Les travaux présentés dans ce document s’articulent autour de la commande en robotique. Plusieurs modalités sont envisagées, allant des véhicules autonomes aux bras manipulateurs en passant par la robotique mobile. Différentes approches de commande sont présentées, montrant l’étendue des méthodes de commande pour la robotique autonome. Sur les véhicules, deux cas d’étude sont considérés : la navigation en convoi par des approches d’automatique théorique garantissant la stabilité, et le parking par une approche prédictive pour s’adapter à un environnement inconnu. La robotique mobile s’inscrit dans un contexte industriel avec une application en soudure dans la construction navale sur une commande référencée capteur laser. D’autres travaux concernent la navigation collaborative avec une approche centralisée et hiérarchique pour du transport collaboratif. Le dernier chapitre porte sur des travaux plus récents sur la théorie des asservissements visuels. Nous mettons en évidence des outils de calcul formel pour l’analyse de singularités et l’identification des bassins d’attraction. Les perspectives s’inscrivent dans une nouvelle thématique, la robotique marine, qui comporte de nouveaux enjeux en commande de systèmes difficiles à modéliser.

Mes travaux portent principalement sur la conception préliminaire de produits ou de systèmes. C’est la première étape lors du développement d’un nouveau système. Ses principales caractéristiques y sont fixées, comme son architecture principale, ses composants ou encore des dimensions ou matériaux. Cette étape s’appuie sur les besoins des parties prenantes identifiées pour définir les critères de performances, mais aussi les contraintes de conception délimitant l’espace des solutions admissibles. Ces recherches ont permis de mettre en lumière les problématiques rencontrées lors de la formalisation mathématique d’un problème de conception en vue de sa résolution avec un solveur pour calculer un ensemble complet ou partiel des solutions admissibles. Une méthodologie en plusieurs étapes est proposée afin d’identifier les exigences et de les formuler sous forme de modèle mathématique. L’agrégation d’un ensemble de modèles, justifiés par les exigences à satisfaire, permet d’aboutir à un problème de satisfaction de contraintes qui décrit l’ensemble des propriétés que doivent valider les systèmes attendus. Les problèmes mathématiques obtenus sont hétérogènes (variables discrètes et continues, contraintes numériques et tables de données), ce qui m’a amené à définir de nouveaux mécanismes de résolution. Mes travaux se sont aussi diversifiés avec des applications dans le domaine du génie électrique et de la gestion d’énergie.

This manuscript aims at presenting my research results since my PhD defense which took place in 2017. The main topic of this manuscript is the analysis of nonlinear infinite-dimensional systems (modeling for instance partial differential equations) from a control and an optimization point of view. Infinite-dimensional systems model numerous physical phenomena in electronics, mechanics, etc. Their study is hence crucial and requires the development of control and numerical tools specific to these models. This manuscript proposes some contributions allowing us to analyze the well-posedness of these equations, their asymptotic stability, and some numerical schemes which solve them We will propose general results of existence, uniqueness, asymptotic stability and regulation which concern large classes of infinite dimensional systems modeled thanks to the semigroup theory. Some contributions will deal with more specific PDEs (namely, the wave equation and the Korteweg-de Vries equation for which particular techniques are necessary for their study. Finally, the numerical schemes proposed in this manuscript are based on the Moment-SOS hierarchy (a polynomial optimization method) and on the Christoffel Darboux kernel.

Les Système à Forte Composante Logicielle (SFCLs) sont des systèmes au sein desquels le logiciel influence largement leur ingénierie et exécution globale. L’avènement de l’ingénierie continue et des approches DevOps a stimulé l’itération et la parallélisation des activités d’ingénierie correspondantes. Cependant, cela pose plusieurs challenges liés au passage à l’échelle des processus d’ingénierie, à la complexité des systèmes conçus et à l’hétérogénéité des ressources sous-jacentes. Pour surmonter de tels challenges, je propose de s’appuyer les principes et techniques de l’Ingénierie Basée sur les Modèles (IBM). L’IBM est un paradigme d’ingénierie logicielle et système dans lequel les modèles sont considérés comme des artefacts de première classe décrivant différents aspects du système, des activités d’ingénierie et des artefacts ou données d’ingénierie. Dans cette thèse, je fais le tour d’horizon d’une décennie de recherche se focalisant principalement sur l’IBM continue des SFCLs. Dans ce contexte, j’ai contribué un ensemble d’approches basées sur les modèles, de frameworks supports, et de langages de modélisation associés, ciblant les principales phases du cycle de vie de tels systèmes. Les contributions de recherche proposées couvrent à la fois les phases en amont (analyse, conception) et en aval (développement, intégration). Elles couvrent également des activités complémentaires importantes de ce cycle de vie, liées au déploiement et à l’auto-adaptation. Sur cette base, je fournis une feuille de route de recherche visant l’Ingénierie Continue et Basée sur les Modèles des Futurs SFCLs. Par Futurs SFCLs, j’entends les SFCLs ayant le logiciel comme fondation première, s’appuyant fortement sur l’Intelligence Artificielle (AI) / Machine Learning (ML) et étant hautement auto-adaptatif, tout en en prenant également en compte leur impact global en terme de responsabilité.

Les grands systèmes et logiciels distribués sont désormais omniprésents. Un système distribué est généralement déployé sur des infrastructures distribuées hétérogènes avec des dépendances de déploiement entre les entités logicielles qui nécessitent des mécanismes de coordination. Une fois déployés, les systèmes distribués peuvent nécessiter une reconfiguration, c’est-à-dire modifier la configuration pendant que le système fonctionne. Les reconfigurations sont des procédures critiques généralement déclenchées lorsque : le système entre dans un état invalide ou instable en raison d’événements internes ou externes ; le système doit être optimisé ou mis à jour pour des raisons d’énergie, de sécurité ou de qualité de service. C’est pourquoi une reconfiguration doit être aussi rapide que possible. Les procédures de reconfiguration manipulent un élément fondamental : les cycles de vie des entités logicielles. Dans ce document, je présente une étude complète sur l’introduction de cycles de vie programmables et leur coordination automatique pendant les reconfigurations. Cette programmabilité offre davantage de parallélisme et de concurrence et réduit ainsi considérablement la durée des reconfigurations. En introduisant plus de complexité dans les cycles de vie il est toutefois plus difficile de garantir d’autres bonnes propriétés proposées dans la littérature : la sûreté, l’approche déclarative, la décentralisation. Je présente dans ce manuscrit la faisabilité de toutes ces propriétés avec des cycles de vie programmables.

Ce manuscrit retrace mes activités de recherche ainsi que l’encadrement scientifique que j’ai pu réaliser depuis mon recrutement à l’Université de Nantes en 2012. Il est principalement structuré autour de trois contributions scientifiques qui se trouvent elles-mêmes à l’intersection de thématiques telles que la recherche opérationnelle, les systèmes de production, l’incertitude et le risque. Ainsi, le chapitre 1 est dédié à l’équilibrage robuste de lignes de transfert avec des tâches dont la durée est incertaine. Pour pouvoir aborder ce problème, nous nous sommes appuyés sur un certain nombre de techniques de pré- traitement, ainsi que sur la génération de coupes fondées sur le principe d’optimalité pour le programme linéaire en nombres mixtes correspondant. Le chapitre 2, quant à lui, se focalise sur le problème de l’équilibrage de lignes de production reconfigurables avec des équipements modulaires. Pour affronter efficacement ce problème, nous l’avons décomposé en deux sous-problèmes. Le premier consiste à générer intelligemment l’ensemble des modules réalisables à partir desquels la ligne peut être construite. Le second est un programme linéaire en nombres binaires (PLNB) basé sur cet ensemble de modules pré-générés. Afin de résoudre exactement ce PLNB, une technique de génération de contraintes dites «lentes» a été mise en œuvre. Finalement, le chapitre 3 se concentre sur l’étude de la complexité algorithmique d’une classe de problèmes d’optimisation combinatoire avec des données contrôlables et des fonctions de risque, qui trouvent des applications dans des domaines tels que le routage ou la conception de réseaux fiables. Pour certaines variantes de ces problèmes, une approche de réduction originale a été développée, nous permettant de proposer des algorithmes polynomiaux significativement plus rapides et plus efficaces (en termes d’ordres de grandeur) que dans la littérature. Enfin, ce manuscrit se termine par quelques perspectives de recherche pour les années à venir et une annexe présentant mon CV actuel

Ce manuscrit explore l’évolution de la gestion et de l’analyse des réseaux, mettant en avance des concepts, des technologies et des défis cruciaux dans ces domaines. Pour la gestion des réseaux, il y a eu un changement majeur vers la priorisation de l’expérience utilisateur ou Quality of Experience (QoE), incitant des adaptations significatives. Nous avons examiné et proposé des approches à la fois centralisées et décentralisées pour l’allocation de ressources conscientes de la QoE à travers des divers types de réseaux sans fil (maillés, domestique, capteurs). De plus, nous avons couvert des conceptions inter-couches qui intègrent le routage (couche réseau), la priorisation de trames vidéo (couche applicative) et la file d’attente (couche MAC), pour l’optimisation de la diffusion vidéo. Pour l’analyse des réseaux, nous avons exploré une gamme de techniques d’apprentissage automatique. Celles-ci incluent des méthodes d’apprentissage non supervisé pour des tâches telles que la définition de tranche de réseaux et l’analyse du réseau véhiculaire, des approches supervisé pour la classification du trafic utilisant des modèles d’ensemble et l’apprentissage fédéré, et des stratégies semi-supervisé, particulièrement pour adresser les problèmes de rareté de labels, en utilisant des autoencodeurs empilés et l’apprentissage fédéré. De plus, nous avons présenté un paradigme destiné à l’apprentissage à travers le continuum Cloud-Edge-IoT, qui intègre l’apprentissage fédéré hiérarchique avec des réseaux neuronaux impulsionnels, offrant des solutions aux défis de scalabilité, de confidentialité et d’efficacité énergétique. Collectivement, ces efforts visent à faire progresser l’état de l’art dans la gestion et l’analyse des réseaux, offrant diverses méthodologies pour améliorer les performances du réseau, la sécurité, l’expérience utilisateur et fournir des informations sur les réseaux de communication de génération actuelle et future.