La conception de nouveaux produits industriels nécessite le développement de prototypes avant leur déploiement grand public. Afin d'accélérer cette phase et de réduire les coûts qui en découlent, une solution intéressante consiste a utiliser des prototypes virtuels le plus longtemps possible en particulier dans la phase de conception. Certaines des étapes de la conception consistent à effectuer des opérations d'assemblage ou de désassemblage. Ces opérations peuvent être effectuées manuellement ou automatiquement à l'aide d'un algorithme de planification de mouvement. La planification de mouvement est une méthode permettant à un ordinateur de simuler le déplacement d'un objet d'un point de départ à un point d'arrivée tout en évitant les obstacles. Le travail de recherche de cette thèse apporte des solutions pour l'interaction entre un humain et un algorithme de planification de mouvement pendant l'exploration de l'espace libre. Le temps de recherche est partagé entre l'humain et la machine selon un paramètre de partage d'autorité permettant de déterminer le pourcentage d'allocation du temps à l'une ou l'autre entité. L'utilisation de ces deux entités en même temps permet d'accélérer grandement la vitesse d'exploration par rapport à la vitesse d'un humain seul ou d'un algorithme seul. Ces travaux apportent ensuite une nouvelle méthode de planification de mouvement avec contact permettant de générer des trajectoires à la surface des obstacles au lieu de les générer uniquement dans l'espace libre. La planification au contact permet d'effectuer des opérations spécifiques telles que le glissement ou l'insertion utiles pour la résolution de problèmes de planification dans des environnements encombrés. Enfin, détecter les intentions d'un utilisateur lorsqu'il interagit avec une m achine permet de lui fournir des ordres efficacement et intuitivement. Dans le cadre de la planification interactive au contact, un algorithme de détection d'intention est proposé. Ce dernier s'appuie sur l'utilisation d'un robot haptique permettant à un opérateur de ressentir les obstacles virtuels lors de la manipulation d'un objet virtuel dans un environnement de réalité virtuelle. L'algorithme interactif s'adapte en temps réel aux actions de l'opérateur pour une exploration pertinente de la surface des obstacles. Ces travaux ont été menés en partie au laboratoire toulousain LAAS au sein de l'équipe Gepetto et en partie dans le laboratoire LGP de l'ENIT au sein de l'équipe DIDS. Nous remercions la région Midi-Pyrénées pour avoir financé ces recherches.

Cette thèse est une contribution à la modélisation, la planification et l’optimisation du transport pour l’approvisionnement en bois de forêt des industries de première transformation. Dans ce domaine, les aléas climatiques (mise au sol des bois par les tempêtes), sanitaires (attaques bactériologiques et fongiques des bois) et commerciaux (variabilité et exigence croissante des marchés) poussent les divers acteurs du secteur (entrepreneurs et exploitants forestiers, transporteurs) à revoir l’organisation de la filière logistique d’approvisionnement, afin d’améliorer la qualité de service (adéquation offre-demande) et de diminuer les coûts.L’objectif principal de cette thèse était de proposer un modèle de pilotage améliorant la performance du transport forestier, en respectant les contraintes et les pratiques du secteur.Les résultats établissent une démarche de planification hiérarchique des activités de transport à deux niveaux de décision, tactique et opérationnel. Au niveau tactique, une optimisation multi-périodes permet de répondre aux commandes en minimisant l’activité globale de transport, sous contrainte de capacité agrégée des moyens de transport accessibles. Ce niveau permet de mettre en oeuvre des politiques de lissage de charge et d’organisation de sous-traitance ou de partenariats entre acteurs de transport. Au niveau opérationnel, les plans tactiques alloués à chaque transporteur sont désagrégés, pour permettre une optimisation des tournées des flottes, sous contrainte des capacités physiques de ces flottes.Les modèles d’optimisation de chaque niveau sont formalisés en programmation linéaire mixte avec variables binaires. L’applicabilité des modèles a été testée en utilisant un jeu de données industrielles en région Aquitaine et a montré des améliorations significatives d’exploitation des capacités de transport par rapport aux pratiques actuelles.Les modèles de décision ont été conçus pour s’adapter à tout contexte organisationnel, partenarial ou non : la production du plan tactique possède un caractère générique sans présomption de l’organisation, celle-ci étant prise en compte, dans un deuxième temps, au niveau de l’optimisation opérationnelle du plan de transport de chaque acteur. / The present manuscript tackles the supply chain forest transportation problem in the context of forestry primary industry. In this context, several risks may affect the forest supply chain: the unpredictable weather conditions (tree falling provoked by major storms); sanitary emergencies (tree pest and diseases); and, diverse commercial circumstances (the variability of market demands). The aforementioned issues motivate the diverse forest sector protagonists (entrepreneurs, forest operators and drivers) to seek support for improving their logistic operations. The aim of this effort is to improve the service quality (offer-demand agreement) diminishing in this way the total costs. Therefore, the main goal of this thesis is the proposal of a novel management model which improves forest-to-mill transport performance. At the same time, the proposed model accounts for the forest sector manners and constraints. The contribution of this thesis is threefold: first a transportation model is developed, later on the transport planning is managed, and finally an optimization procedure is proposed.The thesis results propose a hierarchical planning for the forestry transportation. Two decision levels are suggested: tactic and operational. At a tactic level, a multi-period optimization is considered. The multi-period optimization strategy meets the customer supply demands while minimizes the global transportation activity. Such strategy takes into account the restrictions of the total available transportation means. Moreover, at this level the activity balancing politics may be developed, as well as subcontractors coordination between transport companies. On the other hand, at the operational level, the tactic planning assigned for each transporter is divided so an optimization of the fleet’s transport assignation is done considering the vehicles constraints.The decision process is modelled as a Mixed Linear Programming formulation. The application considers a data set coming from the industry settled at the Aquitaine region in France. The results have shown a significant improvement on the transport capabilities with respect to the conventional transport practices.It is worth to mention that the decision models were designed such that they may be adapted to different context either collaborative or not. In both cases, the tactic planning has a generic purpose, in other words, it is independent of the kind of organization involved, whereas specific organizations are taken into account when planning actors’ activities at the operational level.

Le problème de la planification du mouvement a été largement étudié dans le cas de corps rigides articulés mais peu de travaux considèrent les corps déformables. En particulier, les tiges élastiques telles que cables électriques, flexibles hydrauliques et pneumatiques, apparaissent dans de nombreux contextes industriels. Du fait d'une modélisation complexe et d'un grand nombre de degrés de liberté, l'extension des méthodes de planification de mouvement à de tels corps est un problème particulièrement difficile. En se basant sur les propriétés des configurations à l'équilibre statique, cette thèse propose plusieurs approches au problème de planification de mouvement pour des tiges élastiques. / The motion planning problem has been broadly studied in the case of articulated rigid body systems but so far few work have considered deformable bodies. In particular, elastic rods such as electric cables, hydraulic or pneumatic hoses, appear in many industrial contexts. Due to complex models and high number of degrees of freedom, the extension of motion planning methods to such bodies is a difficult problem. By taking advantage of the properties of static equilibrium configurations, this thesis presents several approaches to the motion planning problem for elastic rods.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les travaux de cette thèse portent sur la planification de la production multi-produits, multi-périodes avec des incertitudes de la qualité de la matière première et de la demande. Un modèle de programmation stochastique à deux étapes avec recours est tout d'abord proposé pour la prise en compte de la non-homogénéité de la matière première, et par conséquent, de l'aspect aléatoire des rendements de processus. Ces derniers sont modélisés sous forme de scénarios décrits par une distribution de probabilité stationnaire. La méthodologie adoptée est basée sur la méthode d'approximation par moyenne d'échantillonnage. L'approche est appliquée pour planifier la production dans une unité de sciage de bois et le modèle stochastique est validé par simulation de Monte Carlo. Les résultats numériques obtenus dans le cas d'une scierie de capacité moyenne montrent la viabilité de notre modèle stochastique, en comparaison au modèle équivalent déterministe. Ensuite, pour répondre aux préoccupations du preneur de décision en matière de robustesse, nous proposons deux modèles d'optimisation robuste utilisant chacun une mesure de variabilité du niveau de service différente. Un cadre de décision est développé pour choisir parmi les deux modèles d'optimisation robuste, en tenant compte du niveau du risque jugé acceptable quand à la variabilité du niveau de service. La supériorité de l'approche d'optimisation robuste, par rapport à la programmation stochastique, est confirmée dans le cas d'une usine de sciage de bois. Finalement, nous proposons un modèle de programmation stochastique qui tient compte à la fois du caractère aléatoire de la demande et du rendement. L'incertitude de la demande est modélisée par un processus stochastique dynamique qui est représenté par un arbre de scénarios. Des scénarios de rendement sont ensuite intégrés dans chaque noeud de l'arbre de scénarios de la demande, constituant ainsi un arbre hybride de scénarios. Nous proposons un modèle de programmation stochastique multi-étapes qui utilise un recours complet pour les scénarios de la demande et un recours simple pour les scénarios du rendement. Ce modèle est également appliqué au cas industriel d'une scierie et les résultats numériques obtenus montrent la supériorité du modèle stochastique multi- étapes, en comparaison avec le modèle équivalent déterministe et le modèle stochastique à deux étapes.

Comment une planification fiscale s’articule-t-elle au fil des relations avec ses parties prenantes? Comment les fiscalistes parviennent-ils à se sentir à l’aise à propos des planifications fiscales qu’ils élaborent dans les multiples zones grises qui caractérisent leur pratique? En m’attardant aux processus par lequel s’élaborent les planifications fiscales, mon objectif avec cette thèse est d’illustrer, au fil de mes trois articles, comment la prise en compte des aspects relationnels permet d’éclairer certaines zones d’ombres laissées par d’autres perspectives dans la littérature académique à ce jour. C’est à vol d’oiseau que j’ai amorcé ma trajectoire doctorale, avec un premier article très macro dans lequel je m’attarde aux normes sociétales qui façonnent la frontière entre les pratiques fiscales acceptables et inacceptables, basé sur la représentation médiatique des planifications fiscales. J’ai ensuite voulu plonger à un niveau beaucoup plus micro avec une série d’entrevues sur le terrain, pour mes deuxième et troisième articles, en m’intéressant à la perspective des fiscalistes en cabinet. J’y examine leurs interactions dans le processus décisionnel qui mène à l’élaboration des planifications fiscales : avec leur client, dans le cas du deuxième article, et avec leurs pairs lors de consultation informelle, pour mon troisième article.

Dans l'actuelle économie mondiale en évolution rapide, les entrepreneurs ont de plus en plus tendance à concevoir globalement leurs entreprises au cours des premières étapes de création. Cette tendance met en relief la nécessité d'une approche efficace et systématique de la planification du déploiement de marché en raison de la nature dynamique et complexe des marchés actuels ainsi que de l'importance croissante du positionnement stratégique mondial. Cette thèse présente une nouvelle approche pour développer une feuille de route de déploiement de marchés. Cette nouvelle méthodologie comprend une approche systématique avec les avantages d'une approche qualitative de niveau stratégique et une approche quantitative pour l'élaboration d'une feuille de route de déploiement sur les marchés. Cette feuille de route est un ensemble de scénarios chacun indiquant quels marchés sont ciblés pour le déploiement dans chaque phase du développement de l'entreprise (généralement sur un horizon de planification de trois à dix ans). Basée sur les données pertinentes du marché, l'approche de modélisation hybride proposée utilise des plans auto-organisés pour le groupement des marchés en clusters et un modèle mixte d'optimisation multi–objectif pour la planification du déploiement de marché au sein de chaque cluster. Cette méthodologie peut être appliquée dans la sélection de marchés et la planification de l'expansion, à la fois aux plan national et international, notamment pour les entreprises nées globales (Born Global). Nous appliquons l'approche introduite dans le cadre de Global Relief Supply, un projet d’entreprise visant à servir une niche dans le marché mondial de la préparation et de la récupération face aux catastrophes naturelles. Mots clés: Déploiement de marchés, Sélection de marchés, Planification de l’expansion, Entreprises nées globales, Optimisation, Multi-objectif, Groupage, Cartes auto-organisées, Catastrophes naturelles. / In today’s fast-paced global economy, entrepreneurs increasingly tend to holistically design their business ventures during the early stages of business creation. This tendency highlights the need for an efficient and systematic approach to market deployment planning due to the dynamic and complex nature of current markets as well as the evolving significance of global strategic positioning. This thesis introduces a new approach in order to develop a market deployment roadmap. This novel methodology includes a systematic approach with the benefits of a qualitative approach to strategic level and quantitative approach to developing a market deployment roadmap. Such a roadmap is a set of scenarios; each stating which markets is targeted for deployment in each phase of the business development (usually over a three to ten-year planning horizon). Based on pertinent market databases, the proposed hybrid modelling approach uses self-organizing maps for market clustering and a multi-objective mixed integer optimization model for market deployment road mapping within each cluster. This methodology can be applied in both national and international market selection and expansion planning, notably for born global ventures. We apply the introduced approach to the case of Global Relief Supply, focused on a venture project aiming to serve a niche in the US and world market for disaster preparation and recovery. Key words: Market deployment, Market selection, Expansion planning, Born Global Business, Optimization, Multi-objective, Clustering, Self-organizing maps, Natural disasters.

Cette thèse aborde la problématique de la décision partagée homme-robot dans une perspective de résolution interactive de problème à laquelle prennent part l'homme et le robot. Le robot et l'homme poursuivent des objectifs communs et doivent déterminer ensemble les moyens de les réaliser (les capacités et les compétences de chacun étant différentes). Les questions à traiter concernent ce partage des rôles, le partage d'autorité dans l'exécution d'une tche (prise d'initiative), les connaissances à exhiber afin que l'un et l'autre puissent jouer un rôle optimal dans la résolution du problème commun. Nous avons développé un planificateur de tâche nommé HATP (Human Aware Task Planner). Ce planificateur est conçu sur la base de la planification hiérarchique qu'on a enrichie avec des règles sociales. Il permet de produire des plans qui sont socialement acceptables, c'est-à-dire des plans qui rendent lisibles les actions et les intentions du robot. Le planificateur a également la capacité de planifier pour le robot et l'humain tout en garantissant l'optimalité pour chacun d'eux. Nous nous sommes également intéressés à une approche hybride, qui mixe la planification de tâche à la planification géométrique. Cette approche permet au robot d'avoir un contrôle sur la séquence d'actions qu'il produit mais également sur la façon de la réaliser. Ce qui permet de traiter le problème de l'interaction homme-robot de manière plus fine mais également sur plusieurs niveaux.

L'autonomie d'un robot mobile se caractérise par sa capacité à agir et à se déplacer dans l'environnement sans intervention humaine. La planification de mission pour un robot mobile fait intervenir un raisonnement symbolique pour le choix des actions permettant d'accomplir la mission et un raisonnement géométrique pour le calcul des déplacements du robot afin de réaliser ces actions. Dans un premier temps, nous comparons différentes approches permettant de coupler un planificateur de tâches et un planificateur de mouvements. Les résultats obtenus en termes de messages échangés entre les deux modules de raisonnement et en termes de temps de calcul tendent à montrer qu'un couplage dans lequel les exécutions des deux planificateurs sont entrelacées est l'approche offrant les meilleures performances. À partir de ce constat, nous proposons une architecture de planification hybride mettant en oeuvre un planificateur de tâches et un planificateur de mouvements dont les exécutions sont entrelacées. Nous avons été amenés à étendre le concept d'opérateur de planification afin de permettre l'expression et la prise en compte de préconditions géométriques ainsi que d'effets géométriques. Ces préconditions, définissant géométriquement la manière de réaliser les actions, sont ensuite envoyées au module de raisonnement géométrique sous la forme de requêtes de planification. Les contraintes géométriques sont extraites des préconditions, traduites en fonctions mathématiques, puis satisfaites à l'aide d'un algorithme de programmation non linéaire. Un chemin est ensuite calculé entre la configuration actuelle du robot et la configuration solution à l'aide d'un algorithme de planification de mouvement appelé Cell-RRT. Les effets géométriques permettent de transmettre les modifications des ressources partagées au module de raisonnement symbolique et fournissent des références sur les configurations du robot en début ou en fin de réalisation d'une action. Ces références peuvent ensuite intervenir lors de la planification d'une nouvelle action. L'algorithme de planification de mouvements mis en oevre est un algorithme probabiliste incrémental qui s'appuie sur le principe de l'algorithme RRT. Il est couplé avec une phase de réduction de l'espace de recherche. Durant cette phase, l'environnement est décomposé en un ensemble de cellules puis un algorithme de recherche de plus court chemin est appliqué afin de définir un sous-ensemble de l'espace de recherche. Les échanges entre les deux planificateurs font également appel à la notion de conseil afin de permettre le guidage de la construction du plan par des heuristiques géométriques ainsi que de permettre des phases d'optimisation du plan. Cette architecture hybride est finalement testée sur des scénarios de missions mettant ainsi en avant la validité de nos propositions. Le planificateur de déplacement Cell-RRT est également évalué afin d'étudier les gains réalisés, en termes de distances parcourues et de temps de calcul, en fonction de l'ajustement de ses différents paramètres de configuration.

Au cours des dernières années, la communauté robotique s'est largement intéressée au domaine de l'interaction homme-robot (HRI). Un des aspects de ce domaine est de faire agir les robots en présence de l'homme, tout en respectant sa sécurité ainsi que son confort. Pour atteindre cet objectif, un robot doit planifier ses actions tout en prenant explicitement en compte les humains afin d'adapter le plan à leurs positions, leurs capacités et leurs préférences. La première partie de cette thèse concerne les transferts d'objets entre humains et robots : où, quand et comment les effectuer? Dépendant des préférences de l'Homme, il est parfois préférable, ou pas, partager l'effort du transfert d'objet entre lui et le robot, mais encore, à certains moments, un seul transfert d'objet n'est pas suffisant pour atteindre l'objectif (amener l'objet à un agent cible), le robot doit alors planifier une séquence de transfert d'objet entre plusieurs agents afin d'arriver à ses fins. Quel que soit le cas, pendant le transfert d'objet, un certain nombre de signaux doivent être échangés par les deux protagonistes afin de réussir l'action. Un des signaux les plus utilisés est le regard. Lorsque le donneur tend le bras afin de transférer l'objet, il doit regarder successivement le receveur puis l'objet afin de faciliter le transfert. Le transfert d'objet peut être considéré comme une action de base dans un plan plus vaste, nous amenant à la seconde partie de cette thèse qui présente une formalization de ce type d'actions de base" et d'actions plus complexes utilisant des conditions, des espaces de recherche et des contraintes. Cette partie rend aussi compte du framework et des différents algorithmes utilisés pour résoudre et calculer ces actions en fonction de leur description. La dernière partie de la thèse montre comment ce framework peut s'adapter à un planificateur de plus haut niveau (un planificateur de tâches par exemple) et une méthode pour combiner la planification symbolique et géométrique. Le planificateur de tâches utilise des appels à des fonctions externes lui permettant de vérifier la faisabilité de la tâche courante, et en cas de succès, de récupérer l'état du monde fourni par le raisonneur géométrique et de l'utilisé afin de poursuivre la planification. Cette partie montre également différentes extensions de cette algorithme, tels que les \validation géométriques" où nous testons l'infaisabilité de plusieurs actions à la fois ou \les contraintes" où l'ajout de contraintes au niveau symbolique peut dirigée la recherche géométrique ou encore \recherche dirigé par coût" où le planificateur symbolique utilise les informations fournies par la partie géométrique afin d'éviter le calcul de plans moins intéressants. / In the last few years, the Human robot interaction (HRI) field has been in the spotlight of the robotics community. One aspect of this field is making robots act in the presence of humans, while keeping them safe and comfortable. In order to achieve this, a robot needs to plan its actions while explicitly taking into account the humans and adapt its plans to their whereabouts, capacities and preferences. The first part of this thesis is about human-robot handover: where, when and how to perform them? Depending on the human preferences, it may be better, or not, to share the handover effort between him and the robot, while in other cases, a unique handover might not be enough to achieve the goal (bringing the object to a target agent) and a sequence of handovers might be needed. In any case, during the handover, a number of cues should be used by both protagonists involved in one handover. One of the most used cue is the gaze. When the giver reaches out with his arm, he should look at the object, and when the motion is finished, he should look at the receiver's face to facilitate the transfer. The handover can be considered as a basic action in a bigger plan. The second part of this thesis reports about a formalization of these kind of basic actions" and more complex ones by the use of conditions, search spaces and restraints. It also reports about a framework and different algorithms used to solve and compute these actions based on their description. The last part of the thesis shows how the previously cited framework can fit in with a higher level planner (such as a task planner) and a method to combine a symbolic and geometric planner. The task planner uses external calls to the geometric planner to assess the feasibility of the current task, and in case of success, retrieve the state of the world provided by the geometric reasoner and use it to continue the planning. This part also shows different extensions enabling a faster search. Some of these extensions are \Geometric checks" where we test the infeasibility of multiple actions at once, \constraints" where adding constraints at the symbolic level can drive the geometric search, and \cost driven search" where the symbolic planner uses information form the geometric one to prune out over costly plans.