Dissertationen zum Thema „Espace des Quaternions“

Une bonne connaissance de l'aspect géométrique et du comportement mécanique des articulations humaines est indispensable pour l'étude des pathologies articulaires. La forme et la fonctionnalité des surfaces articulaires sont totalement interdépendante mais à ce jour elles n'ont jamais été traitées simultanément. Nous proposons dans cette thèse un nouvel espace de représentation commun. Nous proposons de représenter chacun des deux aspects de la relation morpho-fonctionnelle par une surface réglée puis de plonger ces surfaces dans l'espace des quaternions duaux afin de tenir compte de leurs propriétés différentielles propres. Afin de profiter au mieux de cette représentation, nous avons été amenés à traiter de l'interpolation et de l'approximation des quaternions duaux et à proposer de nouveaux algorithmes. Outre la modélisation des surfaces réglées, cette représentation permettra d'établir un atlas des signatures morpho-fonctionnelles des pathologies articulaires.

Le théorème central de cette thèse est une construction de métriques quaternion-kählériennes sur des variétés de dimension 8 modelées sur l'espace symétrique de type non-compact G2/SO(4). Cette construction s'inscrit dans la lignée des constructions de LeBrun (1989) et de Biquard (2000) pour lesquelles d'un côté les variétés quaternion-kählériennes construites possèdent un modèle homogène qui est un espace symétrique de type non-compact G/K, et d'un autre côté, les données initiales peuvent s'interpréter comme étant des déformations d'un bord de Furstenberg G/P où P est un sous-groupe parabolique de G. Ces constructions nous amènent ainsi à penser qu'il existe une correspondance générale entre des déformations de bords de Furstenberg G/P et des variétés quaternion-kählériennes.Ces déformations d'espaces G/P sont des variétés munies de géométries paraboliques. Après une présentation de la théorie des géométries paraboliques donnée dans la première partie, nous nous consacrerons, dans la deuxième partie à la correspondance précédemment supposée. En observant la construction de LeBrun (1989), nous réduirons les candidats pour une généralisation de cette construction à deux cas dont celui de l'espace G2/SO(4) et du parabolique P fixant une droite isotrope de R^{3,4}. Dans la dernière partie, nous donnerons justement la construction des métriques quaternion-kählériennes dont les données initiales sont des géométries paraboliques de type (G2,P). Cette construction passe par la construction d'espaces des twisteurs dans lesquels nous déformons des courbes doubles. Les variétés quaternion-kählériennes construites sont des ouverts des espaces de déformation de ces courbes
The main theorem of this thesis is a construction of quaternionic Kählerian metrics over a 8-manifolds modelled on the non-compact Riemannian symmetric space G2/SO(4). This construction is in line with LeBrun?s construction (1989) and Biquard?s construction (2000) for which, on one side, the quaternionic Kählerian manifolds constructed have a homogeneous model which is a non-compact Riemannian symmetric space G/K , and in the other side, the initial data can be seen as deformations of a Furstenberg boundary G/P with P a parabolic sub-group of G. These constructions lead us to think about a general correspondence between the deformations of Furstenberg boundaries and quaternionic Kählerian manifolds. Those deformation of G/P space are manifolds with parabolic geometries. After a presentation of the theory of parabolic geometries given in the first part, we will focus on the previous supposed correspondence in the second part. Observing LeBrun?s construction (1989), we will reduce the candidates for a generalisation of this construction to two cases among which the one of the space G2/SO(4) with the parabolic sub-group P stabilizing an isotropic line in R^{3,4}. In the last part, we will precisely give the construction of quaternionic Kählerian metrics with initial data some parabolic geometries of type (G2,P). This construction begins with the construction of twistor spaces where we will deform some double curve named ribbon. The quaternionic Kählerian manifolds constructed will be some open set in the space of deformation of these curves

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le contexte du traitement et de l'analyse des images couleur. Les premiers travaux pour traiter ces images consistaient à appliquer des traitements déjà existant en niveaux de gris marginalement sur les trois composantes constituant la couleur et le plus généralement dans l'espace RVB. Ces traitements ont été peu à peu améliorés notamment par l'utilisation d'espaces couleur d'avantage liés à la perception humaine mais aussi par des approches vectorielles. Dans ce travail de thèse nous nous plaçons dans la continuité de ces travaux et nous proposons une modélisation mathématique de la dimension vectorielle dans le but de manipuler les couleurs de manière globale. Trois formalismes sont présentés pour représenter la couleur : les complexes, les quaternions et les algèbres géométriques. Dans ce cadre, il est proposé de définir de nouveaux outils d'analyse couleur avec notamment une caractérisation numérique fréquentielle de chacun de ces modèles. Une étude approfondie de leurs utilisations permet de faire ressortir leurs propriétés ainsi que leurs principaux avantages et inconvénients à savoir : impossibilité des complexes à représenter les vecteurs couleurs qui par nature s'expriment en trois dimensions minimum contrairement aux quaternions et aux algèbres géométriques ; distinction entre objets manipulés (vecteurs couleur) et opérations effectuées sur ces objets (projections, rotations,...) pour les algèbres géométriques contrairement aux quaternions... Enfin nous avons montré que la transformée de Fourier quaternionique analyse la couleur avec une direction indiquée par un vecteur couleur, tandis que la transformée de Fourier définie au moyen de l'algèbre G3, plus générique, répartit l'information couleur sur des composantes fréquentielles indépendantes. L'utilisation de modèles algébriques pour représenter l'information couleur permet la définition et le développement d'un filtre spatial de détection de contours tenant compte de la dispersion dans l'espace couleur.

De nombreux travaux de recherche ont ´et´e conduits dans le domaine de synthèse de lois de commande par modes glissants. Différentes approches de commande été proposées dans la litérature, telles que l’algorithme Super-Twisting (STA) et sa version récente, l’algorithme généralisé Super-Twisting (GSTA). Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire de thèse s’inscriventdans ces méthodes pour résoudre le problème de commande et de commande tolérante aux fautes, pour une mission spatiale. La mission considère une cible passive et un chasseur. L’objectif visé est de synthétiser les lois de contrôle d’attitude et de mouvement relatif, tolérantes aux pannes. Les approches proposées abordent la problématique des modes flexibles des panneaux solaires etdes phénomènes de ballottement du carburant dans les réservoirs.Dans un premier travail, une loi de commande de type STA est proposée dans une configuration dite de backstepping. Dans un second travail, une loi de commande tolérante aux fautes basée sur les modes glissants du second ordre, est proposée. La solution est basée sur l’algorithme GSTA ,placé en boucle externe de compensation de défauts utilisant un estimateur de défauts non linéaire. Le problème de saturation des actionneurs est également abordé et une solution basée sur la géométrie polytopique, est proposée. Les éléments clés de l’approche tolérante aux pannes sont, i) d’une part la solution ne nécessite pas de diagnostiquer les fautes et donc n’utilise pas d’algorithme de détection et de localisation de défauts, et ii), d’autre part, l’approche est basée sur le formalisme duquaternion dual qui permet de tenir compte des effets de couplage attitude/mouvement relatif. Des critères orientés mission, illustrent les résultats obtenus au travers d’une campagne de simulation réaliste
Increasing attention has grown with regards to Sliding Mode Controllers (SMC). In order to reduce the so-called chattering effect, the Super-Twisting Algorithm (STA) has been proposed, recently. In this work, a controller based on the STA in a backstepping setup, is proposed for spacecraft rendezvous in a circular orbit. A key feature is that the chaser is not treated as a point mass, given that the effects of the flexible modes and propellant sloshing phenomena are considered. The results obtained are taken further, given that the guarantee of robustness against perturbations is not enough when it comes to critical systems, through the second ordersliding mode controllers technique. It is shown that the technique enables to solve to problem of fault tolerant control. The solution is based on the Generalized Super-Twisting Algorithm (GSTA) with an anti-windup strategy and a nonlinear observer and the dual quaternion formalism. The main reason of employing a GSTA is because it offers more robustness against state dependentperturbations (sloshing phenomena and flexible modes) than the STA. In addition, with the help of the anti-windup strategy, the control law does not saturate the thrusters, avoiding instablity when faults occur. The proposed solution is evaluated through a simulation campaign in a high-fidelity non-linear simulator, and mission oriented criteria demonstrate its potential

Les matériaux complexes sont aujourd'hui au cœur des enjeux sociétaux majeurs dans la plupart des grands domaines tels que l'énergie, le transport, l'environnement, la conservation/restauration du patrimoine, la santé ou la sécurité. En effet, de par les opportunités d'innovation offertes en matière de fonctionnalités, ces matériaux suscitent de nouvelles problématiques d'analyse et de compréhension multi-physiques et multi-échelles. Il en va de même pour l'instrumentation nécessaire à leur caractérisation.Répandues dans le domaine de la caractérisation non destructive des milieux complexes, les méthodes acoustiques utilisent les propriétés de propagation des ondes mécaniques dans ces matériaux pouvant être hétérogènes et anisotropes.Dans une approche multi-échelle, l'intérêt des méthodes ultrasonores est d'être particulièrement sensibles à leurs propriétés mécaniques, telles que l'élasticité, la rigidité et la viscosité. La nature hétérogène et multiphasique d'un milieu complexe conduit ainsi à la notion de milieu viscoélastique, caractérisé par les coefficients de Lamé généralisés complexes (��∗, ��∗) et leur variation en fonction de la fréquence.L'objectif de cette thèse est de développer une méthode de caractérisation de ces matériaux complexes viscoélastiques qui permette de mesurer simultanément la variation des deux coefficients de Lamé généralisés complexes (��∗, ��∗) en fonction de la fréquence. L'approche proposée est de suivre, dans l'espace et dans le temps, la propagation de l'onde de Rayleigh et d'extraire ses paramètres ellipsométriques (ellipticité χ et orientation θ) en complément des paramètres propagatifs (k' et k'') classiquement déterminés. Basée sur la détection de l'onde par vibrométrie laser 3D à la surface du matériau complexe, et au moyen de l'analyse de Gabor 2D dans l'espace des Quaternions, l'estimation de l'ensemble des paramètres - propagatifs et ellipsométriques - donne accès à la caractérisation complète du milieu avec cette seule onde de Rayleigh.Les développements théoriques proposés dans ce travail, ainsi que les résultats expérimentaux et issus de simulation, confirment l'intérêt de l'ellipsométrie acoustique pour la caractérisation de ces matériaux complexes
Complex materials are at the heart of major societal challenges in most major fields such as energy, transport, environment, heritage conservation/restoration, health and safety. Because of the opportunities for innovation offered in terms of features, these materials are giving rise to new problems of multi-physical and multi-scale analysis and understanding. The same applies to the instrumentation needed to characterize them.Acoustic methods, which are widely used in the non-destructive characterization of complex media, make use of the propagation properties of mechanical waves in these materials, which can be heterogeneous and anisotropic.In a multi-scale approach, the advantage of ultrasonic methods is that they are particularly sensitive to mechanical properties such as elasticity, rigidity and viscosity. The heterogeneous and multiphase nature of a complex medium thus leads to the notion of a viscoelastic medium, characterized by generalized complex Lamé coefficients (��∗, ��∗) and their variation as a function of frequency.The objective of this thesis is to develop a method for characterizing these complex viscoelastic materials that simultaneously measures the variation of the two generalized complex Lamé coefficients (��∗, ��∗) versus the frequency. The proposed approach is to follow, in space and in time, the propagation of the Rayleigh wave and to extract its ellipsometric parameters (ellipticity χ and orientation θ) in addition to the propagation parameters (k' and k'') conventionally determined. Based on the wave detection by 3D laser vibrometry at the surface of the complex material, and by means of 2D Gabor analysis in Quaternion space, the estimation of propagation and ellipsometric parameters gives access to the complete characterization of the complex material only by studying the interaction of a Rayleigh wave with the medium.The theoretical developments proposed in this work, together with experimental and simulation results, confirm the value of acoustic ellipsometry for characterizing these complex materials

Dans la première partie de la thèse, nous étudions le problème de l'équivalence quantique de modèles sigma reliés entre eux par la T-dualité non-abelienne. Nous prouvons que la renormalisabilité à une boucle de divers modèles initiaux implique la renormalisabilité à une boucle de leur partenaire dualisé, et qu'ils partagent les mêmes fonctions beta. Ceci est fait pour tous les modèles sigma principaux (G_L X G_R)/G_D, quelle que soit la brisure de G_R, ainsi que pour la large classe de métriques à quatre dimensions, inhomogènes et d'isométrie SU(2) X U(1). Pour l'exemple simple du modèle sigma T-dualisé SU(2), dont la non-renormalisabilité à deux boucles a été démontrée dans le schéma dimensionel minimal, nous prouvons qu'il est encore possible, à cet ordre, de définir une théorie quantique correcte en modifiant, à l'ordre \hbar, la métrique de l'espace cible de façon finie. Dans la seconde partie, nous construisons de façon explicite, grâce au super-espace harmonique et à l'approche du quotient quaternionique, une extension quaternion-Kähler de la métrique hyper-Kähler à deux centres la plus générale. Elle possède le groupe d'isométrie U(1) X U(1) et contient comme cas particuliers les extensions quaternion-Kähler des métriques de Taub-NUT et d'Eguchi-Hanson. Elle fait aussi apparaître un paramètre supplémentaire qui disparaît dans la limite hyper-Kähler.

En recherche d’information, les documents sont le plus souvent considérés comme des "sacs-de-mots". Ce modèle ne tient pas compte de la structure temporelle du document et est sensible aux bruits qui peuvent altérer la forme lexicale. Ces bruits peuvent être produits par différentes sources : forme peu contrôlée des messages des sites de micro-blogging, messages vocaux dont la transcription automatique contient des erreurs, variabilités lexicales et grammaticales dans les forums du Web. . . Le travail présenté dans cette thèse s’intéresse au problème de la représentation de documents issus de sources bruitées.La thèse comporte trois parties dans lesquelles différentes représentations des contenus sont proposées. La première partie compare une représentation classique utilisant la fréquence des mots à une représentation de haut-niveau s’appuyant sur un espace de thèmes. Cette abstraction du contenu permet de limiter l’altération de la forme de surface du document bruité en le représentant par un ensemble de caractéristiques de haut-niveau. Nos expériences confirment que cette projection dans un espace de thèmes permet d’améliorer les résultats obtenus sur diverses tâches de recherche d’information en comparaison d’une représentation plus classique utilisant la fréquence des mots.Le problème majeur d’une telle représentation est qu’elle est fondée sur un espace de thèmes dont les paramètres sont choisis empiriquement.La deuxième partie décrit une nouvelle représentation s’appuyant sur des espaces multiples et permettant de résoudre trois problèmes majeurs : la proximité des sujets traités dans le document, le choix difficile des paramètres du modèle de thèmes ainsi que la robustesse de la représentation. Partant de l’idée qu’une seule représentation des contenus ne peut pas capturer l’ensemble des informations utiles, nous proposons d’augmenter le nombre de vues sur un même document. Cette multiplication des vues permet de générer des observations "artificielles" qui contiennent des fragments de l’information utile. Une première expérience a validé cette approche multi-vues de la représentation de textes bruités. Elle a cependant l’inconvénient d’être très volumineuse,redondante, et de contenir une variabilité additionnelle liée à la diversité des vues. Dans un deuxième temps, nous proposons une méthode s’appuyant sur l’analyse factorielle pour fusionner les vues multiples et obtenir une nouvelle représentation robuste,de dimension réduite, ne contenant que la partie "utile" du document tout en réduisant les variabilités "parasites". Lors d’une tâche de catégorisation de conversations,ce processus de compression a confirmé qu’il permettait d’augmenter la robustesse de la représentation du document bruité.Cependant, lors de l’élaboration des espaces de thèmes, le document reste considéré comme un "sac-de-mots" alors que plusieurs études montrent que la position d’un terme au sein du document est importante. Une représentation tenant compte de cette structure temporelle du document est proposée dans la troisième partie. Cette représentation s’appuie sur les nombres hyper-complexes de dimension appelés quaternions. Nos expériences menées sur une tâche de catégorisation ont montré l’efficacité de cette méthode comparativement aux représentations classiques en "sacs-de-mots"
In the Information Retrieval field, documents are usually considered as a "bagof-words". This model does not take into account the temporal structure of thedocument and is sensitive to noises which can alter its lexical form. These noisescan be produced by different sources : uncontrolled form of documents in microbloggingplatforms, automatic transcription of speech documents which are errorprone,lexical and grammatical variabilities in Web forums. . . The work presented inthis thesis addresses issues related to document representations from noisy sources.The thesis consists of three parts in which different representations of content areavailable. The first one compares a classical representation based on a term-frequencyrepresentation to a higher level representation based on a topic space. The abstractionof the document content allows us to limit the alteration of the noisy document byrepresenting its content with a set of high-level features. Our experiments confirm thatmapping a noisy document into a topic space allows us to improve the results obtainedduring different information retrieval tasks compared to a classical approach based onterm frequency. The major problem with such a high-level representation is that it isbased on a space theme whose parameters are chosen empirically.The second part presents a novel representation based on multiple topic spaces thatallow us to solve three main problems : the closeness of the subjects discussed in thedocument, the tricky choice of the "right" values of the topic space parameters and therobustness of the topic-based representation. Based on the idea that a single representationof the contents cannot capture all the relevant information, we propose to increasethe number of views on a single document. This multiplication of views generates "artificial"observations that contain fragments of useful information. The first experimentvalidated the multi-view approach to represent noisy texts. However, it has the disadvantageof being very large and redundant and of containing additional variability associatedwith the diversity of views. In the second step, we propose a method based onfactor analysis to compact the different views and to obtain a new robust representationof low dimension which contains only the informative part of the document whilethe noisy variabilities are compensated. During a dialogue classification task, the compressionprocess confirmed that this compact representation allows us to improve therobustness of noisy document representation.Nonetheless, during the learning process of topic spaces, the document is consideredas a "bag-of-words" while many studies have showed that the word position in a7document is useful. A representation which takes into account the temporal structureof the document based on hyper-complex numbers is proposed in the third part. Thisrepresentation is based on the hyper-complex numbers of dimension four named quaternions.Our experiments on a classification task have showed the effectiveness of theproposed approach compared to a conventional "bag-of-words" representation

Made available in DSpace on 2016-04-28T14:16:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Donizetti Fermino Louro.pdf: 5486550 bytes, checksum: 06eabea84200c8c5e9e39a82ee79d8f2 (MD5) Previous issue date: 2014-06-15
The historiography of triplets of Hamilton aims to address the mathematical reasoning that preceded the development of quaternions and their contribution to the study of three-dimensional objects. The study of triplets as geometrical representation of square roots and negative quantities prior to the formalization of hypercomplex numbers, in particular the algebra of quaternions. The origin and the quaternion's fundaments based on triplets, applied in the rotational motion of threedimensional objects in space, evokes further study of their complex structures, a priori. The search of Hamilton for a hypercomplex number able to represent rotations in space presented geometrical concerns, as well as, a vector approach of plane, then their applications determine isometries that still underlie the mathematical morphology of the digital dynamic image
A historiografia dos tripletos de Hamilton pretende abordar o raciocínio matemático que antecedeu o desenvolvimento dos quaternions e sua contribuição ao estudo de objetos tridimensionais. O estudo dos tripletos como representação geométrica das raízes quadradas e quantidades negativas antecedeu a formalização dos números hipercomplexos, em específico da álgebra de quaternions. A origem e os fundamentos dos quaternions baseados nos tripletos, aplicados no movimento rotacional de objetos tridimensionais no espaço suscitam um estudo mais aprofundado de suas estruturas complexas, a priori. A busca de Hamilton por um número hipercomplexo capaz de representar rotações do espaço apresentava preocupações geométricas, assim como uma abordagem vetorial do plano, logo suas aplicações determinariam isometrias que ainda fundamentam a morfologia da imagem digital dinâmica

Submitted by Viviane Lima da Cunha (viviane@biblioteca.ufpb.br) on 2015-05-19T14:20:06Z No. of bitstreams: 2 arquivototal.pdf: 9893623 bytes, checksum: 211bb6b2f2a20721abf5b2948352c518 (MD5) license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5)
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Abstract: In this work we study some geometric transformations in the plane and the space. Initially, we present some special types of transformations in the plane and find the matrix of each of these transformations. In the second part we discourse the transformations in the space, emphasizing the rotations. We will use the angles of Euler to determine a rotation in the space around the Cartesian axes and define an equation which allows to rotate a vector around any axis. We also discuss the homogeneous spaces aiming the matrix representation of transformations of translation. Finally, we use the structure of the quaternions group to present a second form to rotation vectors and composition of rotations in the space. We emphasize that this study is essential to describe the motion of objects in the plane and in the space.
Neste trabalho estudamos algumas das transformações geométricas no Plano e no Espaço. Inicialmente, apresentamos alguns tipos de transformações especiais no Plano e encontramos a matriz de cada uma destas transformações. Na segunda parte abordamos as transformações no Espaço, dando ênfase as rotações. Utilizamos os ângulos de Euler para determinar uma rotação no espaço em torno dos eixos cartesianos e definimos uma equação que permite rotacionar um vetores em torno de um eixo qualquer. Também abordamos os espaços homogêneos objetivando a representa ção matricial da transformação de translação. Por último, usamos a estrutura do grupo dos Quatérnios para apresentar uma segunda forma de fazer rotações de vetores e composição de rotações no espaço. Ressaltamos que este estudo é fundamental para descrever o movimento de objetos no plano e no espaço.

Nous étudions l'euclidianité des corps de nombres pour la norme et quelques unes de ses généralisations. Nous donnons en particulier un algorithme qui calcule le minimum euclidien d'un corps de nombres de signature quelconque. Cela nous permet de prouver que de nombreux corps sont euclidiens ou non pour la norme. Ensuite, nous appliquons cet algorithme à l'étude des classes euclidiennes pour la norme, ce qui permet d'obtenir de nouveaux exemples de corps de nombres avec une classe euclidienne non principale. Par ailleurs, nous déterminons tous les corps cubiques purs avec une classe euclidienne pour la norme. Enfin, nous nous intéressons aux corps de quaternions euclidiens. Après avoir énoncé les propriétés de base, nous étudions quelques cas particuliers. Nous donnons notamment la liste complète des corps de quaternions euclidiens et totalement définis sur un corps de nombres de degré au plus deux
We study norm-Euclideanity of number fields and some of its generalizations. In particular, we provide an algorithm to compute the Euclidean minimum of a number field of any signature. This allows us to study the norm-Euclideanity of many number fields. Then, we extend this algorithm to deal with norm-Euclidean classes and we obtain new examples of number fields with a non-principal norm-Euclidean class. Besides, we describe the complete list of pure cubic number fields admitting a norm-Euclidean class. Finally, we study the Euclidean property in quaternion fields. First, we establish its basic properties, then we study some examples. We provide the complete list of Euclidean quaternion fields, which are totally definite over a number field with degree at most two

Cette thèse est consacrée à l'étude de la manipulation et de la coordination robotique à deux bras ayant pour objectif le développement d'une approche unifiée dont différentes tâches seront décrites dans le même formalisme. Afin de fournir un cadre théorique compact et rigoureux, les techniques présentées utilisent les quaternions duaux afin de représenter les différents aspects de la modélisation cinématique ainsi que de la commande.Une nouvelle représentation de la manipulation à deux bras est proposée - l'espace dual des tâches de coopération - laquelle exploite l'algèbre des quaternions duaux afin d'unifier les précédentes approches présentées dans la littérature. La méthode est étendue pour prendre en compte l'ensemble des chaînes cinématiques couplées incluant la simulation d'un manipulateur mobile.Une application originale de l'espace dual des tâches de coopération est développée afin de représenter de manière intuitive les tâches principales impliquées dans une collaboration homme-robot. Plusieurs expérimentations sont réalisées pour valider les techniques proposées. De plus, cette thèse propose une nouvelle classe de tâches d'interaction homme-robot dans laquelle le robot contrôle tout les aspects de la coordination. Ainsi, au-delà du contrôle de son propre bras, le robot contrôle le bras de l'humain par le biais de la stimulation électrique fonctionnelle (FES) dans le cadre d'applications d'interaction robot / personne handicapée.Grâce à cette approche générique développée tout au long de cette thèse, les outils théoriques qui en résultent sont compacts et capables de décrire et de contrôler un large éventail de tâches de manipulations robotiques complexes
This thesis is devoted to the study of robotic two-arm coordination/manipulation from a unified perspective, and conceptually different bimanual tasks are thus described within the same formalism. In order to provide a consistent and compact theory, the techniques presented herein use dual quaternions to represent every single aspect of robot kinematic modeling and control.A novel representation for two-arm manipulation is proposed—the cooperative dual task-space—which exploits the dual quaternion algebra to unify the various approaches found in the literature. The method is further extended to take into account any serially coupled kinematic chain, and a case study is performed using a simulated mobile manipulator. An original application of the cooperative dual task-space is proposed to intuitively represent general human-robot collaboration (HRC) tasks, and several experiments were performed to validate the proposed techniques. Furthermore, the thesis proposes a novel class of HRC taskswherein the robot controls all the coordination aspects; that is, in addition to controlling its own arm, the robot controls the human arm by means of functional electrical stimulation (FES).Thanks to the holistic approach developed throughout the thesis, the resultant theory is compact, uses a small set of mathematical tools, and is capable of describing and controlling a broad range of robot manipulation tasks

Dans une première partie de cette thèse, nous donnons des minorations universelles ne dépendant que de la dimension – explicites, de trois invariants globaux des quotients des espaces hyperboliques quaternioniques : leur rayon maximal, leur volume, ainsi que leur caractéristique d’Euler. Nous donnons également une majoration de leur constante de Margulis, montrant que celle-ci décroit au moins comme une puissance négative de la dimension. Dans une seconde partie, nous étudions un réseau remarquable des isométries du plan hyperbolique quaternionique, le groupe modulaire d’Hurwitz. Nous montrons en particulier qu’il est engendré par quatres éléments, et construisons un domaine fondamental pour le sous-groupe des isométries de ce réseau qui stabilisent un point à l’infini
In the first part of this thesis, we derive explicit universal – that is, depending only on the dimension – lower bounds on three global invariants of quaternionic hyperbolic sapces : their maximal radius, their volume, and their Euler caracteristic. We also exhibit an upper bound on their Margulis constant, showing that this last quantity decreases at least like a negative power of the dimension. In the second part, we study a specific lattice of isometries of the quaternionic hyperbolic plane : the Hurwitz modular group. In particular, we show that this group is generated by four elements, and we construct a fundamental domain for the subgroup of isometries of this lattice stabilising a point on the boundary of the quaternionic hyperbolic plane

La détermination des structures tri-dimensionnelles (3D) des complexes protéiques est cruciale pour l’avancement des recherches sur les processus biologiques qui permettent, par exemple, de comprendre le développement de certaines maladies et, si possible, de les prévenir ou de les traiter. Face à l’intérêt des complexes protéiques pour la recherche, les difficultés et le coût élevé des méthodes expérimentales de détermination des structures 3D des protéines ont encouragé l’utilisation de l’informatique pour développer des outils capables de combler le fossé, comme par exemple les algorithmes d’amarrage protéiques. Le problème de l’amarrage protéique a été étudié depuis plus de 40 ans. Cependant, le développement d’algorithmes d’amarrages précis et efficaces demeure un défi à cause de la taille de l’espace de recherche, de la nature approximée des fonctions de score utilisées, et souvent de la flexibilité inhérente aux structures de protéines à amarrer. Cette thèse présente un algorithme pour l’amarrage rigide des protéines, qui utilise une série de recherches exhaustives rotationnelles au cours desquelles seules les orientations sans clash sont quantifiées par ATTRACT. L’espace rotationnel est représenté par une hyper-sphère à quaternion, qui est systématiquement subdivisée par séparation et évaluation, ce qui permet un élagage efficace des rotations qui donneraient des clashs stériques entre les deux protéines. Les contributions de cette thèse peuvent être décrites en trois parties principales comme suit. 1) L’algorithme appelé EROS-DOCK, qui permet d’amarrer deux protéines. Il a été testé sur 173 complexes du jeu de données “Docking Benchmark”. Selon les critères de qualité CAPRI, EROS-DOCK renvoie typiquement plus de solutions de qualité acceptable ou moyenne que ATTRACT et ZDOCK. 2) L’extension de l’algorithme EROS-DOCK pour permettre d’utiliser les contraintes de distance entre atomes ou entre résidus. Les résultats montrent que le fait d’utiliser une seule contrainte inter-résidus dans chaque interface d’interaction est suffisant pour faire passer de 51 à 121 le nombre de cas présentant une solution dans le top-10, sur 173 cas d’amarrages protéine-protéine. 3) L’extension de EROSDOCK à l’amarrage de complexes trimériques. Ici, la méthode proposée s’appuie sur l’hypothèse selon laquelle chacune des trois interfaces de la solution finale doit être similaire à au moins l’une des interfaces trouvées dans les solutions des amarrages pris deux-à-deux. L’algorithme a été testé sur un benchmark de 11 complexes à 3 protéines. Sept complexes ont obtenu au moins une solution de qualité acceptable dans le top-50 des solutions. À l’avenir, l’algorithme EROS-DOCK pourra encore évoluer en intégrant des fonctions de score améliorées et d’autres types de contraintes. De plus il pourra être utilisé en tant que composant dans des workflows élaborés pour résoudre des problèmes complexes d’assemblage multi-protéiques
Determination of tri-dimensional (3D) structures of protein complexes is crucial to increase research advances on biological processes that help, for instance, to understand the development of diseases and their possible prevention or treatment. The difficulties and high costs of experimental methods to determine protein 3D structures and the importance of protein complexes for research have encouraged the use of computer science for developing tools to help filling this gap, such as protein docking algorithms. The protein docking problem has been studied for over 40 years. However, developing accurate and efficient protein docking algorithms remains a challenging problem due to the size of the search space, the approximate nature of the scoring functions used, and often the inherent flexibility of the protein structures to be docked. This thesis presents an algorithm to rigidly dock proteins using a series of exhaustive 3D branch-and-bound rotational searches in which non-clashing orientations are scored using ATTRACT. The rotational space is represented as a quaternion “π-ball”, which is systematically sub-divided in a “branch-and-bound” manner, allowing efficient pruning of rotations that will give steric clashes. The contribution of this thesis can be described in three main parts as follows. 1) The algorithm called EROS-DOCK to assemble two proteins. It was tested on 173 Docking Benchmark complexes. According to the CAPRI quality criteria, EROS-DOCK typically gives more acceptable or medium quality solutions than ATTRACT and ZDOCK. 2)The extension of the EROS-DOCK algorithm to allow the use of atom-atom or residue-residue distance restraints. The results show that using even just one residue-residue restraint in each interaction interface is sufficient to increase the number of cases with acceptable solutions within the top-10 from 51 to 121 out of 173 pairwise docking cases. Hence, EROS-DOCK offers a new improved search strategy to incorporate experimental data, of which a proof-of-principle using data-driven computational restraints is demonstrated in this thesis, and this might be especially important for multi-body complexes. 3)The extension of the algorithm to dock trimeric complexes. Here, the proposed method is based on the premise that all of the interfaces in a multi-body docking solution should be similar to at least one interface in each of the lists of pairwise docking solutions. The algorithm was tested on a home-made benchmark of 11 three-body cases. Seven complexes obtained at least one acceptable quality solution in the top-50. In future, the EROS-DOCK algorithm can evolve by integrating improved scoring functions and other types of restraints. Moreover, it can be used as a component in elaborate workflows to efficiently solve complex problems of multi-protein assemblies

Cette thèse est consacrée à l'étude de la manipulation et de la coordination robotique à deux bras ayant pour objectif le développement d'une approche unifiée dont différentes tâches seront décrites dans le même formalisme. Afin de fournir un cadre théorique compact et rigoureux, les techniques présentées utilisent les quaternions duaux afin de représenter les différents aspects de la modélisation cinématique ainsi que de la commande. Une nouvelle représentation de la manipulation à deux bras est proposée - l'espace dual des tâches de coopération - laquelle exploite l'algèbre des quaternions duaux afin d'unifier les précédentes approches présentées dans la littérature. La méthode est étendue pour prendre en compte l'ensemble des chaînes cinématiques couplées incluant la simulation d'un manipulateur mobile. Une application originale de l'espace dual des tâches de coopération est développée afin de représenter de manière intuitive les tâches principales impliquées dans une collaboration homme-robot. Plusieurs expérimentations sont réalisées pour valider les techniques proposées. De plus, cette thèse propose une nouvelle classe de tâches d'interaction homme-robot dans laquelle le robot contrôle tout les aspects de la coordination. Ainsi, au-delà du contrôle de son propre bras, le robot contrôle le bras de l'humain par le biais de la stimulation électrique fonctionnelle (FES) dans le cadre d'applications d'interaction robot / personne handicapée. Grâce à cette approche générique développée tout au long de cette thèse, les outils théoriques qui en résultent sont compacts et capables de décrire et de contrôler un large éventail de tâches de manipulations robotiques complexes.

Ce mémoire a pour but de présenter quelques résultats classiques de théorie des noeuds et de faire un parallèle entre cette théorie et les espaces de représentations associés au groupe d'un noeud. Le premier chapitre est consacré à une introduction de la théorie des noeuds dans lequel nous allons définir les surfaces de Seifert, le polynôme d'Alexander, le nombre d'entrelacement, les matrices de Seifert, le groupe d'un noeud. Quelques notions plus complexes vont être présentées comme le revêtement double ramifié le long d'un noeud, qui nous permettra d'établir une relation entre l'ordre du groupe d'homologie de ce revètement double et le polynôme d'Alexander évalué en -1. Le second chapitre présente le goupe SU(2) et le lien existant entre la conjugaison par un de ces élements et les rotations dans l'espace. Sont ensuite introduites les notions d'espaces de représentations illlustrées par le calcul explicite de celui du cercle, du noeud de trèfle, du double de Whitehead et du tore. Dans ce même chapitre nous présentons les twists de Dehn, chirurgies de Dehn et le résultat de Lickorish concernant l'obtention à partir de S³, de toute 3-variété fermée orientable, par chirurgie entière le long d'un entrelacs. Le troisième chapitre se concentre sur les espaces de représentations dans le groupe binaire dihédrale. Ces quelques pages proposent une ébauche de construction par chirurgie du polynôme d'Alexander évalué en -1. Nous présentons une approche géométrique de la construction de cet invariant en utilisant les relations skeins et la formule de Conway. Les dernières pages de ce mémoire sont consacrées à une brève introduction à l'invariant de Casson. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Mathématiques, Théorie des noeuds, Espaces de représentations, Invariant de Casson, Quaternions.