Ce travail de recherche présente les résultats concernant à la modélisation et identification des paramètres d’un robot sériel pour une utilisation en usinage dans le but d’améliorer la précision de la position de l’outil dans un espace de travail dédié. Dans ce sens, les travaux présentés permettent de proposer une méthodologie de modélisation géométrique pertinente avec la précision de la tâche et la maîtrise des erreurs d’assemblage et de fabrication des éléments du robot. Avec l’utilisation des modèles géométriques appliqués au robot ABB IRB 6660 nous avons développés des modèles avec des paramètres liés à la structure physique du robot et nous avons complémenté ces modèles avec la modélisation des paramètres géométriques d’une broche dédiée à l’usinage implémenté dans le dernier axe du robot. / This work presents the results concerning the modeling and identification of the parameters of a serial robot for use in machining in order to improve the precision of the position of the tool in a dedicated workspace. In this sense, the presented works allow to propose a methodology of geometrical modeling pertinent with the precision of the task and the control of the errors of assembly and manufacture of the elements of the robot. With the use of the geometric models applied to the ABB IRB 6660 robot we have developed models with parameters related to the physical structure of the robot and we complemented these models with the modeling of the geometric parameters of a spindle dedicated to the machining implemented in the last axis of the robot.

En fabrication additive métallique par fusion laser sur lit de poudre, la géométrie et les caractéristiques mécaniques des pièces produites sont générées au cours de la fabrication. Ces deux aspects sont grandement influencés par les trajectoires du spot laser et par la maîtrise de l'énergie apportée à la poudre localement. La commande numérique dont le rôle est de générer les consignes à envoyer aux actionneurs a donc un impact conséquent sur la qualité des pièces produites.Ces travaux proposent d'étudier l'impact des traitements effectués dans la commande numérique sur les trajectoires réalisées et sur l'énergie apportée à la matière. Dans la littérature, peu de travaux traitent de ces aspects en fabrication additive. C'est pourquoi une plateforme expérimentale est mise en œuvre et utilisée afin d'analyser et de mieux comprendre les opérations actuellement implémentées dans les commandes numériques industrielles.Un modèle mathématique représentatif de la géométrie de la machine est d'abord établi. Ce modèle permet de convertir les trajectoires du spot laser en consigne pour les actionneurs. Le modèle développé est utilisé afin d'améliorer l'étape de calibration des machines. Une fois le système calibré, les consignes envoyées aux actionneurs sont étudiées. Les différents traitements effectués dans la commande numérique industrielle sont analysés, des limitations sont mises en évidence et plusieurs propositions d'améliorations sont implémentées. Tous ces développements sont ensuite utilisés afin de maîtriser finement l'énergie apportée à la matière dans le cas de certaines trajectoires adaptées au procédé. Les développements scientifiques proposés dans ces travaux sont tous validés expérimentalement sur une machine de fabrication additive ou sur le banc d'essai développé. Les travaux effectués permettent d'envisager de nombreuses perspectives concernant l'amélioration des traitements réalisés dans la commande numérique en fabrication additive. / In metal additive manufacturing by laser powder bed fusion, the geometry and mechanical characteristics of the produced parts are generated during the manufacturing process. These two aspects are greatly influenced by the laser spot trajectories, and by the control of the energy provided to the powder locally. The numerical control system, whose purpose is to generate instructions to be sent to actuators, has therefore a significant impact on the quality of the parts produced.This work proposes to study the local impact of the operations carried out in the numerical control on both the trajectories executed and the energy provided to the material. In the literature, few studies have addressed these aspects in additive manufacturing. For this reason, an experimental platform is implemented and used to analyze and better understand the operations currently implemented in industrial numerical controls.First, a mathematical model representative of the machine geometry is established. This model converts the laser spot trajectories into instructions for actuators. The model developed is used to improve the calibration step of the machines. Once the system is calibrated, the instructions sent to the actuators are studied. The various processes carried out in the industrial numerical control are analysed, limitations are highlighted and several proposals for improvements are implemented. All these developments are then used to precisely control the energy supplied to the material in the case of certain trajectories adapted to the process. The scientific developments proposed in these works are all validated experimentally on an additive manufacturing machine or on the test bench developed. The work carried out makes it possible to envisage many perspectives concerning the improvement of the treatments carried out inside the numerical control in additive manufacturing.

Une méthodologie multidisciplinaire de caractérisation des aquifères fracturés est élaborée en s'appuyant sur deux exemples d'aquifères : un milieu cristallin à Plancoët et un milieu carbonaté à Quézac. Elle consiste d'abord à analyser le contexte géologique et construire un modèle géométrique de l'aquifère à différentes échelles sur la base d'analyses d'images, de cartographie de terrain et de prospections géophysiques. Les modèles géométriques effectués sur les deux sites tiennent compte des particularités de chacun. Une analyse des caractéristiques hydrologiques, hydrogéologiques et géochimiques de l'aquifère est ensuite réalisée à Plancoët, ce qui permet enfin de construire un modèle hydrogéologique qui confirme la structure géologique et conduit à proposer un emplacement de forage. La pluridisciplinarité des méthodes utilisées dans ce travail permet d'avoir une compréhension assez complète des aquifères étudiés.

Le CEA développe et utilise des logiciels de calcul, également appelés codes de calcul, dans différentes disciplines physiques pour optimiser les coûts de ses installations et de ses expérimentations. Lors d'une étude, plusieurs phénomènes physiques interagissent. Un couplage et des échanges de données entre plusieurs codes sont nécessaires. Chaque code réalise ses calculs sur une géométrie, généralement représentée sous forme d'un maillage contenant des milliers voire des millions de mailles. Cette thèse se focalise sur le transfert de déformations géométriques entre les maillages spécifiques de chacun des codes de calcul couplés. Pour cela, elle présente une méthode de couplage de plusieurs codes, dont le calcul des déformations est réalisé par l'un d'entre eux. Elle traite également de la mise en place d'un modèle commun aux différents codes de l'étude regroupant l'ensemble des données partagées. Enfin, elle porte sur les transferts de déformations entre des maillages représentant une même géométrie ou des géométries adjacentes. Les modifications géométriques sont de nature discrète car elles s'appuient sur un maillage. Afin de les rendre accessible à l'ensemble des codes de l'étude et pour permettre leur transfert, une représentation continue est calculée. Pour cela, deux fonctions sont développées : l'une à support global, l'autre à support local. Toutes deux combinent une méthode de simplification et un réseau de fonctions de base radiale. Un cas d'application complet est traité dans le cadre du réacteur Jules Horowitz. L'effet des dilatations différentielles sur le refroidissement d'un dispositif expérimental est étudié.

Le travail présenté se divise en trois partie. Dans un premier temps, nous montrons que le formalisme de la sélection de modèles permet d'établir la vitesse de décroissance de l'erreur d'estimation d'un estimateur par seuillage dans une base orthogonale de bandlettes d'une image bruitée par un bruit additif gaussien pour un modèle d'images géométriquement régulières. Cette vitesse étant optimale à un facteur logarithmique près pour les fonctions de régularité C_alpha en dehors de courbes C_alpha. Dans un second temps, nous montrons qu'une approche similaire permet également d'atteindre un estimateur optimal pour l'inversion de l'opérateur de tomographie sur la même classe de fonctions. Dans une troisième partie nous analysons la déconvolution sparse spike 1D par minimisation l_1 et montrons qu'une distance minimum entre les spikes, dépendant du filtre assure la reconstruction exacte de la déconvolution par minimisation l_1

Les environnements CAO fournissent des outils puissants pour la programmation graphique et la manipulation d'entités géométriques complexes. Dans cette thèse, nous proposons d'exploiter ce potentiel dans le domaine de la conception de robots parallèles. Ces robots sont considérés comme une alternative intéressante vis-à-vis de leurs homologues sériels dans différentes applications comme le " pick and place " et l'usinage. Cependant, leur utilisation industrielle est encore restreinte en raison d'un espace de travail limité, de modèles géométriques difficiles à résoudre et l'existence de configurations singulières délimitant leur domaine d'exploitation. L'analyse et la caractérisation de l'espace de travail jouent alors un rôle fondamental dans la phase de conception de robots manipulateurs parallèles. Dans ce travail de thèse, nous proposons des approches géométriques originales donnant lieu à un ensemble de méthodes et techniques basées CAO pour l'analyse et la caractérisation de l'espace de travail de robots parallèles plans et spatiaux. L'espace de travail est généré comme un solide dans l'environnement CAO à partir d'un paramétrage géométrique, d'esquisses et d'opérations élémentaires telles que le balayage hélicoïdal et l'intersection. Nous avons montré que ces méthodes constituent des outils pertinents et efficaces d'aide à la conception des mécanismes parallèles. Ils permettent également la résolution du problème géométrique direct et la génération de trajectoires libres de singularités. Plusieurs types de manipulateurs ont été considérés dans ce travail pour mettre en avant et illustrer les techniques CAO / Géométriques proposées : robots parallèles plans à 3 degrés de mobilité de type 3-RPR, 3-RRR, 3-PPR et 3-PRR, robots parallèles spatiaux à 6 degrés de mobilité de type ou 3-CRS ou 3-PRRS.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l 'étude d'un micro-robot destiné à la mise en oeuvre d'une technique de chirurgie mini-invasive pour le traitement des anévrismes de l'artère aorte abdominale. Ce micro-robot placé à l'extrémité d'un cathéter, rendant ce dernier actif, permettra la navigation à l'intérieur de l'artère en évitant les contacts avec les parois de celle-ci. Le système sera destiné à l'apprentissage du geste chirurgical et à l'assistance du chirurgienpendant l'opération. De par sa structure et ses propriétés physiques, le micro-robot, pouvantêtre composé de plusieurs modules élémentaires, entre dans la catégorie des robots continuum. Dans notre étude, un module élémentaire est considéré comme étant un robot parallèle. Lesmodèles géométriques et cinématiques inverses ont alors été établis en utilisant les techniques dela robotique parallèle. L'approche de modélisation proposée permet de faire ressortir explicitement du modèle les paramètres géométriques du micro-robot. Une étude sur l'identificationde ces paramètres a été effectuée par le calibrage du modèle géométrique inverse. Des résultatsde simulation sont présentés validant d'une part les modèles développés et d'autre part la méthode de calibrage proposée. Afin de mettre nos modèles en situation, nous avons développé unsimulateur tridimensionnel intégrant le modèle d'un segment de l'artère, le modèle du micro-robotet un syntaxeur à retour de force. La mise en place d'une navigation active, planifiée etguidée dans ce simulateur permet de contraindre les gestes du chirurgien lors de la navigation du micro-robot à l'intérieur de l'artère

Ce travail de thèse Cifre, réalisé dans le cadre de la collaboration avec la société Elbi, porte sur la modélisation de la géométrie et de la cinématique du système vis à rouleaux. Ce travail analyse la cinématique et la géométrie du mécanisme de vis à rouleaux satellites (RSM) pour fournir une base fondamentale pour soutenir ses diverses applications. Un modèle 3D du système vis à rouleaux est développé. Un code numérique a été développé en fonction de la géométrie et la cinématique du système de vis à rouleaux. Le champ d’effort et le champ de pression en fonction des défauts de forme et de la géométrie sont obtenus dans ce travail. Ensuite, un modèle 3D du moment de frottement dans le contact entre les surfaces de la vis à rouleaux est développé. La vitesse de glissement et la force de frottement se produisant entre vis/rouleau et entre rouleau/écrou a été calculé conformément à la cinématique, la géométrie et les erreurs de forme. L’efficacité, les pertes par frottement et la durée de vie du mécanisme de la vis à rouleaux en fonction des défauts de forme, de la cinématique et de la géométrie sont obtenues. Ces résultats numériques montrent le rendement important du système de vis à rouleaux en fonction des défauts de forme (autour de 97%). Par ailleurs, une partie expérimentale a été faite sur un banc d’essais électromécanique en collaboration avec le laboratoire Ampère d’Insa de Lyon afin de comparer les résultats expérimentaux avec les résultats théoriques. Ces expériences nous permettent de découvrir plusieurs sources de pertes de frottement dans l’ensemble du banc d’essais, ce qui confirme le faible rendement obtenu expérimentalement (autour de 50 %) pour tout l’ensemble (vérin électromécanique, réducteur). Quelques optimisations ont été effectuées pour améliorer l’efficacité de l’ensemble. Mais il reste difficile de quantifier l’efficacité de système (vis-rouleaux-écrou) expérimentalement. Pour cela, des essais manuels effectués en utilisant le système vis à rouleaux seul confirme les résultats numériques. Une autre partie expérimentale (en utilisant les machines MTM et HFRR) a été faite afin d’obtenir l’influence du lubrifiant sur le coefficient de frottement. Quatre huiles de différentes caractéristiques ont été utilisées. Ces huiles ont été utilisées sur le banc d’essais, mais l’influence du lubrifiant sur le rendement de l’assemblage n’est pas obtenue à cause de la rugosité importante des surfaces de contact du système vis à rouleaux. / This PhD work, carried out in collaboration with the Elbi company concerns the modeling of the geometry and the kinematics of the roller screw system. This work analyzes the ki- VII Résumé nematics and the geometry of the planetary roller screw mechanism (RSM) to provide a fundamental basis to support its various applications. A 3D model of the roller screw system is developed. A numerical code has been developed as a function of the geometry and the kinematics of the roller screw system. The force and the contact pressure distribution as a function of form errors and geometry are obtained in this work. Then, a 3D model of the frictional moment was developed. The sliding speed and the frictional force (between screw/roller and roller/nut) was calculated as a function of the kinematics, the geometry and the form error. Efficiency, frictional losses and the lifetime of the roller screw mechanism as a function of the form errors, the kinematics and geometry are obtained. These numerical results show the high efficiency of the roller screw system (around 97 %). Furthermore, experiments were performed on an electromechanical bench in collaboration with the laboratory Ampére of INSA Lyon, to compare these results with theoretical predictions. These experiments reveal several sources of friction losses, which confirms the low efficiency obtained experimentally (around 50 %) for the complete system (electromechanical actuator and gearbox). Some optimizations have been made to improve the efficiency of the assembly. But it remains difficult to quantify the efficiency of the set (screw-roller-nut) experimentally because of the presence of many sources of friction. To attain this goal, manual tests using the single roller screw system confirm the numerical results. Furthermore, another experimental part (using the HFRR and MTM Machines) was carried out to obtain the influence of the lubricant on the friction coefficient. Four oils of different characteristics were used. These four oils were used on the test bench, but the influence of the lubricant on the performance of the system was not obtained due to the high roughness of the contact surfaces of the roller screw system.

Cette thèse a pour objectif de modéliser, par approches biométriques, l’évolution dans le temps du visage humain, en partant de l’âge enfant, jusqu’à un âge adulte. Ces travaux sur le vieillissement rentrent dans le cadre des activités de recherche du groupe biométrie du laboratoire LiSSi (UPEC).Comme il est connu, l’évolution des traits dues au vieillissement dépend deplusieurs facteurs intrinsèques ou extrinsèques, dont : la génétique, l’origine ethnique, le mode de vie, etc. En considérons les modèles paramétriques proposés dans cette thèse, nous exploitons entre autres, les similitudes des caractéristiques extraites chez des individus d’une même catégorie d’âge. Ces similitudes sont intégrées dans nos modèles afin de pouvoir estimer l’apparence faciale à un âge spécifique. Contrairement aux nombreuses études traitant les modèles prédictifs de vieillissement facial, cette thèse propose pour la première fois un modèle réversible permettant également le rajeunissement numérique de l’apparence du visage que nous appellerons, modèle de prédiction arrière d’apparence. Quant à la prédiction avant, notre contribution s’est orientée vers la proposition d’un modèle non-linaire paramétrique de vieillissement permettant de prendre en considération les facteurs accélérateurs de vieillissements liés au mode de vie des individus. De manière générale, nous nous sommes intéressés aux conséquences de certaines addictions de type (drogues, alcool,exposition au soleil, etc.), sur le vieillissement prématuré du visage. Par conséquent,nous avons proposé des modèles sensibles à certains de ces facteurs en se basant sur des analyses statistiques. Comme retombés socio-économiques, cette étude a pour objectif de sensibiliser les jeunes personnes par rapport aux dangers liés à la consommation excessives de certaines substances, voire à l’addiction à certaines pratiques.Les études que nous avons menées durant cette thèse, ont nécessité la constitution d’une base de données contenant plus de 1600 images faciales. Cette base de données a permis le développement 30 modèles de visages «Face Templates». Suite à cela, nous avons créé une base de données d’évaluation, appelée «Face Time-Machine (FaceTiM)». Constituée à partir de 120 sujets, cette base de données est mise à disposition des chercheurs afin qu’ils puissent reproduire les résultats que nous avons obtenus, évaluer les performances, et enfin contribuer à l’amélioration des modèles proposés / The main focus of this thesis is to model the evolution trajectory of human face from infancy to senility using the biometrics facial features.The manifestation of facial changes caused by ageing depends on different factors such as genetic, ethnicity and lifestyle. Nevertheless, individuals in the same age group share some facial similarities. These resemblances can be employed to approximate the facial appearance of an individual in the bygone or the forthcoming years.Unlike numerous studies dealing with predictive face ageing models, for the first time, this thesis proposes the first Backward Facial Ageing Model aiming at digitally rejuvenate an adult face appearance down to its early childhood. We also present the Forward Facial Ageing Model to predict the adult face appearance in its future by taking into account the naturalageing trajectory. The main purpose of Forward Facial Ageing Model is to have a base model for the supplementary ageing models such as behavioural models.In this thesis for the first time in face ageing studies, the effects of different lifestyle behaviours are integrated into the facial ageing models. The Behavioural Facial Ageing Models predict the feature of a young face in case of having the high-risk lifestyle habits. The main attempt of these models is to illustrate the adverse effects of unsafe lifestyle behaviourson the senility of the face, aiming to prevent the youth from becoming involved in these habits. The Facial Ageing Modeling Database, contains over 1600 facial images, is collected to construct the models and 30 Face Templates for the purpose of the face ageing studies.Besides, the Face Time-Machine Database from 120 subjects is created and published to testand evaluate the results. For the proposed approach face contour and different components are modified non-linearly based on an estimated geometrical model related to the trajectory of growth or ageing. Moreover, the face texture is adapted by mapping a Face Template to the estimated geometrical model. Then, the effects of each lifestyle habit are set up to the primal predictive model.The evaluations of the results indicate that the proposed models are remarkably accurate to estimate the correct face appearance of an individual in the target age. While the simulated facial images are realistic and have the appearance, geometrical and textural characteristics of the target age, the personal identity and details of the input face images are preserved

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l 'étude d'un micro-robot destiné à la mise en oeuvre d'une technique de chirurgie mini-invasive pour le traitement des anévrismes de l'artère aorte abdominale. Ce micro-robot placé à l'extrémité d'un cathéter, rendant ce dernier actif, permettra la navigation à l'intérieur de l'artère en évitant les contacts avec les parois de celle-ci. Le système sera destiné à l'apprentissage du geste chirurgical et à l'assistance du chirurgienpendant l'opération. De par sa structure et ses propriétés physiques, le micro-robot, pouvantêtre composé de plusieurs modules élémentaires, entre dans la catégorie des robots continuum. Dans notre étude, un module élémentaire est considéré comme étant un robot parallèle. Lesmodèles géométriques et cinématiques inverses ont alors été établis en utilisant les techniques dela robotique parallèle. L'approche de modélisation proposée permet de faire ressortir explicitement du modèle les paramètres géométriques du micro-robot. Une étude sur l'identificationde ces paramètres a été effectuée par le calibrage du modèle géométrique inverse. Des résultatsde simulation sont présentés validant d'une part les modèles développés et d'autre part la méthode de calibrage proposée. Afin de mettre nos modèles en situation, nous avons développé unsimulateur tridimensionnel intégrant le modèle d'un segment de l'artère, le modèle du micro-robotet un syntaxeur à retour de force. La mise en place d'une navigation active, planifiée etguidée dans ce simulateur permet de contraindre les gestes du chirurgien lors de la navigation du micro-robot à l'intérieur de l'artère / In this thesis, we are interested in a micro-robot study for the implementation of a mini-invasivesurgery technique. The medical application concerns the treatment of the artery abdominal aorta aneurysms. This micro-robot located at the extremity of the catheter permits thecatheter movements into the artery avoiding minimizing contacts with the artery walls. The system can be used for the surgical gesture learning and for the surgeon assistance during the medical operation. Because of its structure and its physical properties the micro-robot is considered as a continuum robot. It is composed of one or several elementary modules. In our study we consider each elementary module as a parallel robot. Then the inverse kinematics model has been established by using techniques of parallel robotics. The proposed modelling approach allows the expression of the model according to the micro-robot geometric parameters. A study on the identification of these parameters has been developed by an inverse geometric modelcalibration. The given simulation results validate the developed models on the one hand, the proposed calibration method on the other hand. We have developed a three-dimensional simulator integrating the model of an artery segment, the micro-robot model, and a joystick with force feedback. The implementation of active, planned and guided navigation on this simulator allows to constrain the surgeon gestures during the movements of the micro-robot inside the artery