Catégorie : Actualités

Estimation de la forme d’une chaînette à partir d’IMU , tests dans l’air

Juliette Drupt teste les premières estimation des paramètres d’un cable pesant dans les installation du laboratoire IAPS de l’université de Toulon.

Cette première étape dans l’air doit permettre de valider les algorithmes implémentés et comparer les résultats avec un suivi de marqueurs qualysis comme vérité terrain.

 

Nous avons comparé les résultat d’estimation de la flèche du cable avec l’angle entre le plan sagittal du robot et le plan du cable obtenus par 5 différents algorithmes : 

  • estimation par vision à partir de l’hypothèse que le point le plus bas vu dans l’image est le point le plus bas du cable – initial guess en rouge.
  • estimation par vision avec descente de gradient – vision-based optim en vert.
  • estimation de la forme du cable avec l’imu 1 seule – imu-based-1 en violet
  • estimation de la forme du cable avec l’imu 2 seule – imu-based-2 en magenta
  • estimation de la forme du cable à partir des deux imus – imu-based en cyan

Les premiers résultats montre une instabilité de la méthode par optimisation numérique du à des minima locaux. Les résultats obtenus avec l’approximation par le point le plus bas est plus stable mais moins précise que les estimations par imu. Les estimation par imu sont supperposé pour ce qui est de l’estimation de la flèche et comparables pour ce qui est de l’estimation de alpha. Il semble donc qu’une estimation avec une seule IMU soit suffisante pour obtenir une bonne estimation de la forme du cable dans une situation quasi-statique. Ces premiers résultats prometteurs dans l’air ont maintenant a être confirmés dans l’eau. 

3-06-2021 : Séminaire d’Alexis Claude et Maxime Chalvin

Alexis CLAUDE et Maxime CHALVIN vous présenterons leurs travaux de recherche lors du 

SÉMINAIRE du 3 juin 2021 
à partir de 13h30 
Ce séminaire se fera en présentiel en M141 et sur zoom. 
Participer à la réunion Zoom
https://us04web.zoom.us/j/71569589921?pwd=OGV2WVBtUld6Vm1nRmdYa2dTcUV1Zz09

ID de réunion : 715 6958 9921
Code secret : bHJ4F3

 

Analyse thermique de stratégies de fabrication de pièces cylindriques à parois
épaisses par fabrication additive WAAM
Alexis CLAUDE

Résumé : Le séminaire portera sur le développement de stratégies de fabrication additive de cylindres à parois épaisses obtenus par WAAM (soudage à l’arc). Le matériau utilisé pour l’étude est un alliage d’aluminium 5183 déposé à l’aide d’une source CMT robotisée.

Pour ce faire, il a été nécessaire en amont de toute démarche de mettre en place un système de mesure de température in-situ (pyromètre) ainsi qu’une stratégie de gestion de la température intercouches adaptée. Ce processus est en effet crucial en vue de garantir la fabricabilité ainsi que la géométrie attendue.

Dans le but d’arriver à une méthode de fabrication optimale concernant les cylindres à parois épaisses, plusieurs stratégies de remplissage sont alors étudiées : la stratégie de juxtaposition de cordons, la stratégie de motif d’avance périodique (type sinus) et enfin la stratégie de motif périodique avec contours. Les travaux ont consisté dans un premier temps à définir la paramétrie du motif en configuration simplifiée ; puis dans un second temps, à l’appliquer à la géométrie finale recherchée.

Pour l’instant, les travaux réalisés concernent principalement la stratégie de juxtaposition. Suite à des difficultés rencontrées lors de la juxtaposition de cordons avec une distance inter-cordons constante, une stratégie alternative a été développée et mise en œuvre.

 

Gestion de la température couche-par-couche pour la fabrication additive WAAM

Maxime CHALVIN(a)(b)*, Alexis CLAUDE(b)(c), Sébastien CAMPOCASSO(b), Vincent HUGEL(b)
(a) SEGULA Technologies, 19 rue d’Arras, 92000 Nanterre
(b) Université de Toulon, COSMER, Toulon, France
(c) Université de Toulon, Plateforme MAQ3D, Toulon, France
* Correspondant : maxime.chalvin@univ-tln.fr

Résumé : La fabrication additive WAAM, basée sur un procédé de soudage Fil-Arc, permet l’obtention de pièces brutes métalliques de grandes dimensions à des conditions économiques intéressantes pour de petites séries. En revanche, la qualité des pièces dépend fortement de la gestion de la température au cours de la fabrication. En effet, le mode de dépôt implique un transfert de chaleur important à la pièce et il peut être nécessaire de procéder à des arrêts du dépôt pour permettre son refroidissement. Dans le but de déterminer l’influence de la chaleur sur la qualité géométrique de pièces de révolution à parois minces, une méthode de mesure de la température in-situ via l’utilisation d’un pyromètre ainsi qu’une stratégie de gestion de la température inter-couches est proposée. Les méthodes de mesure et de gestion de la température inter-couches sont appliquées pour la fabrication de cylindres à parois minces de différents diamètres nominaux. Le contrôle géométrique de ces derniers permet d’évaluer l’impact du diamètre sur la qualité géométrique à iso-conditions de fabrication. Le matériau étudié est un alliage d’aluminium 5183 déposé à l’aide d’une source CMT robotisée. La méthode de mesure et de gestion de la température inter-couches proposée permet ainsi de garantir le dépôt de chaque couche dans des conditions thermiques similaires, dans le but de maîtriser au mieux les conditions opératoires de fabrication.

Mots clés : Fabrication additive, WAAM, Température, Parois minces.

22-04-2021 Séminaire de Thierry Champion

 

Thierry CHAMPION présentera une partie de ses travaux de recherche lors du 

SÉMINAIRE du 22 Avril 2021 
à partir de 13h30 
qui se fera en présentiel dans la salle M005.
Lien visio pour ceux qui ne peuvent pas être présents :https://zoom.us/j/96942693591?pwd=a2dEUktkNFI2K2NYQ1E0a0w2VDN1dz09
 

Titre : Convergence de méthodes de pénalisation en optimisation convexe

Résumé : Mon objectif dans cet exposé est d’introduire les méthodes classiques de pénalisation en optimisation convexe (dont fait partie la programmation linéaire) et l’étude de leur convergence, à la fois primale et duale. J’aborderai aussi bien le point de vue théorique (sans rentrer dans des considérations mathématiques trop spécialisées) que la mise en œuvre pratique.

24-03-2021 : Soutenance de thèse d’Olivier Guyon

Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que

Monsieur Olivier GUYON

doctorant au laboratoire COSMER

rattaché à l’École Doctorale 548 « Mer & Sciences »,

sous la direction de Monsieur Dominique MILLET (COSMER), Professeur des Universités, Université de Toulon

soutiendra publiquement sa thèse en vue de l’obtention du Doctorat

Discipline : « Mécanique des Solides, génie mécanique, productique, transport génie civil »
Spécialité : Génie Mécanique
sur le thème

 

Évaluation environnementale d’un système produit-service en vue de son écoconception : application à l’autopartage free-floating électrique
 

Mercredi 24 mars 2021 à 09h00

en visioconférence (le lien sera transmis sur demande par le directeur de thèse dominique.millet@univ-tln.fr)

devant un jury composé de

  • M. Enrico BENETTO, Maître de Conférences – HDR, Institute of Science and Technology (Luxembourg), Rapporteur
  • M. Nicolas PERRY, Professeur des Universités, Arts et Métiers ParisTech (France), Rapporteur
  • Mme Isabelle BLANC, Professeur des Universités, Mines ParisTech (France), Examinatrice
  • M. Manuele MARGNI, Professeur des Universités, Polytechnique Montréal (Canada), Examinateur
  • M. Julien GARCIA, Docteur, Groupe Stellantis (France), co-encadrant
  • M. Nicolas TCHERTCHIAN, Ingénieur de Recherche et Formation, Université de Toulon (France), Co-encadrant
  • M. Dominique MILLET, Professeur des Universités, Université de Toulon (France), Directeur de thèse

Résumé

Face à la crise de l’Environnement et notamment au réchauffement climatique, il est nécessaire de s’adapter et de diminuer nos émissions de gaz à effet de serre. Le transport routier est principalement ciblé ce qui a entrainé la mise en place de lourdes réglementations auxquelles les constructeurs automobiles doivent se plier. Afin d’y arriver plusieurs solutions sont adoptées dont notamment l’électrification des véhicules mais aussi le développement des services de mobilité qui a pour but de proposer des alternatives à la voiture personnelle. Parmi ces services on retrouve notamment l’autopartage free-floating qui a fait son émergence depuis quelques années dans les grandes villes. Dans la littérature, les études actuelles se concentrent principalement à démontrer les bénéfices environnementaux de ces services en comparaison aux solutions traditionnelles. Cependant peu de sujets de recherche s’intéressent à l’écoconception de ces services et plus généralement des systèmes produit-service (PSS). Cette thèse vise donc à expérimenter l’évaluation environnementale d’un système produit service d’autopartage free-floating en vue de son écoconception. L’objectif est donc d’apporter une aide à la prise de décision pour l’écoconception de ces services. La méthode proposée est basée sur une utilisation de l’analyse de cycle de vie (ACV) attributionnelle et permet la prise en compte des coûts d’exploitation et de l’attractivité du service. La démarche se déroule en trois phases au cours desquelles la modélisation du système évolue. Dans la première phase, une analyse environnementale réalisée à partir d’une modélisation des PSS d’autopartage B2C (générique) et de l’utilisation de la méthode des plans d’expérience, permet de déterminer l’influence des paramètres du système sur plusieurs indicateurs environnementaux. Pour cela une adaptation de l’ACV d’un véhicule au cas du PSS d’autopartage est proposée. Dans la deuxième phase, la modélisation de la phase 1 évolue afin d’obtenir une modélisation spécifique d’un PSS d’autopartage free-floating avec notamment la prise en compte des infrastructures de rechargement. A partir de cette nouvelle modélisation, une optimisation environnementale est réalisée grâce à l’utilisation des problèmes de satisfaction de contraintes (CSP : constraint satisfaction problems). Les principaux paramètres à dimensionner sont la vitesse de rechargement et la capacité de la batterie des véhicules. Enfin dans la troisième phase, la modélisation du système évolue une dernière fois à cause de la prise en compte des coûts d’exploitation et de la satisfaction des clients dans l’optimisation environnementale du service. Grâce à une matrice QFD, un indicateur de satisfaction client est créé et peut être utilisé comme contrainte dans l’utilisation des CSP pour minimiser les impacts environnementaux du service. Dans cette dernière phase quatre nouveaux paramètres à dimensionner sont ajoutés : la masse du véhicule hors batterie, le niveau de finition des véhicules, l’utilisation des auxiliaires chauffage / AC ainsi que le seuil d’autonomie minimale avant le rechargement des véhicules. Les expérimentations ont été réalisées chez Stellantis (anciennement Groupe PSA). L’ensemble des résultats montrent le potentiel de réduction d’impacts que peut apporter l’écoconception des services d’autopartage free-floating et plus globalement des PSS de mobilité automobile. Les simulations permettent aussi de dégager des pistes d’écoconception à explorer dans le futur.

Mot clés : Ecoconception, Analyse de Cycle de Vie (ACV), Mobilité, Autopartage free-floating, Optimisation, Système produit-service

Abstract

ENVIRONMENTAL ASSESSMENT OF A PRODUCT-SERVICE SYSTEM WITH A VIEW TO ITS ECODESIGN : Application to electric free-floating car-sharing

Faced with the environmental crisis, and in particular global warming, it is necessary to adapt and reduce our greenhouse gas emissions. Road transport is mainly targeted, which has led to the introduction of heavy regulations that car manufacturers must comply with. In order to achieve this, several solutions have been adopted, including in particular the electrification of vehicles, but also the development of mobility services aimed at offering alternatives to the private car. Among these services is free-floating car-sharing, which has been emerging in the last few years in major cities. In the literature, current studies focus mainly on demonstrating the environmental benefits of these services compared to traditional solutions. However, few research topics focus on the eco-design of these services and more generally on Product-Service Systems (PSS). This thesis therefore aims at experimenting the environmental assessment of a free-floating car-sharing product-service system with a view to its eco-design. The objective is thus to provide a decision-making aid for the eco-design of these services. The proposed method is based on the use of attributive life cycle assessment (LCA) and allows the operating costs and attractiveness of the service to be taken into account. The approach is carried out in three phases during which the modeling of the system evolves. In the first phase, an environmental analysis carried out using B2C car-sharing (generic) PSS modeling and the use of the experimental design method, allows the influence of system parameters on several environmental indicators to be determined. For this purpose, an adaptation of a vehicle’s LCA to the case of a car sharing PSS is proposed. In the second phase, the modeling of phase 1 evolves in order to obtain a specific modeling of a free-floating car-sharing PSS with, in particular, taking into account the recharging infrastructures. Based on this new modeling, an environmental optimization is carried out through the use of constraint satisfaction problems (CSP). The main parameters to be dimensioned are recharging speed and vehicle battery capacity. Finally in the third phase, the system modeling evolves one last time due to the consideration of operating costs and customer satisfaction in the environmental optimization of the service. Thanks to a QFD matrix, a customer satisfaction indicator is created and can be used as a constraint in the use of CSPs to minimize the environmental impacts of the service. In this last phase, four new parameters to be dimensioned are added : the mass of the vehicle (without battery), the trim l of vehicle, the use of auxiliary heating /AC and the minimum autonomy threshold before recharging the vehicles. The experiments were carried out at Stellantis (formerly Groupe PSA). All the results show the potential for reducing the environmental impact of eco-design of free-floating car-sharing services and, more generally, of car mobility PSS. The simulations also help to identify eco-design avenues to be explored in the future.

Keywords : Eco-design, Life Cycle Assessment (LCA), Mobility, Free-floating car-sharing, Optimization, Product-Service System (PSS)

23-03-2021 : Soutenance de thèse de Hoang Anh PHAM

Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que

Monsieur Hoang Anh PHAM

 

doctorant au laboratoire COSMER

rattaché à l’École Doctorale 548 « Mer & Sciences »,

sous la direction de Monsieur Thierry SORIANO (COSMER), Professeur des Universités, Université de Toulon

soutiendra publiquement sa thèse en vue de l’obtention du Doctorat

Discipline : « Automatique, Signal, Productique, Robotique »

Spécialité : Automatique et robotique

sur le thème

 

Coordination de systèmes sous-marins autonomes basée sur une méthodologie intégrée dans un environnement Open-source

mardi 23 mars 2021 à 10h00

en visioconférence (le lien sera transmis sur demande par le directeur de thèse thierry.soriano@univ-tln.fr)

 

devant un jury composé de

  • M. Guillaume ALLIBERT, Maître de Conférences-HDR, Université Côte d’Azur, Rapporteur
  • M. Vincent CHAPURLAT, Professeur, Institut Mines-Telecom, Rapporteur
  • Mme Claudia FRYDMAN, Professeure, Aix-Marseille Université, Examinatrice
  • M. Valentin GIES, Maître de Conférences, Université de Toulon, Examinateur
  • M. Van Hien NGO, Professeur associé, Institut polytechnique de Hanoï, Examinateur
  • M. Vincent RIGAUD, Docteur, Directeur, Centre Ifremer Méditerranée, Invité
  • M. Thierry SORIANO, Professeur, Université de Toulon, Directeur de thèse

Résumé

Cette thèse étudie la coordination de robots sous-marins autonomes dans le contexte d’exploration de fonds marins côtiers ou d’inspections d’installations. En recherche d’une méthodologie intégrée, nous avons créé un framework qui permet de concevoir et simuler des commandes de robots sous-marins low-cost avec différentes hypothèses de modèle de complexité croissante. Sur la base de ce framework articulant plusieurs outils, nous avons étudié des algorithmes pour résoudre le problème de la mise en formation d’un essaim, puis celui de l’évitement de collisions entre robots et celui du contournement d’obstacle d’un groupe de robots sous-marins. Nous décrivons les tests de ces algorithmes sur un essaim de robots sous-marins réels en environnement Opensource et programmés en mode autonome. Ce travail permet également de convertir un ROV téléopéré en un hybride ROV-AUV autonome. Enfin, nous présentons des résultats de simulation et des essais réels en bassin validant les concepts proposés.

Mot clés : Contrôle distribué, Réseau neuronal RBF, ROS/Gazebo, hybride AUV-ROV, Robot sous-marin autonome 

Abstract

Coordination of autonomous underwater systems based on an integrated methodology in an open-source environment.

This thesis studies the coordination of autonomous underwater robots in the context of coastal seabed exploration or facility inspections. In search of an integrated methodology, we have created a framework that allows the design and simulation of low-cost underwater robot controls with different model assumptions of increasing complexity. Based on this framework, we have studied algorithms to solve the problem of swarm formation, collision avoidance between robots and obstacle avoidance of a group of underwater robots. We have described the tests of these algorithms on a swarm of real underwater robots in Opensource environment and programmed in autonomous mode. This work also aims to convert a remotely operated ROV into an autonomous ROV-AUV hybrid. Finally, we have presented simulation results and real basin tests validating the proposed concepts.

Keywords : Distributed control, Neural Network RBF, ROS/Gazebo, Hybrid AUV/ROV.

Sujet : Coordination de systèmes sous-marins autonomes basée sur une méthodologie intégrée dans un environnement Open-source

Chercheur : ThierrySORIANO

Laboratoire(s) : COSMER

Contacts Directeur de thèse : Thierry SORIANO (thierry.soriano@univ-tln.fr)

18-03-2021 : Séminaire Juliette Drupt et Clémentin Boittiaux

Pour rappel, Juliette DRUPT et Clémentin BOITTIAUX présenteront le sujet de leur thèse.

SEMINAIRE du 18 MARS 2021
à partir de 13h30 en salle M007

 

Voici le résumé de leur thèse:
  • Julliette :
« Si les sous-marins autonomes pour la cartographie en pleine eau sont maintenant opérationnels, l’exploration de milieux confinés reste un challenge en robotique sous-marine. Elle nécessite des temps de plongée longs et une adaptation permanente des déplacements en fonction de l’environnement découvert. Jusqu’à ce jour, seuls les robots à câbles (ROV) réunissent ces deux compétences : ils bénéficient d’un apport énergétique illimité et de l’appui d’un téléopérateur qui co-analyse les données de l’enveloppe sensorielle transmise en temps réel par le câble. Mais, pour déployer un système à câble en milieu confiné, il faut développer une méthode pour contrôler la position du câble pour éviter qu’il ne s’emmêle ou se coince. La gestion automatique du câble est un problème qui n’a pas ou peu été étudié jusqu’à maintenant (pour l’opération des ROV, un second opérateur supervise le déploiement du câble).
 
Ma thèse s’intéresse au contrôle de ce câble par l’ajout de robots intermédiaires répartis sur la longueur du câble, formant ainsi une cordée de robots, avec l’objectif de contrôler une telle cordée de robots afin d’explorer et de cartographier des espaces immergés confinés.
 
La localisation et la cartographie simultanées (SLAM) en milieu sous-marin représente un défi scientifique à l’heure actuelle, et ce en particulier dans le cas d’environnements confinés. En effet, si en surface des méthodes de SLAM visuelles permettent aujourd’hui une cartographie et une localisation très fines, ces mêmes méthodes sont limitées en milieu sous-marin du fait de la turbidité de l’eau, de l’éclairage changeant dû aux mouvements de l’eau en surface, ou tout simplement du faible éclairage naturel, ou encore de l’absorption rapide de certaines longueurs d’ondes. En milieu confiné, l’absence totale d’éclairage naturel présente une difficulté particulière. De plus, dans ce type d’environnement, la bonne localisation des robots présente des enjeux particuliers, à la fois du fait de la présence d’obstacles tout autour, qu’il faut donc éviter, mais aussi tout simplement parce que le robot doit être capable de regagner la sortie du réseau exploré. Dans un tel cadre, la présence d’un câble peut devenir un atout : en effet, il peut d’une part faire office de fil d’Ariane pour retrouver la sortie, mais aussi fournir un complément d’informations de localisation de la cordée entière. Outre, les aspects de commande permettant d’éviter que le câble se coince ou que les robots encordés se gênent, ma thèse s’intéresse ainsi à la manière dont la présence du câble pourrait être utilisée pour améliorer la localisation et la cartographie en milieu sous-marin confiné. »
  • Clémentin:  « Conception de fonctionnalités autonomes de navigation du robot Coral, profondeur 6000 m, à partir d’amers détectés sur fond marins »

Aujourd’hui, la grande majorité des fonds océaniques reste inexplorée. Les conditions d’exploration y sont, en effet, difficiles de par les nombreux défis scientifiques que présente cet environnement. Afin de mieux connaître et comprendre les grands fonds, de nombreux outils ont été développés au fil des années afin de récolter des échantillons, vidéos et données physiques dans les abysses. Récemment, en 2020, la flotte océanographique française s’est agrandie avec Ulyx, un véhicule autonome sous-marin (AUV) capable de plonger jusqu’à 6000 m.

L’objectif d’un tel appareil est de pouvoir décider seul de certaines actions à effectuer en fond pour remplir à bien la mission qui lui a été confiée auparavant. Pour ce faire, Ulyx devra, entre autres, être en capacité de se positionner avec précision et reconnaître les lieux d’intérêt scientifique qui lui ont été indiqués. Cependant, les systèmes de positionnement utilisés actuellement tel que l’USBL ont une incertitude de l’ordre de 10 m lorsqu’ils sont déployés à de grandes profondeurs.

Cette thèse vise donc à réduire cet incertitude en intégrant de l’intelligence embarquée à bord de l’AUV. Avec les dernières grandes avancées technologique en deep learning, notamment dans le domaine de la vision, nos recherches portent sur la reconnaissance de points d’intérêts déjà visités et la localisation du véhicule dans ces mêmes régions. Nos efforts sont concentrés sur des approches centrées sur la vision, ce qui présente de nombreux défis dans cet environnement. L’un d’eux est par exemple de rendre nos modèles robustes à des changements topologiques ou physiques qui peuvent survenir d’une année sur l’autre.

18-02-2020 : Séminaire de Claire Dune et Bilal Ghader

Le prochain séminaire a lieu en M141 le jeudi 18 février 2021 à 13h30. Ce séminaire sera en 2 parties dont voici les résumés ci-dessous. Entre ces deux parties il sera proposé une dégustation de crêpes (vous pouvez en apporter ainsi que les accompagnements solides, semis solides et liquides\uD83D\uDE0B).
  • Partie 1 : Présentation des matériels des projets CORAL et DPII, Claire Dune 30′
Dans le cadre des projets CORAL et DPII, le laboratoire COSMER s’est doté de deux nouveaux robots : un ROV le Mini-Coral et un AUV/ROV le SEASAM.
Nous avons également acquis un système de mesure dynamique optique aquatique Qualysis, des tablettes immergeables,
des caméras 360. Dans ce séminaire nous vous présenterons les capacités de ces systèmes,
un tutoriel rapide de leur utilisation et les résultats des premiers tests réalisés dans le cadre du projet DPII.


  • Partie 2 : DPII : Interaction entre un drone et un plongeur, Bilal Ghader 30′
Nous vous présenterons le sujet de la thèse de doctorat de Bilal Ghader sur les interactions entre un drone et un plongeur. 
Cette thèse comporte plusieurs axes de recherche : l’estimation d’état du robot et du plongeur, la détection et le suivi d’un plongeur par fusion de données vision/acoustique, la reconnaissance de geste/signaux et la commande d’un auv dans une palanquée de plongeur. La première partie de la thèse de Bilal se focalise sur le suivi autonome d’un plongeur. Il vous présentera l’état de l’art relatif à cette problématique et ses premiers résultats.

14-01-2021 : Séminaire Anthony SLADEN et Yann HELLO, CNRS GEOAZUR

 
 
 
 
 
 
 
Titre : Les câbles fibre optique pour l’étude des océans et du système Terre
 
La mesure acoustique distribuée (DAS) sur fibre optique est une approche instrumentale récente qui permet de transformer n’importe quelle fibre optique en réseau dense (m) de capteurs sismo-acoustiques (0.1-1000Hz) sur de grandes distances (50km+). Il s’agit donc d’une solution pouvant répondre aux problèmes de coût, complexité et fiabilité des meilleurs système actuels pour l’instrumentation du fond des océan. Après une introduction à la technologie et la présentation des premiers résultats, nous discuterons des limitations actuelles et des stratégies envisagées et envisageables pour les dépasser.
 
https://zoom.us/j/91807316648?pwd=MHVLeUFZMnQzc1ZDSTVJRDd1UmNGQT09

9-12-2020 : Soutenance de thèse de Marion POUPARD

Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que
Madame Marion POUPARD
doctorante au laboratoire LIS Rattaché à l’École Doctorale 548 « Mer & Sciences »
Sous la direction de Monsieur Hervé GLOTIN, Professeur, Université de Toulon (France)

et

M. Thierry SORIANO, Professeur, Université de Toulon (France), Co-directeur de thèse

Co encadrée par M. Thierry LENGAGNE, Chargé de Recherche-HDR, CNRS, Université Lyon I

soutiendra sa thèse en vue de l’obtention du Grade de Docteur

Discipline : « Automatique, Signal, Productique, Robotique »

Spécialité : « Bioacoustique »

sur le thème

Contributions en Méthodes Bioacoustiques Multi-échelles : Spécifiques, Populationnelles, Individuelles et Comportementales
 

mercredi 09 décembre 2020 à 16h00

en visioconférence dont le lien de connexion est accessible sur demande
auprès du directeur de thèse glotin@univ-tln.fr 

devant un jury composé de

 

  • M. Yvan SIMARD, DR Ins. Sciences de la Mer, Rimouski, Univ. Québec, Canada, Rapporteur
  • Mme Clémentine VIGNAL, Pr. Ins. Ecologie & Sciences de l’Environnement de Paris, CNRS, Univ. Sorbonne, Rapporteur
  • Mme Renata SOUSA-LIMA, Pr. Lab. of Bioacoustics, Univ. Rio Grande do Norte, Brésil, Examinatrice
  • Mme Aurélie CELERIER, MC HDR Centre Ecologie Fonctionnelle & Evolutive, CNRS, Univ.
    Montpellier II, Examinatrice
  • M. Gianni PAVAN, Pr. Cent. Interdisci. Bioacustica & Ricerche Ambientali, Univ. Pavia, Italie, Examinatrice
  • M. Hervé GLOTIN, Pr. Lab. Informatique & Systèmes, CNRS, Univ. Toulon, Directeur de thèse
  • M. Thierry SORIANO, Pr. Lab. Conception Systèmes Mécaniques & Robotiques, Univ. Toulon, co-directeur de thèse
  • M. Thierry LENGAGNE, CR HDR Lab. Ecologie des Hydrosystèmes Naturels & Anthropisés, CNRS, Univ. Lyon I, co-encadrant de thèse
  • Mme Anne-Laure BEDU, Responsable de la Société Biosong, Invitée

Résumé

L’objectif de cette thèse est d’apporter différentes contributions méthodologiques en bioacoustique pour l’étude de la faune. En effet, la bioacoustique est une science récente, pluridisciplinaire et très efficace pour étudier et classifier un écosystème. Beaucoup d’études ont mis au point des procédés acoustiques pour étudier la faune à des échelles spécifiques, populationnelles, individuelles et comportementales.
Ce travail de thèse propose d’étudier différents cas d’études présents dans ces quatre échelles d’analyses.
L’objectif de cette thèse est de mettre en place des outils depuis la pose du matériel d’acquisition jusqu’à l’analyse des données pour l’ensemble des échelles présentées, de les discuter et de les mettre en perspective. La bioacoustique spécifique est illustrée ici par la classification automatique d’Orques, de Cachalots et d’oiseaux. Pour la bioacoustique populationnelle, la classification acoustique de clans d’Orques est étudiée. Puis l’échelle d’analyse s’affine et étudie les émissions sonores individuelles. Pour cela 3 cas d’études sont utilisés : la localisation individuelle d’Orques, de Cachalots et d’oiseaux. La dernière échelle est appelée bioacoustique comportementale, elle a pour but de mettre en corrélation des comportements avec des émissions acoustiques. Pour cela, l’influence du trafic maritime sur les Dauphins tachetés pantropicaux et l’impact de stimuli chimiques chez la Baleine à bosse est étudié.
Nous avons volontairement fait le choix de sélectionner différentes espèces produisant des types de signaux bien différents (stationnaires vs transitoires) évoluant dans des milieux différents (marins vs terrestres) afin d’homogénéiser les méthodes d’analyses pour faciliter le développement de nouvelles études en bioacoustique. Chaque cas d’étude présente des résultats intéressants en terme de bioacoustique et d’écologie comportementale. Ces résultats sont comparés avec la bibliographie. Puis, les résultats de chaque cas d’étude permettent de valider les méthodes proposées dans cette thèse. Les apports méthodologiques de cette thèse sont synthétisés, comparés et discutés, notamment l’impact des signaux stationnaires et transitoires, des milieux (marin et terrestre) sur la mise en place des méthodes. Les méthodes supervisées et non supervisées sont mises en comparaison. Les méthodes proposées ont été testées et validées sur certains protocoles de données massives (plusieurs dizaines de Tera).
En conclusion, cette thèse montre que les méthodes supervisées (notamment le Deep Learning) étaient très bien adaptées pour la classification de signaux stationnaires en bioacoustique spécifique et populationnelle pour le milieu terrestre et marins. Puis les méthodes non supervisées (clustering et réduction de dimensionnalité) peuvent être utilisées dans le cadre des études en bioacoustique comportementale pour identifier les signaux d’intérêt. Enfin, la bioacoustique individuelle peut se traduire par des méthodes de localisation comme l’estimation du temps de délais d’arrivée inter-capteur, réalisable pour les signaux transitoires, et plus complexe pour les signaux stationnaires.

Mots-clés : Bioacoustique, Masse de données, Espèce, Population, Individu, Localisation, apprentissage supervisé et non supervisé.

Abstract

The objective of this thesis is to make different methodological contributions in bioacoustics for the study of fauna. Bioacoustics is a recent multidisciplinary science and is very effective for studying and classifying an ecosystem. Many past studies have developed acoustical methods to analyze wildlife across (1) specific, (2) populational, (3) individual and (4) behavioral scales. The research presented in this thesis aims to study different case methods in the four scales of analysis listed above while also setting up tools from the setup of the acquisition material to the analysis of the data for all the aforementioned scales, and finally the discussion of the studies and putting them into perspective. In this study, (1) specific bioacoustics were illustrated by the automatic classification of orcas, sperm whales, and birds. The acoustic classification of orca clans were studied for (2) population analysis. Then the scale was refined and (3) individual acoustic emissions were studied through three different case studies : the individual locations of orcas, sperm whales, and birds. The last scale evaluated was (4) behavioral bioacoustics which aimed to correlate behaviors with acoustic emissions. In order to correlate certain behaviors with acoustic emissions, the influence of maritime traffic on pantropical spotted dolphins and the impact of chemical stimuli in humpbacks were evaluated and recorded. We deliberately chose to select a diverse pool of species that would produce a variety of different signals (stationary vs. transient) and had evolved in different nvironments (marine vs. terrestrial). This allows us to standardize analysis methods in order to facilitate the development of new studies in bioacoustics. Each case study showed interesting results in terms of bioacoustics and behavioral ecology. These results were compared with past studies which can be found in the bibliography. The results of each case study validated the methods proposed in this thesis. In particular, our study yielded excellent results in the evaluation of bird songs and is now a sound-recognition application available on any type of mobile phone, making it easy to identify bird species. The methodological contributions of this thesis, specifically the difference between stationary and transient signals and those of marine or terrestrial evolution, were synthesized, compared, and discussed. Supervised and unsupervised methods were also compared. These proposed methods have been tested and validated using massive data (several tens of Tera), which are unique. In conclusion, this thesis shows that supervised methods, in particular Deep Learning, are very well suited for the classification of stationary signals in specific and population-based ioacoustics for the terrestrial and marine environment. We also derived that unsupervised methods such as clustering and reduction of dimensionality, can be used within the framework of behavioral bioacoustics to identify signals of interest. Finally, individual bioacoustics can be translated into localization methods such as estimating the inter-sensor delay time which is feasible for transient signals and more complex for stationary signals.

Keywords : Bioacoustics, Big data, Species, Populations, Individuals, localization, Unsupervised and Supervised Learning.

 

20-11-2020 : Lancement du projet Région PACA sur les interactions entre drone et plongeur (DPII)

DPII, c’est parti !

Nous avons le plaisir de vous annoncer le lancement du projet Région PACA DPII.

Ce projet pluridisciplinaire durera 3 ans. Il est co-financé oar la société Notiloplus, la région PACA et l’Université de Toulon. Il est porté par le pole INPS de l’université de Toulon.

Nous espérons qu’il permette de fédérer de nombreux partenaires locaux et génère une dynamique recherche autour de ses thématiques . 

Description du projet

Emboîtant le pas à leurs homologues aériens, les drones sous-marins sont maintenant disponibles pour le grand public à des coûts abordables. Parmi eux, le robot autonome IBubble de la société NOTILO PLUS a fait une percée technologique majeure en développant un nouveau mode de téléopération sous-marine : le plongeur est équipé d’une télécommande qui permet au drone de le localiser et qui lui permet de modifier le mode de fonctionnement du drone en cours de plongée. Ce mode d’interaction inédit a jeté les prémices d’une coopération entre le drone et le plongeur qu’il suit. 

Cependant, l’interaction reste limitée à une relation maître-esclave, réduite à sélectionner un comportement parmi une liste préenregistrée. Dans ce projet, nous proposons de faire évoluer cette relation maitre-esclave en intégrant le robot plus étroitement dans la palanquée. Cette émancipation du robot sera obtenue en lui donnant des moyens sensoriels performants, des capacités cognitives adaptées, et en lui conférant un pouvoir de décision suffisant pour interpréter l’attitude des plongeurs et repérer des situations problématiques, ou simplement les assister plus efficacement. 

Le projet DPII s’articule autour de 3 questions :  

  1. Existe t il des critères objectifs d’une situation accidentogène ? 
  2. Comment rendre bidirectionnelle et intuitive la communication drone-plongeur ? 
  3. La présence du drone modifie le comportement des plongeurs ?