La marche en milieu intra-urbain est considérée comme une pratique naturelle et évidente pour les déplacements à but utilitaire ou récréatif. Cependant, cette activité se révèle complexe à conceptualiser. Tout d' abord, elle inclut un continuum d'usagers piétons, aux capacités de mobilité diverses, pouvant être confrontés à des situations d' inadéquation avec l'environnement. Ensuite, les comportements de mobilité pédestre sont influencés par une série d'exigences : faisabilité,accessibilité, utilité, sécurité, confort ou encore plaisir des sens. Enfin, les choix d'itinéraires des piétons varient selon l'objectif et le contexte du trajet. A partir d'une démarche pluridisciplinaire, cette recherche soutient que, pour promouvoir la marche au quotidien, il est essentiel de tenir compte des spécificités de chacun et des situations pouvant potentiellement affecter leurs déplacements. En réponse, modéliser les déplacements piétons en milieu intra-urbain, via un SIG,offre non seulement un support d'analyse et de visualisation mais aussi un outil d'aide à la décision s'adressant à la fois au grand public et aux aménageurs. Cette démarche se révèle innovante en proposant un outil inclusif intégrant les interrelations entre une grande diversité d 'usagers piétons et l'environnement selon diftérents contextes. Notre méthodologie est à la fois reproductible dans différentes villes et capable de s' adapter à un contexte local spécifique par un audit urbain et un questionnaire-usager. Cette thèse se conclut par un cas d'étude empirique à Luxembourg-ville afin de collecter des informations sur la capacité d'une ville à fournir un réseau pédestre efficace et des témoignages d'usagers. / Walking is generally considered as a natural and obvious activity for utilitarian or recreation purposes. Yet, that activity is complex to conceptualize. First, it includes a continuum of pedestriausers with various abilities to move who can have to face the environment. Second, the mobility anwalking behaviours are also influenced by a set of criteria: feasibility, accessibility, usefulness safety, comfort and pleasure. Besicles, peoples' routes are also varying following the trips objective (lnclucled in an interdisciplinary approach, this research argues that to ensure a city suitable for daily walking, it is essential to take into account the specificities of everyone and of situations that may affect pedestrian travels. For this purpose, modelling pedestrian trips in an intra-urban area, via GIS not only provides a support of analysis and visualization but also a decision tool for both people and stakeholders. The innovation of this approach lies in an inclusive tool which integrates this interrelationships among a variety of pedestrian users and the environment in different contexts. Our methodology is also reproducible in different cities and able to adapt itself to specific local context through an urban audit and a questionnaire for users. This thesis is concluded by an empirical case of study in Luxembourg-city to gather information about the ability of a city to provide an efficient pedestrian network and some pedestrian users ' testimonies.

L'étude des Oscillations latérales des passerelles souples dues à l'excitation piétonne suscite actuellement beaucoup d'intérêt dans la communauté scientifique. Les modèles de la littérature tentent de reproduire ce phénomène en mettant l'accent sur la synchronisation entre les piétons et la passerelle. Cependant, la majorité ne s'inscrit pas dans un cadre mathématique et/ou physique rigoureux et néglige l'étude du comportement des piétons. Nous présentons et élaborons ici un modèle continu foule-structure pour les oscillations latérales de la passerelle et le comportement de la foule avec une prise en compte rigoureuse de la synchronisation. Un développement analytique du modèle permet de déterminer certaines caractéristiques du phénomène, et un travail numérique poussé favorise son implémentation en limitant les erreurs numériques. L'application du modèle à des passerelles réelles permet de comprendre et de reproduire correctement leur comportement dans différentes situations.

La forte densité de population, les problèmes environnementaux ou de circulation, mènent les villes à modifier leurs aménagements pour accommoder divers modes de déplacements, dont les transports actifs. Les passages pour piétons non contrôlés par des feux ou panneaux d’arrêt sont des aménagements qui accordent la priorité aux piétons qui s’y engagent, mais cette priorité n’est pas nécessairement garante de leur sécurité. L’objectif de cette étude est d’élaborer une méthodologie permettant de collecter des variables environnementales et comportementales permettant de caractériser le contexte dans lequel le piéton utilise les passages pour piétons. Puis, d’évaluer le respect de la priorité piétonne, ainsi que les contextes routiers et les environnements pouvant l’impacter. Huit sites de passage pour piétons ont été étudiés à Montréal, par des mesures et des observations en premier lieu, puis par l’enregistrement de vidéos. Leur mise en relation permet d’émettre des hypothèses quant à l’impact de certaines variables sur le respect de la priorité piétonne. L’implantation de passages pour piétons ne semble pas toujours suivre des lignes directrices claires. Plusieurs types d’aménagement ont pu être observés. Le taux de respect moyen de la priorité piétonne pour l’ensemble des sites est faible (36 %), mais ceci serait en partie attribuable au contexte environnemental, car la variation des taux est très importante, entre 4 % et 79 %. Des volumes de circulation élevés semblent être défavorables au respect de la priorité piétonne, ainsi que la localisation des passages trop rapprochée des intersections. La méthodologie utilisée permet d’obtenir et de confronter les caractéristiques de l’environnement avec le comportement du conducteur. L’étude se limite à un micro-environnement (passage pour piétons) en huit sites, donc les constats ne pourraient être généralisés à l’ensemble de la ville où les données ont été collectées. Ce travail fait office de support pour de futures études. Tant par l’aspect méthodologique que par les questions qu’il soulève.

Pour assister la navigation piétonne dans les espaces urbains et intérieurs, une estimation précise de la pose (i.e. la position 3D et l'orientation3D) d'un équipement tenu en main constitue un point essentiel dans le développement d'outils d'aide à la mobilité (e.g. applications de réalité augmentée). Dans l'hypothèse où le piéton n'est équipé que d'appareils grand public, l'estimation de la pose est limitée à l'utilisation de capteurs à faible coût intégrés dans ces derniers (i.e. un récepteur GNSS, une unité de mesure inertielle et magnétique et une caméra monoculaire). De plus, les espaces urbains et intérieurs, comprenant des bâtiments proches et des éléments ferromagnétiques, constituent des zones difficiles pour la localisation et l'estimation de la pose lors de grands déplacements piétons.Cependant, le développement récent et la mise à disposition d'informations contenues dans des Systèmes d'Information Géographiques 3D constituent une nouvelle source de données exploitable pour la localisation et l'estimation de la pose. Pour relever ces défis, cette thèse propose différentes solutions pour améliorer la localisation et l'estimation de la pose des équipements tenus en main par le piéton lors de ses déplacements en espaces urbains et intérieurs. Les solutions proposées intègrent l'estimation de l'attitude basée inertielle et magnétique, l'odométrie visuelle monoculaire mise à l'échelle grâce à l'estimation des déplacements du piéton, l'estimation absolue de la pose basée sur la reconnaissance d'objets SIG 3D parfaitement connus et la mise à jour en position de la navigation à l'estime du piéton.Toutes ces solutions s'intègrent dans un processus de fusion permettant d'améliorer la précision de la localisation et d'estimer en continu une pose qualifiée de l'appareil tenu en main.Cette qualification est nécessaire à la mise en place d'un affichage en réalité augmentée sur site. Pour évaluer les solutions proposées, des données expérimentales ont été recueillies au cours de déplacements piétons dans un espace urbain avec des objets de référence et des passages intérieurs. / To support pedestrian navigation in urban and indoor spaces, an accurate pose estimate (i.e. 3Dposition and 3D orientation) of an equipment held inhand constitutes an essential point in the development of mobility assistance tools (e.g.Augmented Reality applications). On the assumption that the pedestrian is only equipped with general public devices, the pose estimation is restricted to the use of low-cost sensors embedded in the latter (i.e. an Inertial and Magnetic Measurement Unit and a monocular camera). In addition, urban and indoor spaces, comprising closely-spaced buildings and ferromagnetic elements,constitute challenging areas for localization and sensor pose estimation during large pedestrian displacements.However, the recent development and provision of data contained in 3D Geographical Information System constitutes a new wealth of data usable for localization and pose estimation.To address these challenges, this thesis proposes solutions to improve pedestrian localization and hand-held device pose estimation in urban and indoor spaces. The proposed solutions integrate inertial and magnetic-based attitude estimation, monocular Visual Odometry with pedestrian motion estimation for scale estimation, 3D GIS known object recognition-based absolute pose estimation and Pedestrian Dead-Reckoning updates. All these solutions are fused to improve accuracy and to continuously estimate a qualified pose of the handheld device. This qualification is required tovalidate an on-site augmented reality display. To assess the proposed solutions, experimental data has been collected during pedestrian walks in an urban space with sparse known objects and indoors passages.

L’objectif de ce travail de thèse était d’appréhender certains des mécanismes cognitifs peu étudiés dans la population des personnes aveugles, et leur rôle dans la réalisation sécurisée et efficiente de leurs déplacements, en prenant en compte certains facteurs individuels (dont l’âge, l’antériorité de la cécité et l’aide à la mobilité utilisée). Une première expérimentation comprenait une évaluation neuropsychologique réalisée auprès de 63 participants aveugles et 42 participants voyants. Les résultats ont montré que les participants aveugles obtenaient des performances d’attention et de mémoire de travail supérieures à celles des participants voyants. Parmi les participants aveugles, les personnes de plus de 60 ans avaient des performances inférieures à celles des participants aveugles de moins de 60 ans. Néanmoins, les performances des personnes aveugles de plus de 60 ans étaient tout de même supérieures à celles des participants voyants du même âge. Une deuxième expérimentation visait à explorer la charge cognitive induite par la marche des personnes aveugles. Dans un environnement contrôlé, 25 participants aveugles se déplaçant à l’aide d’une canne blanche ont réalisé des essais de marche en effectuant simultanément une tâche secondaire. L’observation de l’activité de la marche ainsi que l’analyse des paramètres de marche ont révélé que cette activité n’était pas modifiée par la réalisation de la tâche secondaire. Ces résultats suggèrent que les participants ont eu de bonnes capacités à partager leur attention entre les deux tâches. L’analyse de la performance à la tâche secondaire et des réponses à une évaluation de la charge mentale subjective a indiqué que le déplacement des personnes aveugles induisait une charge cognitive, d’autant plus importante lorsque l’environnement est rendu complexe (avec la présence d’obstacles). De plus, alors que les capacités attentionnelles des participants (mesurées dans la première étude) se sont révélées avoir un effet significatif sur leurs performances à cette seconde expérimentation, aucun effet de l’âge n’a été mis en évidence. Dans une troisième expérimentation, la seconde étude a été répliquée auprès de 13 participants aveugles accompagnés d’un chien-guide. Les résultats suggèrent que l’animal facilite le déplacement de la personne qu’il accompagne et diminue la charge cognitive du déplacement. L’ensemble de ces résultats met en évidence le rôle primordial de l’attention dans la réalisation des déplacements piétons chez les personnes aveugles et permet de proposer des pistes pour améliorer leur mobilité, notamment en termes de remédiation, de réadaptation et d’applications technologiques. / The main objective of this PhD work was (1) to investigate some cognitive processes in the population of blind individuals and (2) to determine the involvement of these processes in their pedestrian mobility. Demographic factors, such as the age, the age of blindness onset, and the type of mobility aid were studied. Three studies were conducted. The first experiment consisted of assessing 63 blind participants and 42 age-matched sighted participants with a battery of neuropsychological tests. The results showed that blind participants had better performances than sighted participants in tests assessing attentional and working memory functions. Among blind participants, blind participants aged 60 years or older had poorer performances than those of younger blind participants. Findings revealed a detrimental effect of age on neuropsychological performances in blind participants. However, performances of blind participants aged 60 years or older were better than those of sighted participants. The second experiment aimed to study the cognitive load involved in the walking activity of blind individuals. In a controlled environment, 25 blind participants, using a white cane, performed walking trials while executing a secondary task. Findings revealed that the walking activity of blind participants was not impaired by the secondary task. This result suggests that the participants had good abilities to share their attention between two tasks. Participants performed significantly worse the secondary task when increasing the complexity of the walking activity. Participants also reported greater cognitive load while walking and simultaneously performing the secondary task. In addition, the attentional capacities of blind people (measured in the first experiment) had a significant effect on their performances at this second experiment. Similar to the second study, a third experiment was conducted with 13 blind participants using a guide dog. The results suggest that the guide dogs facilitated the walking of participants and reduced the cognitive load involved in the walking in comparison with the participants of the second experiment. Taken together, these results highlight the major role of attention in the mobility of blind individuals. This research offers interesting possibilities of improvement in the mobility of blind people, in terms of rehabilitation and technological applications

L'estimation en robotique est un sujet important affecté par les compromis entre certains critères majeurs parmi lesquels nous pouvons citer le temps de calcul et la précision. L'importance de ces deux critères dépend de l'application. Si le temps de calcul n'est pas important pour les méthodes hors ligne, il devient critique lorsque l'application doit s'exécuter en temps réel. De même, les exigences de précision dépendent des applications. Les estimateurs EKF sont largement utilisés pour satisfaire les contraintes en temps réel tout en obtenant une estimation avec des précisions acceptables. Les centrales inertielles (Inertial Measurement Unit - IMU) demeurent des capteurs répandus dnas les problèmes d'estimation de trajectoire. Ces capteurs ont par ailleurs la particularité de fournir des données à une fréquence élevée. La principale contribution de cette thèses est une présentation claire de la méthode de préintégration donnant lieu à une meilleure utilisation des centrales inertielles. Nous appliquons cette méthode aux problèmes d'estimation dans les cas de la navigation piétonne et celle des robots humanoïdes. Nous souhaitons par ailleurs montrer que l'estimation en temps réel à l'aide d'une centrale inertielle à faible coût est possible avec des méthodes d'optimisation tout en formulant les problèmes à l'aide d'un modèle graphique bien que ces méthodes soient réputées pour leurs coûts élevés en terme de calculs. Nous étudions également la calibration des centrales inertielles, une étape qui demeure critique pour leurs utilisations. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont été pensés en gardant comme perspective à moyen terme le SLAM visuel-inertiel. De plus, ce travail aborde une autre question concernant les robots à jambes. Contrairement à leur architecture habituelle, pourrions-nous utiliser plusieurs centrales inertielles à faible coût sur le robot pour obtenir des informations précieuses sur le mouvement en cours d'exécution ? / Estimation in robotics is an important subject affected by trade-offs between some major critera from which we can cite the computation time and the accuracy. The importance of these two criteria are application-dependent. If the computation time is not important for off-line methods, it becomes critical when the application has to run on real-time. Similarly, accuracy requirements are dependant on the applications. EKF estimators are widely used to satisfy real-time constraints while achieving acceptable accuracies. One sensor widely used in trajectory estimation problems remains the inertial measurement units (IMUs) providing data at a high rate. The main contribution of this thesis is a clear presentation of the preintegration theory yielding in a better use IMUs. We apply this method for estimation problems in both pedestrian and humanoid robots navigation to show that real-time estimation using a low- cost IMU is possible with smoothing methods while formulating the problems with a factor graph. We also investigate the calibration of the IMUs as it is a critical part of those sensors. All the development made during this thesis was thought with a visual-inertial SLAM background as a mid-term perspective. Firthermore, this work tries to rise another question when it comes to legged robots. In opposition to their usual architecture, could we use multiple low- cost IMUs on the robot to get valuable information about the motion being executed?