Ce travail a comme objectif l'amélioration et l'extension de l'application des systèmes de réalité virtuelle en retour haptique dans le cadre d'un travail collaboratif à distance induisant par conséquent des retards de transmission. Les développements des lois de commande présentées dans ce document font partie de celles améliorant les schémas de commande bilatérale classiques. Sous cette bannière, on trouve deux catégories de commande : passives, comme celles basées sur les variables d'onde où prédictives, en se basant sur l'estimation du modèle de l'esclave.

Au cours des dernières décennies, les environnements virtuels se sont de plus en plus répandus et sont largement utilisés dans de nombreux domaines comme, par exemple, le prototypage, la formation à l’utilisation de différents outils/appareils, l’aide à la réalisation de tâches difficiles, etc. L’interaction avec la réalité virtuelle, ainsi que le retour d’effort, sont assurés par des interfaces haptiques. En général, ces systèmes sont affectés par des retards de communication et de traitement, entraînant une détérioration des performances. Dans cette thèse, une étude complète des méthodes existantes, les outils théoriques et de nouvelles solutions sont proposés dans le cadre de l’haptique. Dans un premier temps, une étude comparative, fondée sur des résultats expérimentaux obtenus sur un système haptique à un degré de liberté, met en évidence les avantages et les inconvénients des algorithmes de commande les plus classiques, transposés du domaine de la téléopération à l’haptique. Sont ensuite examinés les outils théoriques nécessaires à l’analyse de la stabilité des systèmes à retard selon différentes situations, tenant compte des limites physiques des plates-formes expérimentales considérées. En plus du cas classique du retard constant, des incertitudes sont également considérées et modélisées par plusieurs types de distributions (distribution uniforme, normale et gamma avec gap). Finalement, pour surmonter les inconvénients liés aux retards, deux nouvelles approches sont proposées. Tout d’abord, la commande de type prédicteur de Smith est reprise et une solution spécifique pour les systèmes haptiques est mise en oeuvre. L’idée principale consiste à introduire dans le prédicteur de Smith les forces liées à l’environnement en utilisant les informations complémentaires issues de la réalité virtuelle, en ce qui concerne les distances entre l’objet virtuel piloté et d’autres objets présents dans la scène. Pour surmonter la perte de performances induite par l’utilisation d’un gain fixe dans les correcteurs, commun à toutes les situations (mouvements libres ou restreints), la seconde approche propose un correcteur Proportionnel Dérivé incluant une stratégie de séquencement de gain en fonction de la distance jusqu’à une éventuelle collision. Les deux approches sont validées expérimentalement sur une plateforme haptique à trois degrés de liberté, pour différents scénarios de complexité progressive, partant de situations avec des mouvements simples - libre et restreints, des contacts avec des objets en mouvement, pour arriver à des situations plus complexes - boîte virtuelle avec des murs fixes ou mobiles. / During the last decades, virtual environments have become very popular and are largely used in many domains as, for example, prototyping, trainings for different devices, assistance in completing difficult tasks, etc. The interaction with the virtual reality, as well as the feedback force, is assured by haptic interfaces. Generally, such systems are affected by communication and processing time-delays, resulting in a deterioration of performances. In this thesis, a complete study of the existing methods, as well as theoretical tools and new solutions, are proposed for the haptic framework. First, a comparative study, based on the experimental results obtained on a 1-dof haptic system, highlights the advantages and drawbacks of the most common control algorithms ported from teleoperation to haptics. Next, the theoretical tools needed in analyzing the stability of the delayed systems in different situations, as well as the physical limitations of the experimental platforms considered, are examined. Besides the standard case of constant time-delays, uncertainties are also considered and modeled by different types of distributions (uniform, normal and gamma distribution with gap). In the sequel, for overcoming the drawback of time-delays, two new approaches are proposed. First, the use of Smith predictor-based control is addressed and a specific solution for haptic systems is developed and discussed. The main idea is to introduce into the Smith predictor the environmental forces by using the additional information from the virtual reality regarding the distances between the controlled virtual object and other objects in the scene. To overcome the loss of performances induced by using a fixed gain in the controllers for all situations (free or restricted motions), the second approach proposes a gain-scheduling Proportional Derivative control strategy depending on the distance until a possible collision. Both approaches are experimentally validated on a 3-dof haptic platform, under different scenarios elaborated gradually from simple situations - free and restricted motion, contacts with moving objects, to more complex situations - virtual box with fixed or moving sides.

Nous étudions dans cette thèse le problème de stabilisation de systèmes physiques par l'intermédiaire d'un réseau de communication induisant des retards de dynamique connue. Ce problème apparaît lorsque la loi de commande est mise en ouvre à distance et conduit au problème de la stabilisation d'un système instable en boucle ouverte avec un retard variant dans le temps. Nous utilisons un prédicteur d'état à horizon variable afin d'établir une loi de commande stabilisante qui place les pôles du système en boucle fermée. Le calcul de l'horizon de prédiction est détaillé afin d'établir un contrôleur qui utilise de manière explicite les dynamiques du retard et est robuste vis-à-vis d'erreurs d'estimation induites par le modèle de réseau utilisé.<br />Cette analyse de robustesse permet de prendre en compte les caractéristiques non déterministes du réseau. Nous proposons finalement une loi de commande basée sur un observateur pour le cas où seule la sortie est mesurable et considérons aussi le<br />cas de poursuite de trajectoire. Des simulations et résultats expérimentaux sont proposés.

Plusieurs données de marchés financiers, telles que les prix spot de marchés européens de l'électricité interconnectés, présentent de la longue mémoire, au sens de la décroissance hyperbolique des autocorrélations combinée avec un phénomène d'hétéroskédasticité et de cycles périodiques ou non. Pour modéliser de tels comportements, nous introduisons d'une part les processus GIGARCH à k facteurs et nous proposons deux méthodes d'estimation des paramètres. Nous développons les propriétés asymptotiques des estimateurs de chacune des méthodes. De plus, afin de comparer les propriétés asymptotiques des estimateurs, des simulations de Monté Carlo sont effectuées. D'autre part, nous proposons un modèle longue mémoire généralisé multivarié (MVGARMA à k facteurs) pour modéliser conjointement deux marchés européens de l'électricité interconnectés. Nous donnons une procédure pratique d'estimation des paramètres. Pour la prévision, nous fournissons les expressions analytiques des prédicteurs de moindres carrés pour les modèles proposés et les intervalles de confiance des erreurs de prévision. Enfin, nous appliquons ces deux modèles sur les prix spot de l'électricité des marchés français et allemand et nous comparons leurs capacités prédictives.

Le but de la télé-échographie est de fournir une solution précise à l'examen expert dans des zones géographiques éloignées. Partant du constat que les experts sont peu nombreux et situés dans des grands centres hospitaliers, l'objectif de ce projet est de fournir des examens de qualité pour la plus grande population. La valeur et la précision du geste médical sont les raisons principales amenant à l'usage d'une interface haptique. Dans ce but, une station de commande haptique est développée pour donner un environnement virtuel haptique pour l'expert médical éloigné de son patient. Au cours de l'examen classique, l'expert médical reconstruit mentalement la 3D à partir des images échographiques et de sa proprioception. Nous devons tenir compte des contraintes physiologiques liées au geste humain de sorte que le télé-geste soit possible. Le système peut être brièvement décrit comme suit: une sonde virtuelle est montée sur le dispositif principal d'interface. La vraie sonde est placée sur le robot du site esclave. Les informations de position et de force sont transmises de manière bi-directionnelle (ainsi que le visuel et l'auditif) par le réseau de télé-communication. L'opérateur expert peut déplacer la sonde virtuelle pour contrôler la vraie sonde distante, action principalement basée sur les images échographiques et l'information de force qu'il reçoit en retour. Le robot esclave exécute les commandes envoyées du site maître. Un opérateur non-expert est situé près du patient et surveille le procédé qu'il peut interrompre. Le patient peut à tout moment communiquer avec lui ou avec l'expert. Du côté du praticien, la station de commande haptique est développée pour donner un environnement plus réaliste et une commande plus fine de ce qui se produit à distance. Du côté patient, le robot esclave est contrôlé à distance par l'expert médical, qui manipule sa sonde virtuelle par l'intermédiaire du robot à retour d'efforts. Le robot esclave est un robot parallèle découplé, composé de deux structures parallèles indépendantes faites des muscles artificiels McKibben comme actionneurs. Ce robot est équipé d'un capteur de force et il est possible de contrôler la force exercée sur l'axe de la sonde. Ce système de télérobotique est non seulement un système de télé-médecine, mais il agit aussi comme un robot avec une interface haptique permettant à l'expert médical de contrôler et sentir la force exercée par le robot. Ainsi, on réalise une immersion plus réaliste et une commande plus fine qui rendent possible le télé-palper du patient. Comparé aux systèmes de télé-médecine, ce système utilise la robotique pour télé-contrôler le robot porte sonde et l'haptique pour le rendu de la force exercée par le robot. Un environnement virtuel haptique pour la télé-échographie permet à l'expert médical de s'adapter plus rapidement et cela permet une immersion facilitée dans ce que nous pourrions appeler un cabinet virtuel d'examens échographiques. L'innovation de cette commande haptique est de préserver la proprioception des experts médicaux ainsi que leurs gestes synchronisés avec les images échographiques. Mots-clefs: haptique, geste médical, échographie, télé-médecine, réseau de télé-communication, maillage, prédicteur, modélisation mécanique et géométrique.

La récidive sexuelle est un sujet d’intérêt pour plusieurs chercheurs et intervenants qui travaillent auprès des délinquants sexuels. Afin de mieux prévenir la récidive sexuelle, il importe de bien connaître les causes sous-jacentes à cette problématique. De cette manière, il sera possible d’élaborer des programmes de traitement efficaces et spécifiques à la problématique. Au cours des dernières années, les études sur les prédicteurs de la récidive sexuelle ont mis l’accent essentiellement sur les prédicteurs statiques, mais aussi et de plus en plus sur les prédicteurs dynamiques. Cependant, il ressort de ces études que les caractéristiques inhérentes à l’implication du délinquant à l’intérieur de son programme de traitement ont été peu étudiées. Conséquemment, le but de cette étude est d’analyser les prédicteurs dynamiques de la récidive, l’alliance thérapeutique, la motivation en cours de traitement et le support social en lien à la récidive sexuelle. Pour ce faire, un échantillon de 299 agresseurs sexuels adultes de sexe masculin est pris en considération. Les données pour mener à terme les analyses statistiques sont recueillies avant le début du traitement et en cours de traitement. Trois types de récidive sont considérés : 1) sexuelle, 2) violente, 3) générale. Les variables indépendantes portent sur des outils psychométriques et sont de deux ordres : 1) pré-traitement, 2) en cours de traitement. Deux variables contrôles sont utilisées : 1) traitement complété ou non, 2) type de traitement; cognitivo-comportemental ou mixte. Ainsi, des analyses préliminaires (test T pour groupes indépendants) sont effectuées afin de sélectionner les variables utilisées pour la réalisation des analyses de survie. En raison de la faible prévalence de récidive sexuelle (5,4%), seules les récidives violentes (10,5%) et générales (18,7%) sont considérées. L’étude nous apprend que les résultats aux analyses de survie pour les récidives violentes et générales tendent à être en continuité à celles retrouvées dans les études existantes sur le sujet. Effectivement, l’étude actuelle informe de la pertinence de compléter un programme de traitement comme facteur de protection contribuant à réduire le risque probable de récidive. Le fait de présenter des croyances pédophiliques ou encore, de ne pas présenter de traits de personnalité compulsive sont des facteurs qui contribuent à augmenter les risques relatifs de récidive criminelle. / Repeat sexual offence is a subject of interest for several researchers and workers who intervene with sexual offenders. In order to prevent having second or habitual offenders, it is important to better understand the causes underlying this issue. This will help for the elaboration of more specific and efficient treatment programs. In recent years, research on predictors of sexual recidivism essentially focused on static predictors, but also, and more and more, on dynamic predictors. However, looking at those studies, it is realized that the characteristics of the offender’s participation in his treatment program have not been the subject of much study. Therefore, the goal of the present study is to analyse the dynamic indicators of repeat offence, therapeutic alliance, motivation during treatment and the social support related to repeat sexual offence. For the study, we took a sample of 299 subjects, adult male sexual offenders. Data for the statistical analyses were gathered before and during treatment. Three types of repeat offence are considered: 1) sexual, 2) violent, 3) general. Independent variables are of two kinds: 1) pre-treatment variables, 2) in-treatment variables. Psychometric tools are used here for the independent variables. Two control variables are used: 1) complete or incomplete treatment, 2) type of treatment (cognitive-behavioural versus mixed). Preliminary analyses (T-test for independent groups) were effectuated in order to select the variables to be used in the final analyses. Due to the low rate in regard to repeat sexual offence (5,4%), only violent (18,7%) and general (16%) repeat offences are considered in the final analyses. The study shows that the results for violent and general repeat offences tend to agree with what has been reported in prior studies on the subject. Effectively, the present study informs as to the pertinence of elaborating treatment programs in terms of protection factors so as to reduce the risk of a repeat offence. The fact of holding paedophile beliefs or, still, of not presenting traits of compulsive personality are factors that contribute to increase the risks relatively to a repeat general offence.

L’insécurité routière chez les conducteurs âgés est attribuable en partie, aux effets délétères du vieillissement normal sur le fonctionnement cognitif. Les méthodes d’évaluation neuropsychologique par les tests ayant montré une certaine efficacité dans le cas du dépistage des habiletés de conduite chez les conducteurs âgés atteints d’affections neurologiques pathologiques, la présente thèse vise à évaluer la pertinence de cette approche chez les conducteurs vieillissants de la population générale. Le principal objectif de cette thèse est ainsi d’obtenir une vue d’ensemble sur le rôle et la sensibilité des mesures neuropsychologiques dans la prédiction des habiletés et habitudes de conduite automobile sécuritaire chez les conducteurs âgés. Dans la même perspective, la thèse explore d’autre part le rôle de variables sociodémographiques et psychologiques. L’article 1 évalue la validité prédictive de sept tests des fonctions visuo-attentionnelles et de la mémoire de travail en regard des habiletés de détection périphérique chez 50 conducteurs âgés de 62 à 83 ans. L’étude sur simulateur de conduite comprend une condition de conduite simple et une condition plus soutenue incluant une distraction téléphonique de type « mains-libres ». Selon les résultats, certains tests cognitifs prédisent bien les temps de détection. En outre, la validité prédictive des tests est plus importante dans la situation de conduite plus exigeante. Cela dit, les résultats de l’article 2 révèlent que le recours aux stratégies d’évitement des situations exigeantes est plus prononcé chez les individus qui présentent des faiblesses à certains des tests neuropsychologiques proposés. Les résultats indiquent en outre que l’utilisation des stratégies d’évitement routier est plus fréquente chez les conducteurs ayant tendance à déprécier leurs habiletés de conduite générales, à exprimer une moindre perception de contrôle ainsi qu’une attitude défavorable à l’endroit des situations de conduite complexes ou risquées. Les stratégies d’évitement se révèlent donc comme des réponses autorégulatrices proportionnelles aux limitations cognitives et aux perceptions individuelles. Dans les deux études, l’âge ne permet pas d’expliquer les différences individuelles, ceci ni en termes d’habiletés de détection périphérique ni de tendances autorégulatrices. Le rôle du genre est cependant plus nuancé. Ainsi, le principal apport de la présente thèse réside dans la constatation que si d’une part, certaines limitations neuropsychologiques sont associées à une réduction des habiletés de détection périphérique, ces mêmes limitations s’accompagnent aussi de mesures autorégulatrices qui peuvent contribuer à réduire le risque routier. Il appert conséquemment que les méthodes de dépistage de l’insécurité routière chez les conducteurs âgés se basant sur l’évaluation des limitations cognitives et attentionnelles doivent également rechercher et évaluer la teneur de leurs comportements routiers autorégulateurs. Dans le contexte de vieillissement de la population, des interventions pourront également miser sur le renforcement de ces comportements. / The increase of crash rates in elderly population can be attributed in some part to the effects of normal aging on cognitive functioning. In the other hand, older drivers are likely to adopt self-regulated driving behaviours, such as driving habits to restrict their exposure to less complex situations. Neuropsychological assessments have shown some efficacy in the field of fitness-to-drive screening of older drivers suffering from neurological disorders. This thesis aims to assess the relevance of clinical neuropsychology in screening methods considering older drivers population. The main goal is thus to study the contribution and the sensitivity of neuropsychological testing in the prediction of skills and habits of safe driving among older drivers. In the same vein, the thesis investigates the role of other socio-demographic and psychological variables. To this end, article 1 evaluates the predictive validity of seven tests of visuo-attentional functions and working memory efficiency in relation to peripheral detection task performances in 50 drivers aged from 62 to 83 years in a simulated car driving environment. The driving simulation consisted of a simple driving condition and a condition including a "hands-free" cell phone distraction task. The results indicate that some neuropsychological tests, as opposed to age, are good predictors of detection performances. In addition, the predictive validity of the tests is more important in the most challenging driving condition. The Corsi Block Tapping test, assessing visuospatial working memory, is revealed as on of the best predictor of detection skills. Article 2 was carried from previous neuropsychological testing and self-administered questionnaires related to avoidance driving behaviours, drivers perceptions and attitudes. The results indicate that individuals who show higher difficulties in tests assessing visuospatial working memory, processing speed, and divided and selective attention capacities are significantly more likely to adopt avoidance driving strategies. The results also demonstrate that driving avoidance is higher among drivers who tend to depreciate their general driving skills, to express a lower perception of control and an unfavourable attitude towards risky driving. Avoidance strategies are thus proven to be self-regulatory responses which are proportionate to cognitive limitations and individual perceptions. In summary, this thesis demonstrates that peripheral detection performances of older drivers in a simulated car study, are well reflected in neuropsychological testing assessing working memory and other attentional abilities. Since detection skills are crucial for driving safety, an indirect link can be established between neuropsychological measures and road safety among older drivers. It also seems that those drivers, who have greater cognitive limitations, are more likely to avoid challenging driving situations, thereby balancing their crash risk. It is concluded that fitness-to-drive assessments based on neuropsychological screening need to be complemented with the assessment of self-regulatory behaviors. In the context of an aging population, new interventions should focus on strengthening self-regulatory behaviors of older drivers.

La première partie de cette thèse, concerne une étude de robustesse des algorithmes de points intérieurs prédicteurs correcteurs, ainsi qu'une approche par décomposition de cette méthode pour la résolution de problè mes de multiflot. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons au Problème de Sécurisation Globale dont l'objectif est de déterminer un multiflot (qui transporte toute demande de son noeud origine à son noeud destination en respectant la loi de Kirchhoff) et l'investissement de moindre coût en capacité s nominale et de réserve qui assure le routage nominal et garantit sa survie par reroutage global. Dans notre modèle les routages et les capacités peuvent être fractionnés. PSG se formule alors comme un problème linéaire de grande taille avec plusieurs niveaux de couplage. Sa structure particulière appelle à l'emploi d'algorithmes de décompositions. Nous proposons quatre méthodes utilisant la technique de génération de colonnes. Les deux premières sont basées sur les techniques proximales. Leur tâche principale consiste en la résolution de sous problèmes quadratiques indépendants. Le troisième algorithme s'inspire de l'approche de points intérieurs décrite à la première partie. Pour finir, nous intégrons une procédure d'élimination de chemins dans une adaptation d'un solveur de points intérieurs. Nous reportons des résultats numériques obtenus en testant ces algorithmes sur des données réelles fournies par le CNET.

Après la transmission de l'image et du son à travers les réseaux télécoms, il était logique de s'intéresser à la transmission du geste. Le « toucher 3D » est en train de révolutionner la façon de travailler des utilisateurs de la 3D sur ordinateur. Il permet aux gens de manipuler directement des objets et des données numériques de la même façon que dans la réalité en utilisant leur sens du toucher. Il existe des systèmes à retour d'effort, représentés par des manches munis de moteurs pilotés par des logiciels. Ils renvoient dans la main de l'utilisateur des sensations de forces, de vibrations, ils sont programmables en fonction d'une certaine tâche à effectuer dans le monde virtuel. Lors d'un toucher distant, d'un télégeste, nous sommes confrontés au problème de l'instabilité de la boucle haptique (homme-système à retour d'effort-réseau-retour de la force dans la main du manipulateur). Cette instabilité est provoquée par le retard introduit par la latence incompressible du réseau de télécommunication. Idéalement on désirerait obtenir une réponse instantanée (inférieure à la milliseconde), or l'élaboration d'une telle réponse est irréalisable car elle est non causale. Afin de contrer le retard introduit par le réseau nous avons utilisé des prédicteurs dans le but d'obtenir une réponse simultanée à la sollicitation du manipulateur du système à retour d'effort. Cette amélioration d'ergonomie du télégeste est réalisée grâce à la pertinence statistique du modèle de l'algorithme de prédiction.

La récidive sexuelle est un sujet d’intérêt pour plusieurs chercheurs et intervenants qui travaillent auprès des délinquants sexuels. Afin de mieux prévenir la récidive sexuelle, il importe de bien connaître les causes sous-jacentes à cette problématique. De cette manière, il sera possible d’élaborer des programmes de traitement efficaces et spécifiques à la problématique. Au cours des dernières années, les études sur les prédicteurs de la récidive sexuelle ont mis l’accent essentiellement sur les prédicteurs statiques, mais aussi et de plus en plus sur les prédicteurs dynamiques. Cependant, il ressort de ces études que les caractéristiques inhérentes à l’implication du délinquant à l’intérieur de son programme de traitement ont été peu étudiées. Conséquemment, le but de cette étude est d’analyser les prédicteurs dynamiques de la récidive, l’alliance thérapeutique, la motivation en cours de traitement et le support social en lien à la récidive sexuelle. Pour ce faire, un échantillon de 299 agresseurs sexuels adultes de sexe masculin est pris en considération. Les données pour mener à terme les analyses statistiques sont recueillies avant le début du traitement et en cours de traitement. Trois types de récidive sont considérés : 1) sexuelle, 2) violente, 3) générale. Les variables indépendantes portent sur des outils psychométriques et sont de deux ordres : 1) pré-traitement, 2) en cours de traitement. Deux variables contrôles sont utilisées : 1) traitement complété ou non, 2) type de traitement; cognitivo-comportemental ou mixte. Ainsi, des analyses préliminaires (test T pour groupes indépendants) sont effectuées afin de sélectionner les variables utilisées pour la réalisation des analyses de survie. En raison de la faible prévalence de récidive sexuelle (5,4%), seules les récidives violentes (10,5%) et générales (18,7%) sont considérées. L’étude nous apprend que les résultats aux analyses de survie pour les récidives violentes et générales tendent à être en continuité à celles retrouvées dans les études existantes sur le sujet. Effectivement, l’étude actuelle informe de la pertinence de compléter un programme de traitement comme facteur de protection contribuant à réduire le risque probable de récidive. Le fait de présenter des croyances pédophiliques ou encore, de ne pas présenter de traits de personnalité compulsive sont des facteurs qui contribuent à augmenter les risques relatifs de récidive criminelle. / Repeat sexual offence is a subject of interest for several researchers and workers who intervene with sexual offenders. In order to prevent having second or habitual offenders, it is important to better understand the causes underlying this issue. This will help for the elaboration of more specific and efficient treatment programs. In recent years, research on predictors of sexual recidivism essentially focused on static predictors, but also, and more and more, on dynamic predictors. However, looking at those studies, it is realized that the characteristics of the offender’s participation in his treatment program have not been the subject of much study. Therefore, the goal of the present study is to analyse the dynamic indicators of repeat offence, therapeutic alliance, motivation during treatment and the social support related to repeat sexual offence. For the study, we took a sample of 299 subjects, adult male sexual offenders. Data for the statistical analyses were gathered before and during treatment. Three types of repeat offence are considered: 1) sexual, 2) violent, 3) general. Independent variables are of two kinds: 1) pre-treatment variables, 2) in-treatment variables. Psychometric tools are used here for the independent variables. Two control variables are used: 1) complete or incomplete treatment, 2) type of treatment (cognitive-behavioural versus mixed). Preliminary analyses (T-test for independent groups) were effectuated in order to select the variables to be used in the final analyses. Due to the low rate in regard to repeat sexual offence (5,4%), only violent (18,7%) and general (16%) repeat offences are considered in the final analyses. The study shows that the results for violent and general repeat offences tend to agree with what has been reported in prior studies on the subject. Effectively, the present study informs as to the pertinence of elaborating treatment programs in terms of protection factors so as to reduce the risk of a repeat offence. The fact of holding paedophile beliefs or, still, of not presenting traits of compulsive personality are factors that contribute to increase the risks relatively to a repeat general offence.