La stimulation magnétique répétitive transcrânienne (rTMS) du cortex moteur à visée antalgique réunit deux conditions extrêmement intéressantes: un accès non invasif à une cible corticale éloquente et, par la modulation de son activité, la possibilité d'influencer le transfert et l'intégration du message nociceptif. L'objectif de cette thèse est d'évaluer comment une approche de recherche clinique permet à la fois de progresser dans la compréhension des mécanismes qui sous-tendent l'effet antalgique de la rTMS et d'optimiser cet effet chez le patient. Une première étude paramétrique, concernant la technique de stimulation, a montré que l'orientation du courant était cruciale pour le développement d'un effet antalgique, l'orientation la plus favorable étant celle activant des interneurones corticaux. Nous n'avons toutefois pas objectivé de modification spécifique d'une composante sensorielle de la douleur en rapport avec cet effet local, ni une influence liée au caractère somatotopique de la stimulation. Ainsi, l'efficacité de la stimulation ne semble pas tributaire de sa localisation en regard de la représentation corticale du territoire douloureux. L'action sur la composante sensorielle de la douleur n'expliquant pas à elle seule l'effet antalgique de la rTMS, nous avons analysé les interactions entre effet antalgique et effet placebo : la rTMS a une efficacité propre, indépendante de l'effet placebo et lorsqu'elle est efficace, elle majore l'effet d'une séance placebo réalisée par la suite, par un phénomène de conditionnement. La rTMS active facilite les mécanismes de contrôle central de la douleur grâce à ses connexions à distance et à son action sur les systèmes endorphiniques, également impliqués dans l'effet antalgique du placebo. A la lumière de ces résultats, nous avons analysé les critères cliniques sur lesquels reposent l'efficacité à long terme des procédures de stimulation épidurale antalgique du cortex moteur et la valeur prédictive de la rTMS: l'efficacité de la rTMS apparaît comme un marqueur utile pour prédire l'efficacité au long cours de la stimulation corticale épidurale, lorsque la douleur est évaluée non seulement dans sa dimension sensorielle pure mais également à travers son retentissement psychologique global. L'ensemble de ces travaux suggère une action multiple de la rTMS s'exerçant probablement dans les 3 sphères (sensori-discriminative, affective et cognitive) qui sous- tendent la perception et le vécu de la douleur chronique / Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) of the motor cortex allows a non- invasive access to an eloquent cortical area and, by the modulation of its activity, the possible interference with central integration of pain. ln this thesis we have applied clinical research methods to enhance the understanding of the mechanisms of pain relief by rTMS and to optimize its clinical effect in chronic pain patients. A first parametrical study, concerning technical aspects of the stimulation, showed the crucial role of current orientation to increase the magnitude of analgesic effects, a postero-anterior orientation promoting interneuronal activation being superior to a latero-medial direction. We found neither a selective modification of sensorial component of pain nor a somatotopic effect of the stimulation: indeed, rTMS analgesic efficacy was not dependent upon stimulation being applied to the cortical representation of the painful territory. The impossibility to explain the whole analgesic effect of rTMS by an isolated modulation of sensory components of pain prompted us to study the interactions between real and placebo rTMS analgesic effects. Active rTMS has a specific analgesic effect, and, when efficacious, it was able to enhance the placebo effect of subsequent sham stimulation. The value of rTMS to adequately predict the long-term efficacy of invasive motor cortex epidural stimulation (surgically implanted MCS) was assessed in a further study. The analgesic efficacy of single-point rTMS proved to be useful to predict the long-term outcome of surgically implanted MCS, provided that such outcome assessment was not exclusively founded on pain intensity but also on the psychological consequences of chronic pain. These results suggest that rTMS exerts its analgesic effects at multiple levels, and probably modifies the 3 different spheres (sensori-discriminative, affective and cognitive) at the origin of perception and consequences of chronic pain in daily life

Cette étude introduit une nouvelle approche appelée Bivariate 2D-EMD pour séparer le mouvement organisé à grande échelle, soit la composante basse fréquence de l’écoulement des fluctuations turbulentes, soit la composante haute fréquence dans un champ de vitesse instantané bidimensionnel.Cette séparation nécessite un seul champ de vitesse instantané contrairement aux autres méthodes plus couramment utilisées en mécanique des fluides, comme le POD. La méthode proposée durant cette thèse est tout à fait appropriée à l’analyse des écoulements qui sont intrinsèquement instationnaires et non linéaires comme l'écoulement dans le cylindre lorsque le moteur fonctionne dans des conditions transitoires. Bivariate 2D-EMD est validé à travers différents cas test, sur un écoulement turbulent homogène et isotrope (THI) expérimental, qui a été perturbé par un tourbillon synthétique de type Lamb-Ossen, qui simule le mouvement organisé dans le cylindre. Enfin, Il est appliqué sur un écoulement expérimental obtenu dans un cylindre et les résultats de la séparation d'écoulement sont comparés à ceux basés sur l'analyse POD. L’évolution d’écoulement dans le cylindre pendant le fonctionnement du moteur transitoire, c’est à dire une accélération du régime moteur de 1000 à 2000tr/min en différentes rampes, sont mesurée en utilisant de PIV 2D-2C haute cadence. Les champs de vitesse sont obtenus dans le plan de tumble dans un moteur un moteur GDI mono-cylindre transparent et forment une base de données nécessaire pour valider les résultats de simulation numérique. / This study introduces a new approach called Bivariate 2D-EMD to separate large-scale organizedmotion i.e., flow low frequency component from random turbulent fluctuations i.e., high frequency onein a given in-cylinder instantaneous 2D velocity field. This signal processing method needs only oneinstantaneous velocity field contrary to the other methods commonly used in fluid mechanics, as POD.The proposed method is quite appropriate to analyze the flows intrinsically both unsteady and nonlinearflows as in in-cylinder. The Bivariate 2D-EMD is validated through different test cases, by optimize itand apply it on an experimental homogeneous and isotropic turbulent flow (HIT), perturbed by asynthetic Lamb-Ossen vortex, to simulate the feature of in-cylinder flows. Furthermore, it applies onexperimental in-cylinder flows. The results obtained by EMD and POD analysis are compared. Theevolution of in-cylinder flow during transient engine working mode, i.e., engine speed acceleration from1000 to 2000 rpm with different time periods, was obtained by High speed PIV 2D-2C. The velocityfields are obtained within tumble plane in a transparent mono-cylinder DISI engine and provide a database to validate CFD.

Dans la littérature, de nombreuses recherches dans le domaine du contrôle moteur, des sciences du sport ou encore de la rééducation se sont intéressées à l’apprentissage moteur consécutif à un entrainement mental. Cependant, plusieurs mécanismes, qu’ils soient comportementaux ou neurophysiologiques, demeurent encore aujourd’hui peu étudiés. Dans notre première étude, nous avons montré qu’il était impossible de prédire la future amélioration de la performance suite à un entrainement mental aigu, sur une tâche de vitesse-précision, par la simple évaluation subjective des capacités d’imagerie chez une population jeune. Il apparait cependant essentiel de produire des images claires et précises tout au long de l’entrainement pour obtenir de meilleures performances in fine. De plus, par l’analyse fine de la performance, nos résultats ont montré, dans notre seconde étude, les véritables effets des répétitions imaginées sur la mémorisation des habiletés motrices. L’entrainement mental est également apparu efficace pour compenser le déficit de mémoire motrice rapidement observable dans la population âgée. Enfin, une troisième étude a révélé que les répétitions d’un mouvement imaginé pouvaient modifier, de façon transitoire, le codage des réseaux neuronaux impliqués dans le processus de mémoire motrice. / For many years, research in motor control, sport science and rehabilitation focused on the performance improvement following mental practice. However, some mechanisms, behavioral and neurophysiological, remain insufficiently understood. In our first study, we demonstrated the impossibility to predict the future performance improvement following imagined repetitions of a speed accuracy trade-off task, with a subjective evaluation of imagery ability of young healthy individuals. However, it is essential to produce clear and vivid mental simulations throughout the training to obtain a better performance improvement. Besides, by a further analysis of performance, the results of our second study have shown the real impact of mental training on the memorization of motor skills. Motor imagery training also appeared to be effective to compensate the motor memory deficit observed in the elderly. Finally, a third study revealed that the repetitions of imagined movements could modify, temporarily, the coding of neural networks involved in the motor memory process.

Les mouvements sont le résultat de contractions musculaires dont l’organisation spatio-temporelle est régie par des structures cérébrales et médullaires. Etudier les circuits qui les sous-tendent est une étape indispensable pour renforcer nos connaissances des mécanismes à l’origine de la commande des mouvements volontaires et pour mieux comprendre la pathophysiologie des mouvements anormaux. Les muscles squelettiques sont innervés par les motoneurones alpha de la moelle épinière qui à leur out sont influencés par des neurones des aires corticales motrices. Cette voie descendante constitue la voie corticomotoneuronale (CM) et est responsable de l’exécution des mouvements volontaires. Le cortex moteur primaire est considéré comme une structure clé, au cœur du système, permettant l’intégration complexe de nombreuses influences multi-régions pour conduire aux comportements moteurs adéquats. Les interactions qui existent entre les différents groupes de neurones au sein de M1 influent en dernier lieu sur la sortie motrice. De la balance complexe entre ces influences inhibitrices et excitatrices, locales ou à distance va dépendre l’état d’excitabilité des cellules CM contrôlant les différents muscles. L'objectif de ce travail de thèse était d'étudier comment évoluent certains de ces mécanismes excitateurs ou inhibiteurs du cortex moteur primaire lorsque la commande motrice volontaire d’un muscle de l’index est modifiée. Nous avons étudié le rôle de ces mécanismes dans les changements d’excitabilité de la voie CM qui accompagnent la contraction tonique volontaire du muscle premier interosseus dorsalis (FDI) en comparant une tâche simple mais peu naturelle : l’abduction de l'index, une tâche naturelle plus complexe: la pince pouce-index et la condition de repos musculaire. Nous avons également étudié l’effet de la commande motrice sur l’interaction entre deux de ces mécanismes inhibiteurs l’un à longue latence, la LICI, l’autre à courte latence, la SICI. Enfin nous avons souhaité évaluer le décours temporel de ces mécanismes dans un cadre pathologique tâche-dépendant: la crampe de l’écrivain. Pour cela, nous avons utilisé la technique d’electromyographie de surface pour enregistrer les potentiels moteurs évoqués par la Stimulation Magnétique Transcrânienne. Nous avons mis en évidence une modulation tâche-dépendante de la LICI. Par rapport à la tâche d’abduction simple, la LICI s’estompait plus tôt lors de la tâche de pince pouce-index, traduisant une désinhibition plus précoce lors d’un mouvement plus complexe. Nous avons observé, et ce pour la première fois dans la littérature, une phase de facilitation nette qui suivait cette désinhibition, et qui était absente lorsque le muscle était au repos. Ces résultats sont également visibles dans un muscle voisin du FDI, non engagé dans la tâche; cela suggère que les mécanismes à l’origine de la facilitation sont impliqués dans l’activité volontaire sans spécificité topographique. L’interaction entre la LICI et la SICI n’a pas été modifiée par la tâche effectuée, laissant penser qu’elle n’est pas impliquée dans les changements d’excitabilité tâche-dépendants. Enfin, il apparaît que la désinhibition est retardée chez les sujets dystoniques quand le muscle est engagé dans un mouvement complexe de pince pouce-index mais pas dans une tâche simple d’abduction de l’index en comparaison à des sujets contrôles. Ces résultats illustrent le fait que lors d’un mouvement plus complexe, l’efficacité des circuits inhibiteurs du cortex moteur primaire est modifiée, ce qui permet de réguler l’activité des cellules CM, afin d’adapter la commande motrice au mouvement souhaité. Le fait que cette désinhibition soit retardée dans une tâche complexe (proche de la tâche affectée) mais pas dans une tâche simple chez les patients atteints d’une crampe de l’écrivain suggère que les mécanismes à l’origine de la désinhibition pourraient participer aux troubles moteurs qui caractérisent la maladie. / Movements are evoked by muscles contractions whose spatial organization is mediated by both spinal and cortical components. It is important to investigate the underlying circuitry of movements to extend our knowledge on how voluntary movement are controlled and to better understand the pathophysiology of movements disorders. The spinal alpha motoneurons innervating distal muscles are controlled at least in parts by corticomotoneuronal neurons located in the motor cortical areas. Among them, the primary motor cortex is considered as a key structure, performing a complex integration of multi-regional influences leading to appropriate motor behaviors. Axons from corticomotoneuronal (CM) cells of the primary motor cortex reach the spinal cord via descending motor pathway. CM neurons are influenced by local or distant, inhibitory and excitatory components which determine the balance of excitability. The aim of this thesis was to explore changes of some of the excitatory and inhibitory mechanisms of motor cortex as a function of the task being performed. We assessed the time course of Long-interval Intracortical Inhibition (LICI), Late Cortical Disinhibition (LCD) and Long interval Intracortical Facilitation (LICF), which are mechanisms that potentially act to modulate the output of CM controlling the first dorsal interosseus (FDI) muscle. We compared three conditions : index finger abduction (a simple but not natural task), precision grip between index and thumb ( amore natural and complex task), and rest. We also evaluated the effect of task on interaction between LICI and Short Interval Intracortical Inhibition (SICI). Finally, we assessed the time course of LICI in patients suffering from writer’s cramp. For this purpose, we used surface electromyography to record motor potentials evoked by Transcranial Magnetic Stimulation.We showed a task-dependent change in late inhibitory and disinhibitory components. Compared with abduction task, the LICI induced during precision grip was shorter, suggesting an early disinhibition in more complex task. The disinhibition was followed by a period of facilitation only during the active tasks, i.e. facilitation was not observed when all muscles were at restat rest. However, long interval intracortical facilitation can be observed in a muscle at rest not engaged in an active task if a neighboring muscle is activated. It is therefore likely that mechanisms underlying facilitation are associated with voluntary contraction albeit with lack of topographic specificity. Interaction between LICI and SICI was not modified between tasks, suggesting that it was not involved in task-dependent changes of cortical excitability. Lastly, disinhibition was shown to be delayed in dystonic patients when the FDI was actively engaged in a precision grip but not in index abduction, compared with control subjects. An explanation might be that mechanisms underlying disinhibition are impaired in thumb-index precision grip (a task similar to that inducing unwanted contractions in writer’s cramp). Task-specidic disruption of LICI and late cortical disinhibition may therefore be at least in part responsible for pathophysiology of dystonia. It is likely that during complex task, the efficacy of LICI, and more generally of motor cortex inhibitory mechanisms, is modified to allow adaptation of CM neurons activity to the functional requirements of the motor task being performed.

Le spectrofiltre est un filtre de Wiener utilisé pour isoler le bruit de combustion du moteur Diesel. Ce filtre est déterminé pour chaque point de fonctionnement et nécessite un traitement important des données. Il est donc difficile de mener des études perceptives sur le bruit de combustion obtenu selon plusieurs réglages moteur. Afin de pallier à cet inconvénient, cette thèse a pour objectif de définir un filtre commun qui puisse synthétiser un bruit de combustion en tout point de fonctionnement. Pour cela, une étude perceptive a montré que la substitution du spectrofiltre conventionnel par un autre filtre de Wiener permet la synthèse d’un bruit de combustion. L’utilisation d’un spectrofiltre commun est donc possible. L’analyse modale expérimentale permet d’estimer le filtre de Wiener à partir de données caractéristiques de la structure du moteur. Après analyse sur un signal synthétique, la méthode ESPRIT apparait la plus appropriée, mais nécessite quelques optimisations pour être adaptée aux particularités des spectrofiltres. Les filtres de Wiener de plusieurs régimes sont estimés selon différentes conditions d’estimation, définies par le critère ESTER. Une évolution fictive de l’amortissement selon le régime moteur est observée, et rattachée au fenêtrage temporel effectué dans le calcul du spectrofiltre. Une expérience perceptive est ensuite menée pour identifier si le critère ESTER permet d’estimer des filtres assez précis pour synthétiser des bruits de combustion similaires aux bruits de combustion conventionnels. Les résultats amènent à concevoir le spectrofiltre obtenu au ralenti comme un bon filtre commun, tant d’un point de vue physique que perceptif. / The spectrofilter is a Wiener filter used to extract combustion noise. This filter requires an important data processing and is determined in all operating conditions. Thus it is difficult to carry out perceptual studies on combustion noise from various motor adjustments. To overcome this drawback, this PhD dissertation aims to define a common filter which can synthesize a combustion noise in all operating conditions. For this, a perceptual study showed that the substitution of the conventional spectrofilter by another Wiener filter allows the synthesis of a combustion noise. The use of a common spectrofilter is thus possible. The experimental modal analysis allows to estimate the Wiener filter from characteristic data of the engine structure. After studying on a synthetic signal, the ESPRIT method seems to be the most appropriate, but requires some optimizations to be adapted to spectrofilter peculiarities. The Wiener filters of several running speeds are estimated in different estimating conditions, defined by the ESTER criterion. A fictitious damping evolution with the running speed is observed and linked to the temporal windowing applied on the spectrofilter computation. A perceptual experience is then carried out to identify if the ESTER criterion allows to estimate accurately filters to synthesize combustion noises similar to conventional combustion noises. The results lead to conceive the spectrofilter obtained in idling condition as a good common filter, as in a physical point of view that perception.

Comment l'accès au savoir peut-il être impacté par la technologie ? Il suffit d'observer le virage intenté par les outils de communication au début des années 2000 pour se rendre compte : convergence des médias, pratiques participatives et numérisation massive des données. Dans ce contexte, on imagine que l'accès au savoir tend à se démocratiser. En effet, les individus semblent se réapproprier les espaces de vie, en inversant le modèle de transmission top-down, qui va du producteur vers le consommateur, au profit de processus de transfert basés sur l'intelligence collective. Pourtant, on aurait tort de réduire cette réorganisation à un simple renversement du modèle. Car l'intelligence collective est encline à divers biais cognitifs et socio-cognitifs, amenant parfois vers des situations irrationnelles. Autrefois, on s’accommodait de ces mécaniques sociales aux conséquences limitées, aujourd'hui les savoirs numérisés constituent des ensembles massivement communiquant, donnant naissance à de nouvelles voies d'accès et à de nouveaux clivages. Pourquoi ce savoir qui n'a jamais été aussi massif et ouvert, se révèle-t-il si sélectif ? Je propose d'explorer ce paradoxe. L'enregistrement massif et constant de nos traces numériques et l'hyper-connexion des individus, participent à la construction de structures organisationnelles, où se retrouvent numérisées de manière complexe, une partie des dynamiques sociales. En formalisant de la sorte les voies navigables, ces structures organisationnelles façonnent nos trajectoires. Sur cette base, les informaticiens ont mis au point des algorithmes de parcours individualisés, ayant pour objectifs de prédire et de recommander. Ainsi, on propose d'automatiser l'accès au savoir. Se pose alors la question de la gouvernance des individus, dans un contexte où l'intelligence collective est soumise à l'infrastructure : enregistrement des traces, composition des structures organisationnelles et algorithmes de parcours. / How access to knowledge can be impacted by Information Technology? In the earlier 2000s, communication tools caused a significant turn : media convergence, participative practices and massive data. In this way, free access to knowledge might tend to be democratized. People seem to regain spaces, reversing traditional top-down model, going from producer to consumer, for the benefit of an horizontal model based on collective intelligence. However, it should not automatically be assumed that this leads to a simple model reversing. Collective intelligence is subject to cognitive biases, leading to potential irrational situations. Formerly, those social mechanisms had limited consequences. Nowadays, digital knowledge are massive communicating spaces, giving birth to new access paths and new cleavages. Why this massive and open knowledge, is actually so selective? I propose to explore this paradox. Massive and constant tracking of traces and individuals hyper-connection, these two facts help organizational structures design, where social dynamics are digitalized in a complex way. These structures formalize human trajectories. On this basis, computer scientists set up prediction algorithms and recommender engines. This way, knowledge access is automatized. It can then be asked about people governance, in this context of infrastructure submission: recording traces, designing knowledge structure and automating algorithms.

La vie repose sur des conversions d’énergie libre assurées par des machines moléculaires. Parmi elles, la myosine couple l’hydrolyse de l’ATP à la production de force sur l’actine par basculement d’un « bras de levier ». Compléter le cycle requiert une étape de régénération, ou recovery stroke, où le moteur retourne dans sa configuration armée et hydrolyse l’ATP. Comprendre ce couplage chimio-mécanique est critique pour révéler les principes de fonctionnement des moteurs moléculaires. Cette thèse aborde la question via des simulations moléculaires. Partant d’une nouvelle structure cristallographique de la myosine VI, nous proposons un mécanisme original pour le recovery stroke dans lequel la remise en place du bras de levier est déclenchée par les fluctuations thermiques et précède la fermeture du site actif, au contraire des modèles précédemment acceptés. / Life relies on free energy conversions performed by molecular machines. Among them, myosin couples the hydrolysis of ATP to force production on actin through a swing of a « lever-arm ». Completing the cycle requires a regeneration step, the recovery stroke, in which the motor returns to its armed configuration and hydrolyzes ATP. Understanding this chemo-mechanical coupling is critical to unravel the functioning principles of molecular motors. In this thesis, we tackle the problem using molecular simulations. Capitalizing on a new crystal structure of myosin VI, we propose an original mechanism for the recovery stroke in which the re-priming of the lever arm is driven by thermal fluctuations and precedes the closure of the active site, unlike previously accepted models.

La capacité de coordonner efficacement nos yeux avec nos mains est déterminante pour le succès de nos actions quotidiennes. En outre la capacité de prédire les conséquences sensorielles de nos propres actions est cruciale pour nos habilités motrices. Dans ce travail, à l’aide d’une tâche dans laquelle les participants doivent suivre avec leurs yeux une cible visuelle bougée par leur main, nous nous intéressons aux mécanismes prédictifs sous-tendant la coordination œil-main. Dans une première étude utilisant un protocole d’adaptation à une rotation visuomotrice, nous montrons que ces mécanismes prédictifs peuvent être mis à jour indépendamment de notre capacité à effectuer des mouvements précis de la main. Dans l’étude suivante nous cherchons à déterminer l’effet de la préférence manuelle, et montrons que malgré des différences évidentes en termes de précision concernant le contrôle manuel, la capacité d’anticiper les conséquences visuelles de nos actions reste identique que la cible soit bougée par la main droite ou gauche. Enfin, grâce à la stimulation magnétique transcranienne, nous testons l'hypothèse selon laquelle ces mécanismes prédictifs utilisent des signaux efférents de la main issus du cortex moteur primaire (M1). Nos résultats montrent que si cette contribution existe, elle doit se faire nécessairement en amont de M1. Au bout du compte nous proposons que la coordination œil-main soit sous-tendue par des mécanismes prédictifs similaires pour nos deux mains, situés vraisemblablement en amont de M1, et pouvant être mis à jour indépendamment du contrôle de la main. / The ability to coordinate efficiently eye and hand actions is central for humans in everyday activities. Furthermore it is argued that the ability to predict the sensory consequences of self-initiated movements is crucial for skilled motor behavior. Here by means of a task in which participants were asked to track with the eyes a visual target that was moved by their hand, we investigated the predictive mechanisms underlying eye-hand coordination. In a first study, using a protocol in which participants had to adapt to rotated hand visual feedback, we show that these predictive mechanisms can be updated independently of the ability to perform accurate hand movements. In a follow up study we tested the effect of hand dominance, and showed that, despite obvious differences in the accuracy of hand movement control, the ability to predict visual consequences of right and left hand actions was similar. Finally, by means of transcranial magnetic stimulation, we tested the hypothesis that those predictive mechanisms rely on hand efferent signals from the primary motor cortex (M1). However our results failed to support this view, and instead suggest that if such a contribution exists, it must be upstream of M1. Overall, we propose that eye-hand coordination relies on similar predictive mechanisms for both hands, possibly located upstream of M1, which can be updated independently of hand movement control.

La thèse consiste en l'apprentissage d'une tâche complexe de robotique de manipulation en utilisant très peu d'aprioris. Plus précisément, la tâche apprise consiste à atteindre un objet avec un robot série. L'objectif est de réaliser cet apprentissage sans paramètres de calibrage des caméras, modèles géométriques directs, descripteurs faits à la main ou des démonstrations d'expert. L'apprentissage par renforcement profond est une classe d'algorithmes particulièrement intéressante dans cette optique. En effet, l'apprentissage par renforcement permet d’apprendre une compétence sensori-motrice en se passant de modèles dynamiques. Par ailleurs, l'apprentissage profond permet de se passer de descripteurs faits à la main pour la représentation d'état. Cependant, spécifier les objectifs sans supervision humaine est un défi important. Certaines solutions consistent à utiliser des signaux de récompense informatifs ou des démonstrations d'experts pour guider le robot vers les solutions. D'autres consistent à décomposer l'apprentissage. Par exemple, l'apprentissage "petit à petit" ou "du simple au compliqué" peut être utilisé. Cependant, cette stratégie nécessite la connaissance de l'objectif en termes d'état. Une autre solution est de décomposer une tâche complexe en plusieurs tâches plus simples. Néanmoins, cela n'implique pas l'absence de supervision pour les sous tâches mentionnées. D'autres approches utilisant plusieurs robots en parallèle peuvent également être utilisés mais nécessite du matériel coûteux. Pour notre approche, nous nous inspirons du comportement des êtres humains. Ces derniers généralement regardent l'objet avant de le manipuler. Ainsi, nous décomposons la tâche d'atteinte en 3 sous tâches. La première tâche consiste à apprendre à fixer un objet avec un système de deux caméras pour le localiser dans l'espace. Cette tâche est apprise avec de l'apprentissage par renforcement profond et un signal de récompense faiblement supervisé. Pour la tâche suivante, deux compétences sont apprises en parallèle : la fixation d'effecteur et une fonction de coordination main-oeil. Comme la précédente tâche, un algorithme d'apprentissage par renforcement profond est utilisé avec un signal de récompense faiblement supervisé. Le but de cette tâche est d'être capable de localiser l'effecteur du robot à partir des coordonnées articulaires. La dernière tâche utilise les compétences apprises lors des deux précédentes étapes pour apprendre au robot à atteindre un objet. Cet apprentissage utilise les mêmes aprioris que pour les tâches précédentes. En plus de la tâche d'atteinte, un predicteur d'atteignabilité d'objet est appris. La principale contribution de ces travaux est l'apprentissage d'une tâche de robotique complexe en n'utilisant que très peu de supervision. / The thesis is focused on learning a complex manipulation robotics task using little knowledge. More precisely, the concerned task consists in reaching an object with a serial arm and the objective is to learn it without camera calibration parameters, forward kinematics, handcrafted features, or expert demonstrations. Deep reinforcement learning algorithms suit well to this objective. Indeed, reinforcement learning allows to learn sensori-motor mappings while dispensing with dynamics. Besides, deep learning allows to dispense with handcrafted features for the state spacerepresentation. However, it is difficult to specify the objectives of the learned task without requiring human supervision. Some solutions imply expert demonstrations or shaping rewards to guiderobots towards its objective. The latter is generally computed using forward kinematics and handcrafted visual modules. Another class of solutions consists in decomposing the complex task. Learning from easy missions can be used, but this requires the knowledge of a goal state. Decomposing the whole complex into simpler sub tasks can also be utilized (hierarchical learning) but does notnecessarily imply a lack of human supervision. Alternate approaches which use several agents in parallel to increase the probability of success can be used but are costly. In our approach,we decompose the whole reaching task into three simpler sub tasks while taking inspiration from the human behavior. Indeed, humans first look at an object before reaching it. The first learned task is an object fixation task which is aimed at localizing the object in the 3D space. This is learned using deep reinforcement learning and a weakly supervised reward function. The second task consists in learning jointly end-effector binocular fixations and a hand-eye coordination function. This is also learned using a similar set-up and is aimed at localizing the end-effector in the 3D space. The third task uses the two prior learned skills to learn to reach an object and uses the same requirements as the two prior tasks: it hardly requires supervision. In addition, without using additional priors, an object reachability predictor is learned in parallel. The main contribution of this thesis is the learning of a complex robotic task with weak supervision.

L’éco-conduite a été identifié comme l’un des moyens efficaces pour l’économie d’énergie dans le domaine des véhicules terrestres. Le gain potentiel en consommation ainsi que sa facilité de mise en œuvre, rendent cette solution très recherchée dans le milieu industriel pour à la fois améliorer la consommation des véhicules mais aussi satisfaire les utilisateurs. Cette thèse contribue au développement d’un système actif d’aide à l’éco-conduite pour assister le conducteur dans son économie d’énergie. Ce système s’appuie sur une optimisation énergétique et tient compte de l’interaction du conducteur avec le véhicule et son usage (la route). Nous avons tout d’abord développé un modèle multi-variable de style de conduite pour représenter le conducteur humain par un modèle virtuel. L’identification des paramètres de ce modèle a permis de caractériser trois styles de conduite sur plusieurs cas d’usage et de reproduire de manière assez fidèle les trois niveaux de consommation de carburant. Considérant les cas d’usage péri-urbains et autoroutiers, le problème d’optimisation de la trajectoire sur des critères énergétiques a été reformulé afin de déterminer un profil de vitesse constant par morceaux minimisant la consommation d’énergie, tout en respectant la durée de trajet désirée et les limitations de vitesse. Le profil de vitesse optimal fournit des vitesses cibles, informations du premier ordre pour réduire la consommation. Plusieurs extensions ont été ensuite introduites dans la trajectoire optimale afin d’y intégrer l’anticipation des phases de décélération et les phases d’accélération. L’originalité principale de cette approche est le temps de calcul extrêmement faible, tout en obtenant des résultats très proches des résultats optimaux issus de méthodes classiques d’optimisation (ex. programmation dynamique). Afin d’aller encore plus loin dans l’éco-conduite, nous avons étudié la possibilité de réduire la consommation d’énergie en intégrant des stratégies de conduite telle que le ''swaying'' qui consiste en une oscillation de la vitesse du véhicule autour d’une vitesse moyenne. Nous avons alors pu montrer que, « en théorie », il existe bien des paramètres permettant de réduire la consommation de cette manière. Le système actif d’aide à l’éco-conduite a donc été développé en conjuguant les deux aspects précédents. Il se base sur le partage de la commande moteur entre le conducteur humain et un contrôleur optimal. Des niveaux de partage variables ont été établis afin de représenter différents niveaux d’économie d’énergie et d’intervention sur la conduite du conducteur. Enfin, ce système d’aide actif a été testé expérimentalement sur un simulateur de conduite. / Eco-driving has been identified as one of the most effective ways to save energy in the field of ground vehicles. The potential gain in fuel consumption reduction as well as its easy implementation, make this solution very sought after in the industrial environment for improving both the fuel consumption of vehicles and the user satisfaction. This thesis contributes to the development of an active eco-driving support system for assisting the driver to improve his fuel economy. This system is based on energy optimization and takes into account the driver's interaction with the vehicle and its use (the road). For this purpose, first of all a multi-variable driving style model is developed to represent the human driver by a virtual model. The identification of the parameters of this model made it possible to characterize three driving styles in several use cases and to reproduce the three levels of fuel consumption fairly accurately. Considering the suburban and motorway use cases, the trajectory optimization problem based on energy criteria has been reformulated in order to determine a piecewise constant velocity profile minimizing energy consumption, while respecting constraints on trip duration and velocity limitations. The optimal velocity profile provides target cruising velocity, which is the first order information to reduce fuel consumption. Several extensions were then introduced in the optimal trajectory in order to incorporate the anticipation of the deceleration phases and the acceleration phases. The main originality of this approach is the extremely low computation time, while obtaining results very close to the optimal solution, achieved by classical optimization methods (e.g. dynamic programming). In order to investigate even further in eco-driving, we have studied the possibility of reducing energy consumption by integrating driving strategies such as ''swaying'', which consists of an oscillation of the vehicle's speed around an average speed. We were then able to show that, "theoretically", this problem can be parametrized so that the energy consumption is reduced. The active eco-driving support system was therefore developed by combining the two previous aspects. It is based on the shared control of the engine between the human driver and an optimal controller. Variable sharing laws have been established to represent different levels of optimal controller intervention on human driver driving, which results to different levels of fuel economy. Finally, this active support system has been tested experimentally on a driving simulator.