Le sujet principal de cette thèse est l’étude des propriétés d’actionnement des Véhicules Aériens (VA), et leurs force/moment réalisables et leurs capacités utiles qui en découlent. Le domaine de la robotique a connu une grande expansion au cours de la dernière décennie, avec un accent particulier sur les VA. Ces véhicules, qui étaient autrefois utilisés à des fins militaires, sont maintenant de plus en plus utilisés pour des tâches civiles telles que les courses de loisir, la photographie, la lutte contre les incendies, l’inspection et la surveillance, la recherche et le sauvetage et, plus récemment, la manipulation physique. Avec l’expansion des tâches assignées, de nouvelles conceptions ont commencé à émerger, tentant d’étendre les capacités de ces véhicules au-delà de ce qui était initialement possible avec des véhicules ailés. En tant que tels, de nouveaux véhicules ont commencé à émerger au-delà de la conception classique du quadrotor, où chaque groupe utilise une gamme de techniques pour étendre les capacités de la plate-forme, telles que l’inclinaison active des hélices en vol pour changer la direction de poussée de la plate-forme, l’inclinaison des hélices de la plate-forme pour obtenir un actionnement complet, ou encore optimiser le placement et l’orientation de l’hélice pour obtenir un vol omnidirectionnel. Avec la vaste littérature englobant différentes conceptions, il était inévitable que chaque groupe de conceptions suive une nomenclature et un cadre de conception spécialisés. Bien que cette approche ait contribué à l’avancement de ces conceptions, elle rend la comparaison des capacités de différentes conceptions une tâche difficile. De plus, alors que chaque conception est démontrée capable des tâches pour lesquelles elle a été conçue, il serait intéressant de définir un ensemble de capacités de base qui pourraient fournir une idée claire des applications possibles d’une plate-forme. Contrairement aux plates-formes à voilure fixe, les VA sont utilisés pour leur capacité à flotter sur place, c’est-à-dire à stabiliser leur position autour d’une position souhaitée sur une période de temps. A partir de cette configuration, une plate-forme doit avoir la possibilité de se déplacer ensuite en suivant une trajectoire souhaitée. Bien que ces deux capacités aient été discutées en profondeur dans la littérature de manière implicite et explicite, nous pensons que les conditions pour qu’une plate-forme flotte ont été discutées soit théoriquement, soit dérivées pour des plates-formes spécifiques. Cependant, un cadre numérique général permettant l’analyse de cette capacité n’a jamais été introduit. De même pour la capacité d’une plate-forme à voler de manière omnidirectionnelle : alors que le comportement souhaité d’une plate-forme omnidirectionnelle est intuitivement compris et que les conditions pour atteindre cette capacité ont été discutées dans la littérature, ces conditions ignorent généralement les limites d’actionnement de la plate-forme et nécessitent une analyse au cas par cas de la capacité de la plateforme. D’un autre point de vue, les VA sont généralement équipés d’un ensemble de capteurs qui permettent à ces véhicules de détecter leur environnement et d’estimer leur état. Ces capteurs sont à l’origine de l’intelligence associée à ces plateformes, et qui leur permet de naviguer de manière autonome. L’un de ces capteurs, devenu crucial pour les VA moderne, est l’Unité de Mesure Inertielle (UMI). Le UMI fournit des mesures d’accélération, de vitesse angulaire et éventuellement de magnétomètre. Ces mesures sont cruciales pour l’estimation de l’état de la plate-forme en vol intérieur ou extérieur. En plus de l’estimation d’état, de nouveaux techniques de contrôle ont émergé au cours des dernières années qui tentent de beneficier de la fréquence élevée de ces mesures pour piloter un quadrotor de manière robuste. Bien que ces contrôleurs aient permis aux quadrotors d’atteindre des performances intéressantes, ils reposent toujours sur des mesures à haute fréquence des vitesses des hélices et filtrent les mesures d’UMI avec des filtres moins qu’optimaux. En tant que tel, et suite à l’introduction ci-dessus, cette thèse tente de fournir une pléthore de contributions à la fois dans la perspective de conception et de contrôle des véhicules aériens multi-rotors comme suit : i) Modélisation : fournir une définition unifiée qui pourrait décrire tout véhicule aérien multi-rotors, en plus d’une définition formelle des capacités de base qui pourraient décrire les capacités de ces plates-formes. Passez en revue la majorité des conceptions de véhicules aériens multi-rotors de la littérature, tout en comparant les capacités d’actionnement et les capacités de chacun. ii) Méthodes numériques : introduire une méthode numérique pour analyser la capacité de flottage de n’importe quelle plate-forme, en plus d’une méthode numérique pour analyser la capacité omnidirectionnelle d’une plate-forme. iii) Design : un nouveau prototype omnidirectionnel avec le nombre minimale d’hélices unidirectionnelles et un hexarotor en forme de Y. iv) Trajectory tracking : analyse expérimentale de la capacité de suivi de trajectoire de plates-formes avec différentes capacités d’actionnement. v) UMI : introduction d’un nouveau filtre pour les mesures UMI, et utilisation de ces mesures filtrées dans un contrôleur de retour d’accélération direct. Chacune de ces contributions est couplée à des contributions mineures supplémentaires, laissées au lecteur curieux à trouver. Enfin, chacune des contributions théoriques présentées dans cette thèse est couplée à une vaste campagne expérimentale qui démontre les hypothèses énoncées.