein des génomes bactériens. Ces opérons bicistroniques de petite taille ont été découverts sur des plasmides à bas nombre de copies. Dans ce contexte génétique, les systèmes TA confèrent un avantage sélectif à leurs molécules-hôtes en tuant les bactéries-filles qui ne les ont pas héritées par le mécanisme de tuerie post-ségrégationnelle (PSK, post-segregational killing). Ces systèmes génétiques sont également appelés modules d’addiction étant donné qu’ils rendent la descendance des bactéries qui les contiennent dépendantes de leur présence. Alors que leur rôle dans les molécules d’ADN épisomiques est relativement bien établi, le sens biologique de la présence d’homologues à ces systèmes épisomiques au sein des chromosomes bactériens est sujet à d’intenses débats. L’idée que les systèmes TA chromosomiques confèrent un avantage sélectif a été mise en évidence dans plusieurs modèles. Selon ces modèles, les systèmes TA permettent aux bactéries de mieux faire face à des conditions environnementales stressantes. Entre-temps, la compréhension de l’évolution des génomes bactériens a connu des avancées significatives. L’impressionnante capacité d’adaptation des bactéries est aujourd’hui majoritairement attribuée au transfert horizontal de gènes (THG) provoqué par les éléments génétiques mobiles (phages, plasmides, transposons…). Dans le débat du rôle des systèmes TA chromosomiques, très peu d’attention a été accordée aux relations phylogénétiques et interactions entre systèmes plasmidiques et chromosomiques co-existant au sein d’un même hôte ainsi qu’à l’impact du THG sur leur évolution. Notre travail de thèse vise à mieux comprendre la biologie des systèmes TA en tenant compte de ces paramètres. Nous nous sommes intéressés à des systèmes homologues au système plasmidique ccdF. Nous avons étudié expérimentalement les 4 systèmes ccd (ccd1, ccd2, ccd3 et ccd4) qui co-habitent au sein du chromosome d’Erwinia chrysanthemi 3937 (une bactérie phytopathogène), leurs interactions intragénomiques et les interactions de ces systèmes avec le système plasmidique ccdF. Ce cadre expérimental a mené à la construction du modèle d’anti-addiction. Ce modèle propose que certains systèmes chromosomiques puissent conférer un avantage sélectif à leurs hôtes bactériens en interférant avec le PSK médié par leurs homologues plasmidiques. Cet avantage sélectif pourrait permettre la fixation de systèmes TA latéralement acquis au sein des populations bactériennes. Nous avons également recherché de nouveaux systèmes ccd au sein des génomes bactériens afin d’avoir un aperçu de leur distribution, des contextes génétiques dans lesquels ils existent et de l’implication du THG dans leur dispersion. Les réflexions qui ont accompagné notre recherche nous ont mené à proposer une synthèse sur le rôle des systèmes TA (plasmidiques et chromosomiques). Celle-ci se nourrit des avancées qui ont été effectuées, ces dernières années, dans la compréhension de l’évolution des génomes bactériens, de la théorie hiérarchique de la sélection naturelle et des processus non-adaptatifs et contingents qui pourraient expliquer la présence et la propagation des systèmes TA au sein des génomes bactériens sans que ceux-ci en soient les agents causaux.

Selon l'Union Internationale des Télécommunications (UIT), la progression importante du nombre de téléphones mobiles à travers le monde a dépassé toutes les prévisions avec un nombre d'utilisateurs estimé à 6 Mds en 2011 dont plus de 75% dans les pays développés. Cette progression importante produit une pression forte sur les opérateurs de téléphonie mobile concernant les ressources radio et leur impact sur la qualité et le degré de service (GoS) dans le réseau. Avec des demandes différenciées de services émanant de différentes classes d'utilisateurs, la capacité d'identifier les types d'utilisateurs dans le réseau devient donc vitale pour l'optimisation de l'infrastructure et des ressources. Dans la présente thèse, une nouvelle approche de classification des utilisateurs d'un réseau cellulaire mobile est proposée, en exploitant les données du trafic réseau fournies par deux opérateurs de téléphonie mobile en Afrique du Sud. Dans une première étape, celles-ci sont décomposées en utilisant deux méthodes multi-échelles ; l'approche de décomposition en mode empirique (Empirical Mode Decomposition approach - EMD) et l'approche en Ondelettes Discrètes (Discrete Wavelet Packet Transform approach - DWPT). Les résultats sont ensuite comparés avec l'approche dite de Difference Histogram qui considère le nombre de segments de données croissants dans les séries temporelles. L'approche floue de classification FCM (Fuzzy C-means) est utilisée par la suite pour déterminer les clusters, ou les différentes classes présentes dans les données, obtenus par analyse multi-échelles et par différence d'histogrammes. Les résultats obtenus montrent, pour la méthode proposée, une séparation claire entre les différentes classes de trafic par rapport aux autres méthodes. La deuxième partie de la thèse concerne la proposition d'une approche d'optimisation des ressources réseau, qui prend en compte la variation de la demande en termes de trafic basée sur les classes d'abonnés précédemment identifiés dans la première partie. Une nouvelle approche hybride en deux niveaux pour l'allocation des canaux est proposée. Le premier niveau considère un seuil fixe de canaux alloués à chaque cellule en prenant en considération la classe d'abonnés identifiée par une stratégie statique d'allocation de ressources tandis que le deuxième niveau considère une stratégie dynamique d'allocation de ressources. Le problème d'allocation de ressources est formulé comme un problème de programmation linéaire mixte (Mixed-Integer Linear programming - MILP). Ainsi, une approche d'allocation par période est proposée dans laquelle un groupe de canaux est alloué de façon dynamique pour répondre à la variation de la demande dans le réseau. Pour résoudre le problème précédent, nous avons utilisé l'outil CPLEX. Les résultats obtenus montrent qu'une solution optimale peux être atteinte par l'approche proposée (MILP)

Les réseaux mobiles ad hoc sont par nature instables et imprévisibles. De ces caractéristiques découle la difficulté à concevoir et analyser des algorithmes distribués garantissant certaines propriétés. C'est sur ce point que porte la contribution majeure de cette thèse. Pour amorcer cette étude, nous avons étudié quelques problèmes fondamentaux de l'algorithmique distribuée dans ce type d'environnement. Du fait de la nature de ces réseaux, nous avons considéré des modèles de calculs locaux, où chaque étape ne fait collaborer que des n\oe uds directement voisins. Nous avons notamment proposé un nouveau cadre d'analyse, combinant réétiquetages de graphes dynamiques et graphes évolutifs (modèle combinatoire pour les réseaux dynamiques). Notre approche permet de caractériser les conditions de succès ou d'échec d'un algorithme en fonction de la dynamique du réseau, autrement dit, en fonction de conditions nécessaires et/ou suffisantes sur les graphes évolutifs correspondants. Nous avons également étudié la synchronisation sous-jacente aux calculs, ainsi que la manière dont une application réelle peut reposer sur un algorithme de réétiquetage. Un certain nombre de logiciels ont également été réalisés autour de ces travaux, notamment un simulateur de réétiquetage de graphes dynamiques et un vérificateur de propriétés sur les graphes évolutifs.

Cette thèse porte sur la détermination autonome de stratégies de navigation pour un robot mobile évoluant dans un environnement extérieur initialement inconnu et non structuré. Ces stratégies concernent le choix de buts intermédiaires à rallier pour atteindre un but final, d'un mode de déplacement à appliquer, et de la prochaine tâche de perception à effectuer. Le mémoire est composé de deux parties: la première présente les algorithmes développés afin de construire une représentation topologique de l'environnement adaptée à la prise des diverses décisions stratégiques, et la seconde concerne les prises de décision proprement dites. Ètant données la complexité et la diversité d'un environnement extérieur naturel d'une part, et les grandes incertitudes que l'on a sur les données fournies par les capteurs d'autre part, nous avons favorisé pour la construction de la représentation topologique de l'environnement une technique de classification probabiliste. Les données tridimensionnelles (issues d'un télémètre laser ou d'un système de stéréovision) sont ainsi rapidement analysées de manière à produire une description de la zone perçue en termes de régions liées à la navigabilité du robot. Les données acquises de différents points de vue sont fusionnées en un modèle global, dans lequel figurent les incertitudes résultant des caractéristiques du capteur, et qui est structuré en un graphe de connexité de régions. C'est sur la base de ce modèle global, des modèles des capacités de déplacement et de perception du robot, et de la définition de la mission à réaliser (critères portant sur le temps et l'énergie à minimiser), que sont effectués les choix stratégiques. Une analyse du problème montre que sa difficulté provient essentiellement de sa complexité algorithmique et du caractère incertain des modèles de l'environnement et des capteurs. Une approche réaliste est présentée: elle consiste à déterminer le chemin au sein du graphe minimisant un coût, lequel prend en compte, outre les différents critères à minimiser, les incertitudes liées au modèle de l'environnement. Des résultats obtenus lors d'expérimentations sur un robot mobile réel sont présentés et analysés tout au long du mémoire