Les consommateurs actuels, tout autant les individus que les entreprises, accroissent sans cesse leurs besoins pour des produits performants, fiables, et d'aspect visuel irréprochable. Cette demande pour la qualité impose aux fabricants le respect de dimensions précises et de géométries souvent complexes. C'est ainsi qu'origine l'apparition d'instruments d'inspection toujours plus sophistiqués. Les industries automobiles et aérospatiales figurent parmi les domaines qui nécessitent des appareils à la fois précis, automatisés et polyvalents. Le présent mémoire propose le développement de l'axe principal d'un robot de mesure; instrument conçu pour la saisie et le traitement de coordonnées, le tout avec une précision de quelques millièmes de millimètre. Cette recherche est supportée par une firme spécialisée en métrologie Multisigma inc. - qui souhaite par le biais de ce partenariat développer un nouvel appareil de mesure à grand rapport précision/prix. L'idée est de revoir entièrement tous les aspects d'une machine de mesure de coordonnées (CMM) afin d'en maximiser les performances tout en minimisant les coûts de production. La pierre angulaire de ce nouvel appareil est la conception d'un mécanisme de coulissement linéaire pouvant atteindre de grandes longueurs par la juxtaposition de sections courtes, tout en étant rigide et répétitif. L'ajout subséquent de la motorisation viendra permettre le contrôle de l'axe par un ordinateur. La précision finale de la mesure repose sur la définition de schèmes de compensations des erreurs géométriques, thermiques, ainsi que des déformations liées au chargement.

La radiation adaptative des Equoidea est encore mal comprise en raison notamment de la méconnaissance de la phylogénie de cette super-famille. La principale irrésolution de ces relations de parenté porte sur les pachynolophes, Equoidea européens rapprochés des Equidae ou des Palaeotheriidae. Pendant une grande part de l'Éocène, l'Europe est isolée et subit à la fin de cette période de profonds changements climatiques. Lors de la Grande Coupure son isolement s'achève, tandis que l'aridité du climat s'installe, et des faunes migrantes provoquent l'extinction de nombreux groupes endémiques. Un Equoidea européen basal, richement représenté par un matériel bien préservé permet d'appuyer une des hypothèses phylogénétiques les plus récentes. Cependant, les caractères couramment utilisés pour débattre de cette question n'apportent pas de réponse claire et définitive. Aussi, cette étude se propose de mener des investigations sur des régions encore peu explorées de ces animaux comme le neurocrâne, grâce à la microtomographie (CT scan), qui permet un accès non destructif aux structures (encéphale, pétreux, labyrinthe osseux, sinus). Outre l'intérêt phylogénétique, ces organes peuvent, de par leurs fonctions, receler un intérêt paléoécologique. Jusqu'à présent, peu d'études à large échelle ont porté sur ces structures chez les Perissodactyla, s'agissant pour la plupart de mentions anecdotiques. Comme préalable indispensable, une étude modèle a été réalisée sur un Equidae sauvage actuel afin de mieux appréhender la variabilité de ces structures méconnues. Pour la première fois, un large échantillon d'Equoidea européens a été scanné et leurs structures neurocrâniennes reconstruites en trois dimensions virtuelles. Ce sont au total 20 espèces qui ont été échantillonnées, couvrant l'évolution de ces animaux de leur origine à leur extinction, pendant plus de 20 millions d'années. Leurs crânes ont été scannés, leurs structures internes reconstruites, comparées et analysées au moyen de la cladistique. Une nouvelle hypothèse phylogénétique propose des relations de parenté intra-Equoidea et montre la pertinence des caractères neurocrâniens, tout en conduisant à envisager une étude plus vaste. Les Palaeotheriidae apparaissent comme un groupe très diversifié, notamment au regard des Equidae éocènes d'Amérique du Nord, et caractérisé par une évolution en mosaïque. Ils connaissent une évolution cérébrale précoce par rapport aux faunes contemporaines (Equidae, Cetartiodactyla, Carnivora), ce qui, via le développement de nouvelles stratégies adaptatives, pourrait expliquer partiellement cette grande diversification familiale. Un parallèle est envisagé avec l'évolution endémique des Notoungulata, qui semblent eux aussi montrer une complexification cérébrale précoce. Cependant, face à un environnement biotique et abiotique bouleversé (fin de l'Éocène et lors de la Grande Coupure), ces structures complexes impliquant un coût métabolique important et une trop grande spécialisation, avec en conséquence, moins de potentiel adaptatif, auraient pu les désavantager et les conduire à l'extinction. / The Equoidea adaptive radiation still remains badly known, especially due to the ignorance of their phylogeny. The main indecision of these relationships concerns the pachynolophs, European Equoidea either approached to the Equidae or to the Palaeotheriidae. During a great part of the Eocene times, Europe was isolated, and, at the end of this period, has undergone strong climatic changes. That isolation ended at the « Grande Coupure » event, whereas an arid climate moved, and migrant faunas caused the extinction of many endemic groups. A basal European Equoidea, richly represented by well-preserved material, can support one of the latest phylogenetic hypotheses. However, commonly used characters to discuss this issue do not provide a clear and definitive answer.Therefore, this study aims to investigate on unexplored regions of these animals as the neurocranium through microtomography (CT), which allows access to non-destructive structures (brain, petrosal, bony labyrinth, and sinus).Furthermore phylogenetic interest these bodies may, through their functions, harbor paleoecological interest. Until now, few large-scale studies have focused on those structures in the Perissodactyla, with regard to most were anecdotal reports. As a prerequisite, a model study was performed on a wild current Equidae to better understand the variability of these unknown structures. For the first time, a large sample of European Equoidea has been scanned and their neurocranium structures virtually reconstructed in three-dimensions. A total of 20 species were sampled, covering the evolution of these animals from their origin to their extinction, for over 20 million years. Their skulls were scanned; their internal structures reconstructed compared and analyzed using cladistics. A new phylogenetic hypothesis provides intra Equoidea relationships and shows the relevance of neurocranium characters, while driving to consider a larger study. The Palaeotheriidae appears as a highly diverse group, particularly with regard to Eocene Equidae in North America, and characterized by a mosaic evolution. Their brain evolved earlier than that of contemporary faunas (Equidae, Cetartiodactyla, Carnivora); which may partially explain the strong diversification of that family, through the development of new adaptive strategies.

Une étude expérimentale a été menée sur le sillage d’un cylindre circulaire stratifié dans le but de décrire l’effet de l’inclinaison et de la stratification sur les instabilités tridimensionnelles d’un sillage. Principalement 4 modes instables ont été trouvés.Ces résultats mettent ainsi en évidence le fait que la stratification et l’angle d’in- clinaison modifient fortement la transition d’un écoulement 2D à 3D du sillage d’un cylindre avec la présence de nouveaux modes instables. / An experimental study has been delineated of a stratified wake of a circular cy- linder in order to describe the effect of the tilt and of the stratification on the 3D instabilities of the wake. Principally, four unstable modes have been figured out.These results highlight the fact that the stratification strongly modifies the transition from a 2D to a 3D flow in a cylinder wake, with the presence of new unstable modes. The tilt of the cylinder with respect to the vertical plays a major role, such that a study limited to a vertical or a horizontal cylinder misses a lot of the rich dynamics of the tilted wake.

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

Cette thèse présente une méthode de proprioception alternative pour les manipulateurs robotiques sériels. Cette méthode ne dépend pas de la position des actionneurs et ne nécessite donc pas d'hypothèse de corps rigides. Cela permet, d'une part, d'envisager un paradigme différent pour la conception de robots légers et flexibles, mieux adaptés aux applications d'interaction physique-humain robot. D'autre part, cela permet de transformer la déformation de la structure du robot, habituellement perçue comme un désavantage, en un outil de détection des intentions de l'usager pendant une tâche d'interaction. Le premier chapitre présente la conception du système de rétroaction non colocalisée pour manipulateurs sériels flexibles. Le dispositif est une chaîne sérielle et passive d'encodeurs et de membrures légères, disposée en parallèle avec le manipulateur. Ce bras de mesure découple la proprioception du manipulateur de ses actionneurs en fournissant de l'information sur la pose réelle de son organe terminal, qui tient compte de la flexibilité des membrures et des articulations. Un schéma de commande dans l'espace des tâches, mettant à profit cette rétroaction additionnelle, est conçu et testé en simulation. Finalement, les résultats de simulation sont validés à l'aide d'un manipulateur expérimental léger à trois degrés de liberté, équipé d'un bras de mesure à cinq degrés de liberté. Le second chapitre présente une méthode permettant l'interaction physique humain-robot de façon intuitive avec les manipulateurs flexibles grâce au système de mesure précédemment mentionné. En mesurant la déviation de l'organe terminal par rapport à la base, toute la structure du manipulateur devient une interface potentielle d'interaction, peu importe si la flexion provient des membrures ou des articulations. Le schéma de commande proposé est basé sur un simple asservissement des vitesses articulaires et ne requiert que la connaissance de la matrice jacobienne rigide du manipulateur. L'approche est validée en simulation sur un modèle simplifié, ainsi qu'expérimentalement sur un prototype physique de robot sériel à trois degrés de liberté avec articulations et membrures flexibles. Le troisième et dernier chapitre présente une généralisation des concepts reliés aux actionneurs a élasticité en série (series elastic actuators, SEA) pour la commande en force de manipulateurs à articulations et membrures flexibles à plusieurs degrés de liberté. En utilisant la mesure de la pose de l'organe terminal, toute la structure d'un manipulateur peut être considérée comme un SEA. Une approche par éléments de raideur localisés (lumped stiffness) est proposée pour modéliser la raideur du manipulateur. Ce faisant, les schémas de commande développés pour l'interaction physique humain-robot avec les SEA peuvent être transposés à la commande en impédance de manipulateurs flexibles. Un résultat connu sur la raideur maximale passivement réalisable avec les SEA à un degré de liberté est généralisé pour les structures flexibles à plusieurs degrés de liberté. Finalement, les schémas de commande proposés sont validés expérimentalement. / This thesis presents an alternative proprioception method for flexible serial robotic manipulators. This method is independent from the actuators and requires no rigid body assumption. This enables, on one hand, a different design paradigm for lightweight and flexible robots, that are better suited for physical human-robot interaction (pHRI) applications. On the other hand, this allows structural deflection, usually perceived as a disadvantage, to be transformed into a tool enabling user intent detection during an interaction task. The first chapter presents the design of a non-collocated feedback system for flexible serial manipulators. The device is a passive serial chain of encoders and lightweight links, mounted in parallel with the manipulator. This measuring arm effectively decouples the manipulator's proprioception from its actuators by providing information on the actual end-effector pose, accounting for both joint and link flexibility. With this additional feedback, a task-space position controller is devised and tested in simulation. Finally, the simulation results are validated with an experimental 3-DoF lightweight manipulator prototype equipped with a five-joint measuring arm. The second chapter presents a method enabling intuitive pHRI with flexible robots using an end-point sensing device. The device is a passive serial chain of encoders and lightweight links, mounted in parallel with the manipulator. By measuring the deflection of the end-effector relative to the base, the whole body of the manipulator becomes a potential interaction interface, whether the compliance stems from the links or the joints. The proposed control scheme is a simple joint velocity control that only requires knowledge of the rigid-body Jacobian matrix of the manipulator. The approach is validated both in simulation on a simplified model and experimentally on a physical 3-DoF flexible-link flexible-joint serial robot. The third and final chapter proposes a task-space generalisation of series elastic actuation concepts for flexible-link flexible-joint robots with any number of degrees of freedom. Using end-point sensing, the whole body of the flexible manipulator can effectively be considered a task-space series elastic actuator (SEA). A lumped stiffness approach based on the virtual joint method is used to establish an elastostatic model of the flexible manipulator. A simple methodology is proposed in order to identify the elastostatic model parameters. This allows force control of the robot, with notable applications in physical human-robot interaction through admittance and impedance control schemes. A known result on the maximum passively renderable stiffness for single degree-of-freedom (dof) SEAs is generalised to n-dof flexible structures, providing bounds on the renderable stiffness matrix that apply to any causal controller. Finally, the task-space control schemes derived from the SEA literature are implemented and validated on a 3-dof flexible-link flexible-joint manipulator prototype.

L'utilisation de machines à mesure tridimensionnelle s'est généralisée dans les grosses entreprises et chez les sous traitants. Mais la mise en place des normes ISO 9000 et les calculs de capabilité qui découlent de ces normes impliquent une connaissance approfondie des incertitudes de mesures. Dans le domaine de la machine à mesurer, l'incertitude globale et les normes utilisées sont indiquées. Actuellement, les incertitudes de mesure de ces différentes machines sont exprimées sous la forme : ± A+ bL ou A est une incertitude représentative de la fidélité et bL est une incertitude de position en fonction de la longueur. La géométrie et l'environnement de ces machines étant actuellement pris en compte par les logiciels, il reste un grand nombre de paramètres méconnus (relatif au capteur) : longueur, diamètre, vitesse ainsi que le type et nombre de points de l'élément mesuré. Nous proposons de donner une méthode d'obtention rapide de l'incertitude de mesure et de l'indice de capabilité suivant les critères choisis par l'opérateur et d'obtenir rapidement un indice de capabilité plus proche de la réalité. Après un historique sur les mesures et de l'importance de la métrologie dans la mise en place des ISO 9000, le troisième chapitre est une présentation du matériel utilisé. Dans le quatrième, le plus important, on trouvera les méthodes statistiques utilisées et l'analyse des différents paramètres étudiés. Grâce à une analyse systématique des résultats, nous validerons les différents paramètres étudiés et de proposer le tableau récapitulatif permettant d'obtenir instantanément l'indice de capabilité. Dans les chapitres suivants des exemples et une proposition de modification des logiciels actuels afin d'intégrer ces calculs de capabilité. Les annexes comprennent normes, certificats d'étalonnage, valeurs de la pièce test et programmes développés.

DANS LE CADRE DES ETUDES DE FAISABILITE DU STOCKAGE DES DECHETS RADIOACTIFS EN COUCHES GEOLOGIQUES PROFONDES, L'ETUDE DE L'EVOLUTION DE LA PERMEABILITE DE LA COUCHE HOTE EN FONCTION DE L'ENDOMMAGEMENT EST PRIMORDIALE. CE TRAVAIL A CONSISTE D'UNE PART, A ETUDIE EXPERIMENTALEMENT L'ENDOMMAGEMENT DE DEUX ROCHES ARGILEUSES (MARNE DE BEAUCAIRE ET ARGILITE DE L'EST) A L'AIDE DES TECHNIQUES DE MICRO TOMOGRAPHIE A RAYONS X, ET D'AUTRE PART, A DEVELOPPER UNE INSTALLATION TRIXIALE HAUTE PRESSION ADAPTEE AUX MESURES DE PERMEABILITE SUR DES ROCHES DE TRES FAIBLES PERMEABILITES.DES INSTALLATIONS TRIAXIALES ORIGINALES ONT ETE REALISEES AFIN DE CARACTERISER SOUS CHARGEMENT DEVIATOIRE L'ENDOMMAGEMENT DES ROCHES ARGILEUSES A L'AIDE DE LA MICRO TOMOGRAPHIE A RAYONS X SUR UNE LIGNE SYNCHROTRON A L'ESRF (GRENOBLE). L'ENDOMMAGEMENT LOCALISE ET SON EVOLUTION EN COURS D'ESSAI, ONT AINSI PU ETRE CARACTERISES A UNE ECHELLE FINE (DE L'ORDRE DE LA DIZAINE DE MICRONS). LES TECHNIQUES DE CORRELATION D'IMAGES NUMERIQUES ETENDUES AUX IMAGES TRIDIMENSIONNELLLES ONT ETE UTILISEES POUR MESURER LES CHAMPS INCREMENTAUX DE DEFORMATION ET ONT MONTRE LEUR INTERET DANS L'ETUDE DE L'ENDOMMAGEMENT LOCALISE DANS LES GEOMATERIAUX ET NOTAMMENT DE SON EVOLUTION.ENFIN, UNE INSTALLATION TRIAXIALE HAUTE PRESSION A ETE REALISEE POUR MESURER L'EVOLUTION DE LA PERMEABILITE DE L'ARGILITE DE L'EST EN FONCTION DU NIVEAU DE CONTRAINTES (ISOTROPE ET DEVIATOIRE) APPLIQUEES. SA PARTICULARITE EST LA PETITE TAILLE DES ECHANTILLONS (CYLINDRES DE 10MM DE DIAMETRE ET 20MM DE HAUTEUR) AFIN DE REDUIRE LES TEMPS D'ESSAIS.

L'objectif de ce travail de thèse est de détecter et de caractériser des cibles tridimensionnelles dans un milieu désordonné. Ce domaine de recherche est d'intérêt pour de nombreuses applications, telles que le sondage du sous-sol, l'imagerie médicale, la détection non-destructive et l'exploration géophysique, etc. Afin de distinguer les cibles des hétérogénéités du milieu, nous proposons d'utiliser l'une des techniques de retournement temporel, à savoir la méthode DORT (Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel). La méthode DORT permet de générer des ondes focalisant sélectivement sur chaque cible présente dans un environnement fortement hétérogène. Par ailleurs, la richesse de ces ondes focalisantes est combinée avec un algorithme d'inversion non-linéaire. Ceci nous permet non seulement de localiser, mais aussi de caractériser les cibles (forme et permittivité). La résolution obtenue à l'aide de cette approche est bien meilleure que celles obtenues avec la méthode DORT ou la méthode d'inversion seules, en particulier dans la direction d'illumination. Cette résolution est d'autant meilleure que les données utilisées sont vectorielles. Dans le cas spécifique d'une configuration d'objets enfouis impliquant deux semi-espaces infinis, la caractérisation s'avère problématique. Une solution est apportée en appliquant l'approche de marche récurrente en fréquences. Ces développements théoriques sont également confrontés aux données expérimentales mesurées dans le domaine optique. Une nouvelle Microscopie Tomographique par Diffraction (MTD) est mise en œuvre dans le cadre de cette thèse en tenant compte du caractère vectoriel de la lumière. Ce faisant, une résolution d'environ un quart de la longueur d'onde a été obtenue sur des échantillons en résine déposés sur un substrat de silicium. De plus, nous avons aussi appliqué avec succès la méthode DORT à la MTD afin de focaliser et caractériser de manière sélective plusieurs diffuseurs de tailles différentes.Lors de ce travail de thèse nous avons également développé des méthodes de caractérisation en régime transitoire. Les différentes méthodes d'inversion élaborées dans ce cadre ont été validées sur des données synthétiques et expérimentales dans le domaine des radio-fréquences. / The objective of this thesis work is to detect and to characterize three-dimensional targets in a disordered medium, using electromagnetic excitations. This research domain is of great interest in many applications, such as subsoil probing, medical imaging, non-destructive testing and geophysical exploration, etc. In order to extract the target information from the heterogeneities of the medium, we propose to use one of the time reversal technique, namely the DORT method (French acronym for Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel). This method permits us to generate different waves that focus selectively on each target in high noisy environment. Moreover, this method is also combined with a non-linear inversion algorithm, which permits not only to localize but also to characterize the targets. The reconstruction resolution appears to be better than the ones obtained with the DORT or the inversion procedure alone, especially in the illumination direction. It is also shown that using full-polarized data is indispensable for achieving better performances rather than in scalar configuration. Moreover, in the half-space configuration, it is mandatory to use the frequency-diversity data to get an accurate reconstruction. These theoretical developments are also confronted to experimental data measured in the optical domain. A full-polarization Tomographic Diffractive Microscopy (TDM) is implemented and a resolution about one-fourth of the wavelength is thus obtained. Furthermore, the DORT method is applied in TDM to realize selective focalization and characterization. In the presence of multiple targets, selective characterization of each scatterer is achieved.This thesis work also deals with the characterization problem using transient data. Different inversion algorithms are validated using synthetic and experimental hyper-frequency data.

La cristallographie aux rayons X permet la détermination des structures tridimensionnelles de macromolécules biologiques ainsi que de leurs complexes à haute résolution. Cependant, la cristallisation des protéines est un phénomène totalement aléatoire et peu de cristaux sont généralement produits, de plus leur qualité et résistance sont souvent insuffisantes. Ces travaux visent à présenter les différentes étapes pour résoudre des structures de protéines ainsi que deux développements innovants pour formuler des solutions de criblage pour la cristallisation (appelés Pi et MORPHEUS). / X-ray crystallography enables the structure determination of biological macromolecules, their complexes and assemblies to high-resolution. Nevertheless, protein crystallisation is a stochastic process and the yield of crystals is typically very poor. In addition, crystal properties are often deceiving. Herein, we introduce the basic principles of protein structure determination process and we will discuss two innovative developments of screen formulation (called Pi and MORPHEUS).

La radiobiologie est une science multidisciplinaire qui s'intéresse à l'effet des radiations sur les êtres vivants. Les recherches entreprises dans cette discipline ont permis de montrer que la matière vivante est très radiosensible, et que les conséquences de l'irradiation au niveau de la cellule peuvent être multiples: mutations, mort cellulaire, vieillissement et carcinogenèse. Il est aussi connu que l'effet indirect des diverses espèces réactives créées par la radiolyse de l'eau (tels que les radicaux ·OH) contribue de façon importante aux lésions de l'ADN et d'autres constituants clés de la cellule comme les mitochondries et les membranes. Les êtres vivants étant constitués d'une quantité importante d'eau (70% en poids), il est crucial de bien comprendre les phénomènes impliqués dans la radiolyse de l'eau. Notre équipe de recherche a développé et raffiné durant les 15 dernières années plusieurs codes qui simulent les trois étapes de la radiolyse de l'eau et des solutions aqueuses: l'étape physique, l'étape physico-chimique et l'étape de chimie hétérogène. [Résumé abrégé par UMI]