Les exigences en termes de précision et de rapidité des machines-outils utilisées pour l'usinage Très Grande Vitesse, ou des machines de transfert de charges rapides, nécessitent une modélisation dynamique fine de ces machines afin d'améliorer la qualité de leur simulation dans le but de prédire leurs performances, d'améliorer leur conception ou leur commande. Ainsi les travaux présentés dans ce mémoire s'articulent autour de quatre thèmes :i) le dévelopement d'un modèle dynamique pour les structures mécaniques à flexibilités localisées ii) l'identification des paramètres dynamiques de ce modèle iii) la stratégie de réglage d'une commande numérique à structure imposée et iv) la simulation d'axes de machines munis de leur commande numérique

Les robots industriels représentent un moyen de production sophistiqués pour l'industrie manufacturière d'aujourd'hui. Ces manipulateurs sont plus agiles, plus flexibles et moins coûteux que les machines-outils spécialisées. L'exploitation de ces avantages fait l'objet d'une demande croissante de l'industrie. La dynamique de ces manipulateurs est soumise à des nombreuses sources d'imprécision. En effet les défauts de la chaîne de transmission, ou encore les éléments de liaisons peuvent être le siège de déformations et de vibrations dégradant sensiblement leur précision. Ces phénomènes physiques sont d'autant plus difficiles à compenser que seul un sous ensemble des états du système est mesuré par les codeurs moteurs. La structure de commande industrielle actuelle d'un robot n'agit donc pas directement sur ces phénomènes. Il est nécessaire alors de progresser sur le front de l'amélioration de la précision par l'adaptation de la commande à ces nouvelles exigences. Un état de l'art met en évidence un manque de travaux qui traitent de l'élaboration d'anticipations adaptées aux axes d'un robot et intégrant les phénomènes de déformation. En outre, la planification de trajectoire n'est classiquement pas remise en cause et peu évoquée. Elle représente pourtant un moyen d'action éprouvé afin d'améliorer les performances dynamiques en suivi de profil. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une exploitation d'un modèle dynamique représentatif et détaillé. Il intègre les principaux phénomènes physiques mis en évidence tels que les effets de la gravité, les systèmes mécaniques de compensation, les forces de frottement et la flexibilité articulaire. Cette modélisation associée à des méthodes d'identification expérimentale est exploitée afin de déduire une structure de commande. Elle permet la réduction des déformations élastiques et des vibrations par une action sur la précommande et sur la loi de mouvement adaptée. Ainsi, nous introduisons une méthode d'estimation non asymptotique appliquée en robotique, afin d'estimer rapidement les paramètres vibratoires de ce dernier et contribue à une réactualisation des modèles exploités. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement par rapport à la commande industrielle.

Le travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet GOLEM et de la manipulation parallèle robotisée d'objets de taille submillimétrique. L'un des enjeux majeurs de cette échelle est de développer des nouvelles méthodes de manipulation parallèle pour réussir à assembler des objets de quelques centaines de micromètres avec un haut cadencement. A cette échelle, la robotique série est limitée par la fréquence et les phénomènes physiques mis en jeu. Il faut donc trouver de nouvelles solutions dédiées à ces échelles.Pour résoudre ce verrou scientifique, ce travail de thèse propose une approche originale autour d'un moyen opto-fluidique, en utilisant particulièrement un effet de fluide convectif appelé l'effet Marangoni. Cet effet est analysé, une plate-forme expérimentale est entièrement construite pour montrer son intérêt pour manipuler à haute vitesse des objets de différentes formes et de tailles et enfin l'automatisation du processus de manipulation est démontrée pour prouver que cette technique est entièrement parallélisable.Le premier chapitre s'attache à définir les différentes méthodes de manipulation sans contact, la manipulation par champ électrique, les pinces optiques, le mouillage électrique, la lévitation acoustique et finalement la manipulation à partir de mouvements thermiques d'un fluide Toutes ces méthodes sont comparées pour montrer que la méthode par convection thermique apparaît comme une solution prometteuse pour la manipulation sans contact parallèle d'objets de taille mésoscopique.Le second chapitre aborde la modélisation de ces effets et la mise en évidence de leurs propriétés multi-physiques au travers de simulations par éléments finis. En particulier, un rappel détaillé est proposé des différents modèles de mécanique des fluides et leur application à l'échelle microscopique c'est à dire à bas Reynolds est détaillée. Ensuite, la convection naturelle sur un problème simplifié et borné est analysée. De nombreuses simulations sont proposées et des comparaisons expérimentales sont données. Finalement, le problème de la convection fluidique est abordé pour montrer son intérêt dans le cadre de notre étude. Ainsi, les différents paramètres (hauteur et volume du liquide, propriétés du liquide, puissance convective, taille des objets) sont étudiés pour la conception optimale d'une plate-forme de micromanipulation sans contact.Le troisième chapitre s'intéresse à la conception de cette plate-forme robotisée. Il décrit les différents éléments composant cette dernière, le microscope optique, le laser et ses particularités, le scanner pour le déplacement du laser et les différents éléments de contrôle du système. De nombreux tests manuels sont alors proposés pour montrer le bien fondé de notre approche. En particulier, l'utilisation d'une caméra haute définition, sa calibration pour déterminer la relation image/déplacement cartésien et d'une analyse des données permet d'estimer les paramètres optimaux pour des vitesses de déplacement micro-objets de différentes tailles. De même, les efforts engendrés sont analysés à partir du principe fondamental et de la mesure de l'accélération instantanée des objets mis en mouvement. Des résultats prometteurs sont ainsi déterminés.Le quatrième chapitre s'intéresse à la robotisation et plus particulièrement à l'automatisation du processus de manipulation. A partir de différentes positions désirées, il s'agit de monter qu'un système totalement automatisé peut déplacement différents micro-objets, en parallèle, d'un point à un autre. Il s'agit de aussi démonter que ce phénomène physique peut être contrôlé de façon fine par un scanner et qu'il peut être utilisé pour engendrer des déplacements sur plusieurs. La problématique du temps réel et de la fréquence d'échantillonnage du système est ainsi abordée. Des outils sont développés et permettent de détecter des objets avec une rapidité et une résolution suffisante. Ce modèle est ensuite utilisé pour monter que le système est capable de suivre des objets de différentes tailles. Enfin, un exemple de parallélisme unique à cette échelle montre l'originalité et l'apport de ce travail.De nombreuses perspectives sont ouvertes par exemple en étudiant plus précisément la physique de la convection fluide, en s'intéressant à un scanner à fréquence propre beaucoup plus élevée pour intégrer des déplacements sur des populations plus élevées d'objets et finalement en s'intéressant à la vison ultra rapide biomimétique.Cette thèse ouvre une porte nouvelle sur la manipulation indirecte parallèle à haute vitesse d'objets mésoscopiques de différentes formes géométriques.