Le sujet principal de cette thèse est l’étude des robots aériens autonomes interagissant avec l’environnement. Plus précisement, ce travail porte sur la conception de nouvelles méthodes de commande et de planification de mouvement pour ces robots. De nos jours, les véhicules aériens autonomes sont de plus en plus utilisés dans de nombreux domaines d’application, mais le plus souvent comme des senseurs mobiles autonomes, cantonnés à l’acquisition de données sur l’environnement. Le défi majeur dans le domaine de l’interaction physique aérienne, est donc aujourd’hui d’aller au-delà de cette application limitée et d’exploiter entièrement les capacités des robots aériens pour qu’ils puissent réellement interagir avec l’environnement (par exemple avec un échange de forces pour pousser, tirer et manipuler des objets). Néanmoins, vue la nature différente des problèmes liés à l’interaction physique aérienne, de nouvelles méthodes de commande sont nécessaires. Elles doivent assurer la stabilité du système pendant l’interaction, mais aussi être robustes visa- vis de perturbations externes, permettant finalement au robot d’assurer la tâche qui lui est assignée. De ce fait, ingénieurs et chercheurs doivent faire face à de nouveaux défis en raison de la grande complexité des manipulateurs aériens, comme par exemple le grand nombre de degrés de liberté, les fortes non-linéarités et les limitations des actionneurs. En outre, les trajectoires des robots aériens doivent être soigneusement calculées en utilisant des techniques de planification des mouvements, afin d’exécuter la tâche souhaitée de façon sûre, en évitant les obstacles et en tenant compte de la dynamique du système et ses limites d’actionnement. Pour atteindre les objectifs précédemment mentionnés, cette thèse considère l’analyse d’une classe spécifique de systèmes aériens interagissant avec l’environnement : les véhicules aériens attachés avec des câbles ou des barres. L’étude de ces systèmes particuliers, qui englobent tous les défis du problème général, aide à acquérir les connaissances et l’expertise pour le développement de méthodes plus générales qui pourront être appliquées à l’interaction physique aérienne. Ce travail se concentre sur l’analyse formelle et minutieuse des véhicules aériens attachés, de la commande et de l’estimation d’état à la planification du mouvement. Nous avons notamment étudié les propriétés de platitude différentielle, trouvant deux sorties plates possibles qui révèlent de nouvelles capacités de tel systèmes. La première sortie plate contient la position du véhicule et la force interne du lien, tandis que la deuxième contient la position et une variable liée à l’attitude du véhicule. Ceci montre de nouvelles capacités de commande et d’interaction physiques, différentes de celles des robots aériens en vol libre. Sur la base de ces résultats, nous avons conçu deux types de contrôleurs. Le premier est un contrôleur basé sur une approche hiérarchique facile à implémenter. Il est performant dans des conditions quasi-statiques, mais présente une augmentation de l’erreur de suivi lorsqu’il suit une trajectoire dynamique. Pour faire face au problème de suivi nous avons donc conçu un deuxième contrôleur plus adapté, basé sur la technique de linéarisation dynamique du feedback. Deux observateurs, respectivement pour les environnements 3D et 2D, ont été conçus afin de fermer la boucle de commande avec une configuration sensorielle minimale. Nous avons montré que le lien physique permet d’obtenir une estimation de l’état du système en utilisant seulement un IMU(centrale inertielle) et trois encodeurs pour le cas 3D, tandis que, pour le cas 2D, il suffit d’un IMU. Une partie de ces résultats ont été étendus à un système multi-robot composé par deux robots aériens liés au sol et entre eux. Les résultats théoriques sur les véhicules aériens attachés par des câbles ou des barres ont été ensuite employés pour résoudre le problème pratique de l’atterrissage et du décollage sur/de une surface inclinée, en améliorant la robustesse et la fiabilité de ces manoeuvres par rapport aux conditions en vol libre. En plus, motivé par l’intérêt pour l’interaction physique aérienne de A à Z, nous avons abordé des problèmes supplémentaires : i) Conception de nouveaux véhicules aériens avec poussée omnidirectionelle qui se révèlent plus adaptés à l’interaction physique : nous avons proposé un algorithme pour obtenir un design optimal présentant des propriétés équivalentes de poussée omnidirectionnelle en utilisant seulement des propulseurs unidirectionnels fixes. Nous avons aussi conçu un contrôleur pour ces véhicules qui intègre l’unidirectionnalité des propulseurs ; ii) la manipulation d’une charge suspendue par des câbles : nous avons proposé une stratégie de contrôle sans aucune communication explicite entre les robots, qui garantit la stabilité et la passivité du système ; iii) La commande de manipulateurs aériens à poussée unidirectionnelle : nous avons proposé un contrôleur décentralisé basé sur la platitude différentielle pour un manipulateur aérien à poussée unidirectionnelle et protocentric équipé d’un certain nombre de bras articulés ; iv) Planification du mouvement pour des manipulateurs aériens : nous avons proposé un planificateur ‘control-aware’ du mouvement basé sur le paradigme d’unification de la commande et de la planification, pour des manipulateurs aériens interagissant avec l’environnement ; v) tâches de ’push-and-slide’ avec des manipulateurs aériens : pour un manipulateur aérien redondant basé sur un véhicule aérien à poussée multidirectionelle, nous avons développé un contrôleur qui, en combinaison avec le planificateur de mouvement cité précédemment, permet d’effectuer des opérations ‘pushand- slide’. Comme résultat de la conception mécanique optimale du contrôleur et du planificateur de mouvement, le système aérien a été intégré avec un capteur afin de réaliser une inspection réelle d’un tuyau métallique.