Dissertationen zum Thema „Multi-connectivité“

Des avancées scientifiques sont nécessaires pour limiter l’impact qu’exerce l’urbanisation croissante sur l’environnement et comprendre le fonctionnement de la biodiversité urbaine. Dans cette thèse, nous avons analysé les effets à différentes échelles spatiales sur les patrons d’organisation de plusieurs taxons appartenant à la faune épigée, suivant trois axes : (1) étudier les communautés à l’échelle d’une grande agglomération, (2) étudier l’effet des corridors sur la dispersion et (3) modéliser la dispersion. Nous avons mis en évidence un effet majeur de l’urbanisation des paysages sur les communautés, plus important pour les espèces forestières qui sont remplacées par des espèces plus généralistes. Les corridors, en favorisant la dispersion permettent, pour partie, d’y remédier. Ces résultats ont été confirmés par le modèle de dispersion. Ces résultats ouvrent des perspectives dans la spatialisation du fonctionnement des communautés
Scientific insights are needed to limit the negative effects of urbanization and improve urban biodiversity. Thus, we analysed the effects of landscape on several ground –dwelling communities (multi taxa approach). We organized our research following three main axis: (1) response along an urbanization gradient, (2) the effect of corridors on the dispersal among urban landscapes and (3) simulation of the corridor effect using an individual based model (IBM). We observed strong and negative effects of the urbanized landscapes, stronger for forest specialist species which are replaced by more generalist species along the gradient. We highlighted a positive effect of corridors with some differences between taxa that could be explained by variation in their dispersal capabilities, confirmed by the model. The IBM has confirmed these results. This study opens new doors on the spatial configuration of local communities within the landscapes

Depuis quelques années, les études de l’organisation de l’activité cérébrale au repos se sont appuyées sur des méthodes utilisant la connectivité fonctionnelle. Celles-ci ont permis d’analyser l’organisation fonctionnelle cérébrale, en particulier à partir de données obtenues en imagerie par résonnance magnétique. Une importante hypothèse a e��té émise quant à l’organisation modulaire à différentes échelles spatiales et temporelles de l’activité cérébrale au repos formant ainsi un système complexe. Pour tester cette hypothèse sur une cohorte de 300 sujets, nous avons développé une méthode originale d’analyse de la connectivité fonctionnelle. Cette méthode basée sur l’analyse en composantes indépendantes des données d’IRM fonctionnelle de repos de chaque sujet a permis de décrire l’organisation cérébrale sous forme de 34 réseaux constitués d’aires corticales hyper-synchronisées. De cette description, il a été déduit une hiérarchie fonctionnelle à plus grande échelle spatiale sous forme de 5 modules et de 2 systèmes cérébraux. Les différents niveaux d’organisation montrent des interactions fonctionnelles spécifiques et nous avons pu mettre en évidence une relation entre les synchronisations de l’activité cérébrale et les processus mentaux spontanés des sujets. Ainsi, nos travaux ont permis de mettre en évidence une hiérarchie spatiale de l’organisation fonctionnelle cérébrale au repos dont les modulations de connectivité reflètent, au moins en partie, le contenu des pensées spontanées pendant cet état
In recent years, studies of brain activity at rest have gained importance thanks to the emergence of functional connectivity methods. Functional connectivity-based analysis is an emerging technique for human brain mapping, specifically applied to data obtained by functional magnetic resonance imaging. It has been proposed that the brain at rest show a specific complex modular organization. Indeed, a modular organization of functional connectivity is observed at different spatial and temporal scales. In order to test this hypothesis, we developed a method for the estimation of resting-state functional networks in a large population of 300 subjects. Based on independent component analysis, this method allowed us to uncover 34 resting-state networks covering the entire cerebral cortex. In addition, inter-network synchronization, at a larger spatial scale, shows a hierarchical organization and highlights two major brain systems including five functional modules. The different levels of organization show specific functional interactions and we demonstrate a relationship between the synchronization of brain activity at rest and the spontaneous mental processes of subjects during this state. In conclusion, our studies highlight a spatial hierarchy of the functional organization of the brain at rest whose connectivity modulations reflect, in part, the content of spontaneous thoughts during this state

Durant les dernières décennies, l'IRM fonctionnelle a permis de cartographier les différentes fonctions cérébrales et, plus récemment, d'identifier les réseaux fonctionnels qui décrivent les interactions qui peuvent s'établir entre régions cérébrales, proches ou distantes, lors de l'exécution d'une tâche cognitive. Pour identifier ces réseaux, une stratégie récente repose sur une parcellisation préliminaire du cerveau en régions fonctionnellement homogènes, puis sur l'identification des réseaux fonctionnels significatifs depuis une mesure des interactions entre l'ensemble des régions. Ainsi, la première partie de cette thèse propose une nouvelle méthode de parcellisation du cerveau en régions fonctionnellement homogènes. La méthode proposée est exploratoire et multi-niveaux : elle fournit plusieurs niveaux de parcellisation, et nous avons montré que les régions définies par notre méthode se superposent de manière satisfaisante aux structures anatomiques du cortex. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons proposé une méthode originale d'identification des réseaux fonctionnels. L'approche développée permet la significativité des réseaux étant donné leur taille et le seuil utilisé pour leur détection. Une telle approche permet de détecter des réseaux de faible taille qui impliquent des liens très significatifs, et également des réseaux plus grands impliquant des liens moins significatifs. Enfin, nous avons développé une approche permettant de classer les réseaux obtenus, de manière à réaliser une étude de groupe. L'information disponible sur l'ensemble des sujets permet alors de définir des classes qui synthétisent les caractéristiques des réseaux les plus partagés au sein d'une population de sujets
Over the last decade, functional MRI has emerged as a widely used tool for mapping functions of the brain. More recently, it has been used for identifying networks of cerebral connectivity that represent the interactions between different brain areas. In this context, a recent strategy is based on a preliminary parcellation of the brain into functional regions, and then identifying functional networks from a measurement of interactions between each area. The first part of this thesis describes a novel approach for parcellation that produces regions that are homogeneous at several levels. These regions are shown to be consistent with the anatomical landmarks of the processed subjects. In the second part, we propose a new family of statistics to identify significant networks of functional connectivity. This approach enables the detection of small, strongly-connected networks as well as larger networks that involve weaker interactions. Finally, within a classification framework, we developed a group-level study, producing networks that synthesize characteristics of functional networks across the population under study

La compréhension du fonctionnement cérébral est en constante évolution depuis l’essor des neurosciences.Les nouvelles modalités d’imagerie ont permis de mettre en évidence une architecture de notre cerveau en réseaux complexes. Mon travail a pour but de développer une méthode mettant en évidence les réseaux les plus représentatifs d’un groupe de sujet en IRM fonctionnelle.Dans un premier temps, j’ai développé une méthode de réduction des données basées sur le clustering.J’ai introduit une nouvelle caractérisation de l’information fonctionnelle par le profil de connectivité.Celui-ci permet de réduire le biais induit par le bruit présent au sein des données d’IRM fonctionnelle.De plus ce profil ne nécessite pas d’a priori sur les données contrairement aux méthodesi nférentielles classiques.Dans un deuxième temps, j’ai développé une méthode qui permet l’identification de réseaux communs sur un groupe de sujets tout en prenant en compte les variabilités spatiales et fonctionnelles inter-sujets. Les réseaux obtenus peuvent ensuite être caractérisés par leur distribution spatiale mais également par les liens de connectivités se manisfestant en leur sein.Cette méthode permet également la comparaison des réseaux de différents groupes de sujets et la mise en évidence de l’implication de réseaux différents en fonction de stimulations différentes ou d’un état pathologique
The comprehension of cerebral operations is in constant evolution since the rise of the neurosciences.New methods of imagery made it possible to highlight an architecture of our brain in complex networks.The purpose of my work is to develop a method to find the most representative networks of a group of subjects in Functional MRI.In the first step, I developed a method to reduce the fMRI data size based on clustering. I introduced a new characterization of functional information by the profile of connectivity. This one makes it possible to reduce the variance induced by the noise present within the data of Functional MRI.Moreover this profile does not require a priori information on the data contrary to the traditional inferential methods.In the second step, I developed a method to identify common networks on a group of subjects while taking into account of spatial and functional inter-subjects variability. The networks obtained can then be characterized by their spatial organization but also by their inner connectivity links.This method also allows the comparison of the networks of various groups of subjects, making it possible to highlight the implications of different networks according to different stimulations or pathological states

Durant les dernières décennies, l'IRM fonctionnelle a permis de cartographier les différentes fonctions cérébrales et, plus récemment, d'identifier les réseaux fonctionnels qui décrivent les interactions qui peuvent s'établir entre régions cérébrales, proches ou distantes, lors de l'exécution d'une tâche cognitive. Pour identifier ces réseaux, une stratégie récente repose sur une parcellisation préliminaire du cerveau en régions fonctionnellement homogènes, puis sur l'identification des réseaux fonctionnels significatifs depuis une mesure des interactions entre l'ensemble des régions. Ainsi, la première partie de cette thèse propose une nouvelle méthode de parcellisation du cerveau en régions fonctionnellement homogènes. La méthode proposée est exploratoire et multi-niveaux : elle fournit plusieurs niveaux de parcellisation, et nous avons montré que les régions définies par notre méthode se superposent de manière satisfaisante aux structures anatomiques du cortex. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons proposé une méthode originale d'identification des réseaux fonctionnels. L'approche développée permet la significativité des réseaux étant donné leur taille et le seuil utilisé pour leur détection. Une telle approche permet de détecter des réseaux de faible taille qui impliquent des liens très significatifs, et également des réseaux plus grands impliquant des liens moins significatifs. Enfin, nous avons développé une approche permettant de classer les réseaux obtenus, de manière à réaliser une étude de groupe. L'information disponible sur l'ensemble des sujets permet alors de définir des classes qui synthétisent les caractéristiques des réseaux les plus partagés au sein d'une population de sujets.

Face à la complexité des tâches à faire réaliser par un système multi-robots, l’approche la plus communément adoptée consiste à « diviser pour régner ». Il s’agit de décomposer la tâche complexe en sous-tâches, puis chacune de ces sous-tâches en sous-sous-tâches. Ce processus est répété jusqu’à arriver à des tâches élémentaires, qui peuvent être réalisées par des robots individuels. Cette démarche bien que séduisante à prime abord, présente l’inconvénient de ne pas être toujours facile à mettre en œuvre. En effet, dans la majorité des travaux existants, la décomposition d’une tâche complexe en tâches élémentaires est effectuée de manière plutôt ad hoc et liée au système robotique cible. Cela constitue en effet, un frein à la réutilisation du résultat de la décomposition – tant au niveau logiciel qu’au niveau logique – avec d’autres systèmes robotiques. Dans cette thèse, nous proposons une solution qui permet à n’importe quelle collection de robots hétérogènes de s’organiser en équipes et sous-équipes et ce, en fonction à la fois des exigences de la tâche à réaliser, des robots disponibles et de leurs ressources. Notre approche basée sur la décomposition d’une tâche complexe en rôles, sépare les préoccupations du niveau de conception et du ni- veau d’implémentation. Ainsi, une même solution logique peut être (ré)utilisée sur des systèmes multi-robots avec des capacités variées. Une fois la tâche dé- composée en rôles, nous sommes confrontés à un problème bien connu et encore non résolu : le problème général d’affectation optimale de rôles aux robots de manière efficace. Face à ce problème NP-difficile, nous proposons des heuris- tiques basées sur le protocole Contract-Net pour affecter les rôles aux robots afin de former des coalitions. Chaque coalition se compose de robots coopérant de manière étroite pour effectuer une tâche unique. L’affectation de rôles aux robots, ainsi que la coopération de ces derniers re- quièrt que les robots puissent communiquer de manière fréquente. Or, la connec- tivité du réseau de robots est un pré-requis de la communication. Nous propo- sons une solution originale à ce problème basée sur notre concept de « sensi- bilité à la connectivité ». Il s’agit de doter chaque robot d’une connaissance de la structure du réseau. Nous montrons qu’une connaissance partielle et locale à chaque robot, peut être exploitée pour maintenir la connectivité du réseau de manière distribuée et robuste. Chaque robot peut ainsi planifier localement ses déplacements sans mettre en péril la connectivité du réseau global. En effet, cette connaissance locale que représente la sensibilité à la connectivité peut être ex- ploitée pour déterminer les nœuds (robots) et les connexions critiques du réseau de robots
Given the complexity of the tasks to be undertaken by a multi-robot system, the approach most commonly adopted is to “divide and conquer”. It is to decompose the complex task into subtasks, then each of these sub-tasks into sub-sub-tasks. This process is repeated until we reach basic tasks that can be made by individual robots. This approach, although attractive at first glance, has the disadvantage of not always be easy to implement. Indeed, in the majority of existing work, the decomposition of a complex task into elementary tasks is performed in a rather ad hoc and dependent upon the target robot system. This is indeed a barrier to reuse the result of the decomposition – both software to the logic level with other robotic systems. In this thesis, we propose a solution that allows any collection of heteroge- neous robots to organize themselves into teams and sub-teams and this, accor- ding to both the requirements of the task at hand, robots available and resources. Our approach based on the decomposition of a complex task roles, separates the concerns of the design and implementation level. Thus, one logical solution may be (re)used on multi-robot systems with varying abilities. Once the task is decomposed into roles, we are facing a well-known, yet unresolved problem : the general problem of assignment of roles to robots effectively. Faced with this problem NP-hard, we propose heuristics based on the Contract-Net protocol to assign roles to the robots to form coalitions. Each coalition is composed of robots cooperating tightly to perform a single task. Assigning roles to robots, as well as the cooperation of the latter requires that the robots must be able to communicate frequently. As a result, the network connectivity of robots is a prerequisite for communication. We propose a novel solution to this problem based on our concept of “connectivity awareness”. It is about equipping each robot with an knowledge of the network structure. We show that a partial and local knowledge in each robot can be exploited for main- taining network connectivity in the robust distributed manner. Each robot can plan its own move locally without jeopardizing the overall network connectivity. Indeed, this local knowledge that is the connectivity awareness can be exploi- ted so that each robot can determine whether the global network connectivity is robust to the its own network connectivity failure or not

Ces travaux de thèse portent sur l’application de l’imagerie fonctionnelle ultrasonore à des nouvelles techniques d’imagerie préclinique chez le rongeur. L'imagerie fonctionnelle ultrasonore (fUS) est une modalité d’imagerie cérébrale qui se base sur l’imagerie Doppler. Elle permet d'imager l'activité vasculaire cérébrale avec une très bonne sensibilité grâce à une méthode innovante d’illumination du milieu acoustique. Dans un premier temps, un dispositif a été mis au point pour permettre l’imagerie fonctionnelle transcrânienne chez la souris éveillée, libre de ses mouvements. Nous l’avons appliqué à l’observation de l’altération de la connectivité fonctionnelle induite par un modèle de la maladie d’Alzheimer. L’étude éveillée nous a permis de mesurer des altérations de la connectivité fonctionnelle significatives et dépendantes de la dose administrée. La robustesse de ces mesures a été validée par un classifieur automatisant la distinction des états pathologiques par apprentissage supervisé. En utilisant un nouveau type de scanner échographique et en implémentant des nouvelles séquences d’illumination acoustique codées, nous avons également élargi le champ de vue de l’imagerie fonctionnelle ultrasonore à la troisième dimension. La technologie a permis d’étendre les capacités d’acquisition des ultrasons fonctionnels à l’imagerie fonctionnelle 4D du cerveau entier. Enfin, nous avons appliqué la méthode d’élastographie ultrasonore par onde de cisaillement à l’évaluation de la dureté de zones fonctionnelles dans le cerveau. Ces travaux de thèse ont permis d’étendre les perspectives de l’imagerie fonctionnelle ultrasonore préclinique pour la recherche en neurosciences
This thesis focuses on the application of functional ultrasound imaging for new pre-clinical imaging modalities in rodents. Functional Ultrasound imaging (fUS) is a brain imaging modality based on Doppler imaging which makes possible to image the cerebral vascular activity with a very good sensitivity. As a first step, a new acquisition device was developed to allow transcranial functional imaging in awake, freely moving mice. We applied this device to measure the alteration of functional connectivity induced by a drug model of Alzheimer's disease. The pharmacodynamic study in awake mice allowed us to measure stable and dose dependent alterations in functional connectivity. The study was validated by a classifier automating the distinction of the pathological states using supervised learning. Using a new type of ultrasound scanner, we have also expanded the field of view of fUS imaging to the third dimension. The implemented technology has extended fUS acquisition capabilities to 4D functional. High quality films of the volume cerebral blood dynamics were obtained in rats and showed the feasibility of 4D fUS technology through different functional measurement applications. Finally, we applied the method of supersonic shear wave elastography to the evaluation of the stiffness of functional areas in the brain. We were able to monitor the brain activity by tracking changes in blood volume and at the same time generating shear waves to determine the stiffness of activated functional regions following external stimulations. The work carried out in this thesis has expanded the perspectives of pre-clinical ultrasound functional imaging for neuroscience research

La mise en place des réseaux de continuités écologiques dans les paysages nécessite l'estimation de la connectivité fonctionnelle, particulièrement lorsque ces paysages sont fragmentés par les Infrastructures Linéaires de Transport (ILT). Dans ce contexte, des suivis génétiques et démographiques ont été réalisé sur quatre espèces terrestres dans un paysage fragmenté par six types d'infrastructures en Dordogne, France. Les résultats ont montré qu'une part importante de la variabilité génétique (38 %) est expliquée par les ILT, qui agissent majoritairement comme des barrières à la dispersion. Cependant, les effets des ILT varient fortement d'une espèce à l'autre et peuvent, dans certains cas, agirent comme des éléments favorisant la dispersion. Par ailleurs, l'utilisation conjointe des outils de génétique du paysage et des suivis démographiques montre que selon l'approche utilisée, les résultats peuvent diverger. Ces deux approches devraient donc être davantage utilisées simultanément dans les études paysagères
Implementing networks of ecological continuities requires estimation of functional connectivity in landscapes. Particularly when those landscapes are fragmented by Large-scale Transportation Infrastructures (LTIs). In this context, four terrestrial species were monitored using genetic and demographic surveys across six LTIs in south-western France. The results showed that a significant amount of genetic variability was explained by LTIs (38%), that are mostly acting as dispersal barriers. However, LTI effects are variable depending on the species under study and, in some cases, they can even act as infrastructures enhancing dispersal. Furthermore, the combined use of genetic tools and demographic surveys showed that depending on the selected approach, results might differ. Therefore, these two approaches should be more used simultaneously in landscape surveys

Les réseaux de capteurs sans fil sont déployés pour assurer la surveillance de phénomènes physiques. La précision de l’information recueillie dépend fortement des positions des capteurs déployés. Ces positions doivent satisfaire les exigences de l’application en termes de couverture et de connectivité. Par conséquent, les algorithmes de déploiement sont nécessaires pour déterminer les positions optimales des capteurs. Cette thèse se concentre sur le déploiement de capteurs sans fil, d’une part lorsque ces noeuds sont capables de se positionner de manière autonome, et d’autre part lorsque leur déploiement est assisté par des robots mobiles. Dans les deux cas, ce déploiement doit, non seulement répondre aux exigences de l’application en termes de couverture et connectivité, mais aussi minimiser le nombre de capteurs nécessaires tout en satisfaisant diverses contraintes (e.g. obstacles, énergie, connectivité tolérant les défaillances). Nous avons proposé des algorithmes de déploiement autonome qui évitent les oscillations des noeuds : ADVFA, GDVFA et OA-DVFA pour surveiller des zones 2D et 3D-DVFA pour surveiller un espace 3D. Lorsque le déploiement est assisté par robots mobiles, nous avons proposé deux approches pour optimiser la durée du déploiement. La première se base sur la théorie de jeux pour optimiser la durée des trajectoires de deux robots (TRDS) et la deuxième se base sur l'optimisation multi-objectifs avec un nombre de robots supérieur ou égale à 2 (MRDS). Les objectifs à satisfaire sont : optimiser la durée de la trajectoire la plus longue, équilibrer les durées des trajectoires des robots et minimiser le nombre de robots utilisés, en évitant les obstacles
Wireless sensor networks are deployed to monitor physical phenomena. The accuracy of information collected depends on sensor node positions. These positions must meet the application requirements in terms of coverage and connectivity. Therefore, deployment algorithms are necessary to determine the optimal positions of sensor nodes. This thesis focuses on the deployment of wireless sensor nodes, first when these nodes are autonomous, and secondly when they are static and the deployment is assisted by mobile robots. In both cases, this deployment must not only meet the application requirements in terms of coverage and connectivity, but also minimize the number of sensors needed while satisfying various constraints (e.g. obstacles, energy, fault-tolerant connectivity). We proposed autonomous deployment algorithms that avoid node oscillations: ADVFA, GDVFA and OA-DVFA to monitor 2D areas and 3D-DVFA to monitor a 3D space. In case of a deployment assisted by mobile robots, we proposed two approaches to optimize the deployment duration. The first one is based on game theory to optimize the length of the paths of two robots (TRDS) and the second is based on the multi-objective optimization, with a number of robots greater than or equal to 2 (MRDS). The objectives to be met are: optimizing the duration of the longest tour duration, balancing the durations of the robot tours and minimizing the number of robots used, while bypassing obstacles

Les réseaux de capteurs sans fil sont déployés pour assurer la surveillance de phénomènes physiques. La précision de l’information recueillie dépend fortement des positions des capteurs déployés. Ces positions doivent satisfaire les exigences de l’application en termes de couverture et de connectivité. Par conséquent, les algorithmes de déploiement sont nécessaires pour déterminer les positions optimales des capteurs. Cette thèse se concentre sur le déploiement de capteurs sans fil, d’une part lorsque ces noeuds sont capables de se positionner de manière autonome, et d’autre part lorsque leur déploiement est assisté par des robots mobiles. Dans les deux cas, ce déploiement doit, non seulement répondre aux exigences de l’application en termes de couverture et connectivité, mais aussi minimiser le nombre de capteurs nécessaires tout en satisfaisant diverses contraintes (e.g. obstacles, énergie, connectivité tolérant les défaillances). Nous avons proposé des algorithmes de déploiement autonome qui évitent les oscillations des noeuds : ADVFA, GDVFA et OA-DVFA pour surveiller des zones 2D et 3D-DVFA pour surveiller un espace 3D. Lorsque le déploiement est assisté par robots mobiles, nous avons proposé deux approches pour optimiser la durée du déploiement. La première se base sur la théorie de jeux pour optimiser la durée des trajectoires de deux robots (TRDS) et la deuxième se base sur l'optimisation multi-objectifs avec un nombre de robots supérieur ou égale à 2 (MRDS). Les objectifs à satisfaire sont : optimiser la durée de la trajectoire la plus longue, équilibrer les durées des trajectoires des robots et minimiser le nombre de robots utilisés, en évitant les obstacles
Wireless sensor networks are deployed to monitor physical phenomena. The accuracy of information collected depends on sensor node positions. These positions must meet the application requirements in terms of coverage and connectivity. Therefore, deployment algorithms are necessary to determine the optimal positions of sensor nodes. This thesis focuses on the deployment of wireless sensor nodes, first when these nodes are autonomous, and secondly when they are static and the deployment is assisted by mobile robots. In both cases, this deployment must not only meet the application requirements in terms of coverage and connectivity, but also minimize the number of sensors needed while satisfying various constraints (e.g. obstacles, energy, fault-tolerant connectivity). We proposed autonomous deployment algorithms that avoid node oscillations: ADVFA, GDVFA and OA-DVFA to monitor 2D areas and 3D-DVFA to monitor a 3D space. In case of a deployment assisted by mobile robots, we proposed two approaches to optimize the deployment duration. The first one is based on game theory to optimize the length of the paths of two robots (TRDS) and the second is based on the multi-objective optimization, with a number of robots greater than or equal to 2 (MRDS). The objectives to be met are: optimizing the duration of the longest tour duration, balancing the durations of the robot tours and minimizing the number of robots used, while bypassing obstacles

Le développement dans les micros systèmes électromécaniques (MEMS) combiné avec l'émergence des nouvelles technologies de l'information et de la communication a permis l'intégration des fonctionnalités de collecte, de traitement et de transmission des données dans un seul dispositif minuscule qui est le capteur sans fil. En voie de conséquence, les réseaux composés de ces capteurs offrent aujourd'hui une pléiade d'avantages par rapport aux réseaux traditionnels notamment en termes de simplicité et de coût de déploiement. Ceci a conduit au développement d'une gamme très variée d'applications des réseaux de capteurs sans fil dans les domaines de la santé, de l'environnement, de l'industrie, des infrastructures, des activités spatiales, ou encore des activités militaires et dans plusieurs autres domaines. Cependant, de nouveaux défis surgissent des caractéristiques particulières de ces réseaux. En réalité, de nombreuses applications de ces réseaux sont critiques et exigent qu'un fonctionnement correct du réseau soit maintenu le plus longtemps possible. Par contre, les environnements dans lesquels ces réseaux sont déployés rendent la mission de maintien en condition correcte de ces réseaux très compliquée et même parfois impossible ; d'où la nécessité d'intégrer des mécanismes d'auto-correction qui visent à surmonter les problèmes qui puissent surgir dans le réseau sans intervention humaine. Dans ce contexte, nous avons, dans cette thèse, concentré notre étude sur les techniques et les mécanismes mis en œuvre pour améliorer la propriété de tolérance aux pannes dans les réseaux de capteurs sans fil. Tout d'abord, nous avons proposé des approches centralisées et distribuées pour l'auto-rétablissement de la connectivité et la réallocation des canaux dans un contexte de réseaux de capteurs sans fil reposant sur des communications multi-canal après la panne d'un nœud critique. Après la formulation du problème sous la forme d'un problème d'optimisation multi-objectif, nous avons proposé des algorithmes basés sur des heuristiques de coloration de graphes et d'arbre de Steiner, très connus dans la théorie de graphes pour la résolution de ce type de problèmes. Dans une deuxième partie de cette thèse, nous avons étudié un cas d'application particulier, l'agriculture de précision, et avons proposé une solution distribuée pour le rétablissement du fonctionnement du réseau de capteurs sans fil
The development in Micro Electro-Mechanic Systems (MEMS) combined with the emergence of new information and communication technologies allowed the integration of the data sensing, processing and transmission in a single tiny device which is the wireless sensor. Consequently, the networks formed by these sensors offer a lot advantages compared with the traditional networks, in particular in terms of the deployment simplicity and cost. This led to the development of a wide range of Wireless Sensor Networks' applications in the domains of health, environment, industry, infrastructures, spatial activities, or even military activities and in many other domains. However, new challenges appear from the particular characteristics of these networks. In fact, many applications of this type of networks are critical and require that the correct functioning of the network is maintained as long as possible. However, the environments in which these networks are deployed return the mission of network maintenance very complicated or even impossible; hence, the necessity of integrating mechanisms of self-correction which aim to overcome the appeared problems without a human intervention. In this context, we focused our study on the techniques and mechanisms implemented to improve the property of fault tolerance in the wireless sensor networks. First, we proposed centralized and distributed approaches for the connectivity restoration and the channel reallocation in a multi-channel communication context after the failure of a critical node. After the formulation of the problem as a multi-objective optimization problem, we proposed some algorithms based on the heuristics of graphs coloring and Steiner tree, very known in the graph theory to solve this type of problems. In a second part in this thesis, we studied a particular application case, precision agriculture, and we proposed a distributed solution for the failure recovery in wireless sensor networks

Les futurs réseaux mobiles promettent des opportunités sans précédent pour l'innovation et des cas d'utilisation disruptifs. L'engagement des réseaux 5G et au-delà à fournir des applications critiques nécessite un réseau polyvalent, évolutif, efficace et rentable, capable d'adapter son allocation de ressources pour répondre aux exigences de services hétérogènes. Pour relever ces défis, le découpage du réseau s'est imposé comme l'un des concepts fondamentaux proposés pour améliorer l'efficacité des réseaux mobiles 5G et leur conférer la plasticité requise. L'idée est de fournir des ressources à différentes industries verticales en construisant plusieurs réseaux logiques de bout en bout sur une infrastructure virtualisée partagée. Chaque "tranche de réseau" ainsi définie est personnalisée pour fournir un service spécifique en adaptant son architecture et ses technologies d'accès radio.Précisément, des applications telles que l'automatisation industrielle ou les communications entre véhicules imposent aux réseaux cellulaires des exigences strictes en matière de latence et de fiabilité. Étant donné que le réseau mobile actuel ne peut pas répondre à ces exigences, les communications ultra-fiables et à faible temps de latence constituent un sujet de recherche essentiel qui a suscité un élan considérable de la part du monde universitaire et des alliances industrielles. Pour répondre à ces exigences, l'utilisation de la multi-connectivité, c'est-à-dire l'exploitation simultanée de plusieurs liaisons radio comme voies de communication, est une approche prometteuse.L'objectif du présent manuscrit est d'étudier des techniques d'allocation de resources exploitant la couverture redondante des utilisateurs, garantie dans de nombreux scénarios 5G. Nous examinons d'abord l'évolution des réseaux mobiles et discutons des diverses considérations relatives à l'architecture de découpage du réseau et de son impact sur la conception des méthodes d'allocation des ressources. Nous utilisons ensuite les outils de la théorie des files d'attente pour modéliser un système dans lequel un ensemble d'utilisateurs URLLC sont connectés simultanément à deux stations de base ayant la même bande passante ; nous appelons ce scénario le cas homogène. Nous introduisons des politiques d'allocation appropriées et évaluons leurs performances respectives en évaluant leur fiabilité. Ensuite, nous étendons les résultats du cas homogène à un cadre plus général où les interfaces physiques gèrent des bandes passantes différentes, que nous appelons le cas hétérogène. Enfin, nous fusionnons les éléments ci-dessus pour valider le choix des schémas d'allocation des ressources en tenant compte de l'architecture déployée
Future mobile networks envision unprecedented innovation opportunities and disruptive use cases. As a matter of fact, the 5G and beyond networks' pledge to deliver mission-critical applications mandates a versatile, scalable, efficient, and cost-effective network capable of accommodating its resource allocation to meet the services' heterogeneous requirements. To face these challenges, network slicing has emerged as one of the fundamental concepts proposed to raise the 5G mobile networks' efficiency and provide the required plasticity. The idea is to provide resources for different vertical industries by building multiple end-to-end logical networks over a shared virtualized infrastructure. Each network slice is customized to deliver a specific service and adapts its architecture and radio access technologies.Precisely, applications such as industrial automation or vehicular communications pose stringent latency and reliability requirements on cellular networks. Given that the current mobile network cannot meet these requirements, ultra-reliable low-latency communications (URLLC) embodies a vital research topic that has gathered substantial momentum from academia and industrial alliances. To reach URLLC requirements, employing multi-connectivity (MC), i.e., exploiting multiple radio links as communication paths at once, is a promising approach.Therefore, the objective of the present manuscript is to investigate dynamic scheduling techniques, exploiting redundant coverage of users, guaranteed in numerous 5G radio access network scenarios. We first review the evolution of mobile networks and discuss various considerations for network slicing architecture and its impact on resource allocation design. Then, we use tools from queuing theory to model a system in which a set of URLLC users are connected simultaneously to two base stations having the same bandwidth; we refer to this scenario as the homogenous case. We introduce suitable scheduling policies and evaluate their respective performances by assessing their reliability. Next, we extend the homogenous case's results to a more general setting where the physical interfaces manage different bandwidths, referred to as the heterogeneous case. Finally, we merge the above elements to validate the choice of resource allocation schemes considering the deployed architecture

L'essor des technologies sans fil, offre aujourd'hui de nouvelles perspectives dans le domaine des télécommunications. L'évolution récente de moyens de communications sans fill permet la manipulation de l'information à travers des unités de calculs portables qui ont des caractéristiques particulières (une faible capacité de stockage, une source d'énergie autonome...) et accèdent au réseau à travers une interface de communication sans fill. Un réseau mobile ad hoc consiste en une grande population relativement dense d'unités mobiles qui se déplacent dans un environnement quelconque et dont le seul moyen de communication est l'utilisation des interfaces sans fil. Du coté des réseaux ad hoc on trouve également les réseaux des capteurs avec des propriétés particulières. Les capteurs sont des dispositifs ayant les particularités suivantes : (1) capacité de capturer des données relatives à l'environnement où ils sont physiquement placés et les convertir en signaux électriques. Les données récupérées peuvent être de nature différente et la manière d'obtenir ces données est susceptible de varier. (2) capacité d'effectuer un traitement sur ces données récupérées (3) capacité d'échanger ces données avec d'autres dispositifs ou unités mobiles. Contrairement aux réseaux basés sur la communication cellulaire : aucune administration centralisée n'est disponible ; ce sont les hôtes mobiles elles-mêmes qui, forment d'une manière ad hoc une interface du réseau. Aucune supposition ou limitation n'est faite sur la taille du réseau ; le réseau peut contenir des centaines ou des milliers d'unités mobiles. Étant donné les propriétés de ces réseaux le routage devient alors un dé et nécessite une restructuration de ses différentes composantes qui sont le routage (ou adressage), le positionnement, l'acheminement des messages entre noeuds communicants. Durant cette thèse nous nous sommes intéressés implicitement au routage en proposant une structure hiérarchique ou structure en clusters de façon à simuler une sorte de dorsale constituée de noeuds ou terminaux plus adaptés que d'autres. La mise en place de cette structure se base sur les paramètres du réseau en question. La dorsale ainsi constituée permet un routage hiérarchique qui allège considérablement les tables de routage des noeuds. Nous avons proposé une approche de localisation sans GPS, L-Libre qui vise à procurer une information de position à l'ensemble des noeuds du réseau. Cette information de position est vitale pour les protocoles de routage géographiques mais aussi pour les réseaux de capteurs où l'on a souvent bien besoin de connaître la source (les capteurs origines) des informations reçues, ce qui est d'ailleurs le cas de notre algorithme de poursuite de cible tracking) proposé dans cette thèse. Nous nous sommes également intéressé à un mode de transmission d'information appelé geocasting (ou diffusion géographique) qui consiste à transmettre des informations avec garantie de livraison non pas à l'ensemble des unités du réseau mais à un groupe particulier de noeuds situés dans une région d'intérêt communément appelé région multicast. Un autre point important est la connectivité des noeuds. La mobilité des noeuds est souvent source de déconnexion du réseau en des ensembles disjoints connexes. Notre algorithme de maintenance de connectivité vise à déterminer les noeuds qui peuvent être à l'origine de ce problème afin d'adapter leurs comportements. Et finalement, nous avons considéré une architecture virtuelle de réseau de capteurs anonymes dans laquelle certains clusters peuvent être vides. Les capteurs étant des dispositifs de capacités très limitées il devient alors indispensable de trouver une approche permettant d'organiser ou de faire collaborer à moindre coût ces capteurs dans un but bien précis. Le noeud sink (ou noeud puits) est le seul équipement qui dispose d'assez d'énergie et de puissance de transmission pour atteindre l'ensemble des capteurs répartis dans la région d'intérêt. Une stratégie de gestion de ou des antennes du noeud sink nous a permis de proposer une méthode de localisation sans inonder le réseau par échange de messages d'informations de position. Il nous a également permis d'esquisser une structure en grappes offrant un support de routage simple et efficace. Les données ainsi recueillies par les capteurs peuvent être acheminées selon un modèle de communication centralisé ou distribué défini à l'avance par le sink.

Un certain nombre de travaux basés sur les réseaux de capteurs sans fil s'intéressent à la gestion de l'énergie de ces capteurs. Cette énergie est, de fait, un facteur critique dans le fonctionnement de ces réseaux. Une construction adéquate des clusters de capteurs est un très bon moyen pour minimiser la consommation de cette énergie. La problématique liée à ces réseaux réside ainsi souvent dans leur durée de vie mais aussi dans le nécessaire maintien de la connectivité entre tous les capteurs. Ces deux aspects sont étroitement liés. Dans cette thèse, nous nous sommes focalisés sur ces deux volets, dans le contexte de réseaux de capteurs statiques mais aussi celui de capteurs mobiles.Nous proposons, dans un premier temps, un algorithme hybride pour la mise en place des clusters et la gestions de ces clusters. L'originalité de cette solution réside dans la mise en place de zones géographiques de désignation des cluster heads mais aussi dans la transmission, dans les messages échangés, de la quantité d'énergie restante sur les capteurs. Ainsi, les données sur les capteurs permettront de désigner les cluster heads et leurs successeurs qui détermineront les seuils pour les autres capteurs et pour leur fonctionnement. L'algorithme est testé à travers de nombreuses simulations. La seconde partie du travail consiste à adapter notre premier algorithme pour les réseaux de capteurs mobiles. Nous in_uons sur la trajectoire des capteurs pour maintenir la connectivité et limiter la consommation d'énergie. Pour cela, nous nous inspirons de l'écho-localisation pratiquée par les chauvessouris. Nous nous sommes donc intéressés à la topologie changeante et dynamique dans les réseaux de capteurs. Nous avons analysé la perte d'énergie en fonction de la distance et de la puissance de transmission entre les n÷uds et le cluster head. Nous évaluons également notre algorithme sur des capteurs qui ont un déplacement aléatoire. Nous appliquons ces algorithmes à une simulation de _otte de drones de surveillance
A number of works based on wireless sensor networks are interested in the energy management of these sensors. This energy is in fact a critical factor in the operation of these networks. Proper construction of sensor clusters is a great way to minimize the consumption of this energy. The problems related to these networks and often lies in their lifetime but also in the need to maintain connectivity between all transducers. These two aspects are closely linked. In this thesis, we focused on these two aspects in the context of static sensor networks but also of mobile sensors.We propose, as a _rst step, a hybrid algorithm for setting up clusters and the management of theseclusters. The uniqueness of this solution lies in the establishment of geographic areas for designation fcluster heads but also in transmission, in the exchanged messages, the amount of remaining energy on the sensors. Thus, the sensor data will designate the cluster heads and their successors will determine the thresholds for other sensors and for their operation. The algorithm is tested through many simulations. The second part of the work is to adapt our _rst algorithm for mobile sensor networks. We a_ect the trajectory of sensors to maintain connectivity and reduce energy consumption. For this, we are guided echo-location practiced by bats. We're interested in changing and dynamic topology in sensor networks. We analyzed the loss of energy as a function of the distance and the power transmission between the nodes and the head cluster. We also evaluate our algorithm on sensors that have a random move. We apply these algorithms to a _eet of surveillance drones simulation

Cette thèse se penche sur la gouvernance des politiques régionales de la science en France dans le contexte de l'Espace Européen de la Science. Nous proposons donc une typologie des régions européennes qui vise à offrir un regard différent sur ces espaces de collaborations, en considérant les connectivités locales-globales dans la théorie des Systèmes Régionaux d'Innovation. Puis au travers d'un modèle gravitaire nous mobilisons plusieurs formes de proximités pour expliquer ces collaborations, en introduisant des proximités culturelles à l'échelle régionale. Cette thèse questionne à la fois la place des autorités régionales dans les politiques scientifiques en régions ou des régions, mais aussi la vision de la science de ces régions (à travers de l'analyse des CPER et de comptes Twitter). Nos travaux préconisent une meilleure compréhension des acteurs dans le cadre cognitif où les liens entre Science et Innovation sont trop souvent supposés. Cette dernière approche est également l'occasion de mettre en avant l'insuffisante prise en compte des logiques des différents acteurs de l'innovation (au sens large) et la nécessaire coordination des politiques des différents niveaux impliqués. L'analyse du mode de gouvernance des politiques de soutien aux activités créatives dans l'espace transfrontalier du Rhin Supérieur, permettra d'illustrer ce cadre cognitif nouveau.

Le déploiement des réseaux d’objets communicants «ROCs», dont les densités augmentent sans cesse, conditionne à la fois l’optimalité de leur qualité de service, leur consommation énergétique et par conséquent leur durée de vie. Il s’avère que le problème de déterminer le placement optimal, relativement aux différents critères de qualité, des nœuds de ces réseaux est un problème Np-Complet. Face à cette Np-complétude, et en particulier pour des environnements intérieurs, les approches existantes focalisent sur l’optimisation d’un seul objectif en négligeant les autres critères, ou optent pour une solution manuelle fastidieuse et coûteuse. Des nouvelles approches pour résoudre ce problème sont donc nécessaires. Cette thèse propose une nouvelle approche qui permet de générer automatiquement, dès la phase de conception des réseaux d’objets communicants, le déploiement qui garantit à la fois l’optimalité en termes de performances et de robustesse face aux éventuelles défaillances et instabilités topologiques. Cette approche proposée est basée d’une part sur la modélisation du problème de déploiement sous forme d’un problème d’optimisation combinatoire multi-objectifs sous contraintes, et sa résolution par un algorithme génétique hybride combinant l’optimisation multi-objectifs avec l’optimisation à somme pondérée, et d’autre part sur l’intégration de l’apprentissage par renforcement pour garantir l’optimisation de la consommation énergétique et la prolongation de la durée de vie. Elle est concrétisée par le développement de deux outils. Un premier appelé MOONGA (pour Multi-Objective Optimization of Wireless Network Approach Based on Genetic Algorithm) qui permet de générer automatiquement le placement des nœuds, qui optimise la connectivité, la m-connectivité, la couverture, la k-couverture, la redondance de couverture et le coût. Cette optimisation prend en considération les contraintes liées à l'architecture de l’espace de déploiement, à la topologie du réseau, aux spécificités de l'application pour laquelle le réseau est conçu et aux préférences du concepteur. Après optimisation de déploiement l’outil R2LTO (Pour Reinforcement Learning for Life-Time Optimization), permet d’intégrer un protocole de routage, basé sur l'apprentissage par renforcement, pour garantir l’optimisation de la consommation énergétique et de la durée de vie du ROC après son déploiement tout en conservant la QoS requise
The deployment of Communicating Things Networks (CTNs), with continuously increasing densities, needs to be optimal in terms of quality of service, energy consumption and lifetime. Determining the optimal placement of the nodes of these networks, relative to the different quality criteria, is an NP-Hard problem. Faced to this NP-Hardness, especially for indoor environments, existing approaches focus on the optimization of one single objective while neglecting the other criteria, or adopt an expensive manual solution. Finding new approaches to solve this problem is required. Accordingly, in this thesis, we propose a new approach which automatically generates the deployment that guarantees optimality in terms of performance and robustness related to possible topological failures and instabilities. The proposed approach is based, on the first hand, on the modeling of the deployment problem as a multi-objective optimization problem under constraints, and its resolution using a hybrid algorithm combining genetic multi-objective optimization with weighted sum optimization and on the other hand, the integration of reinforcement learning to guarantee the optimization of energy consumption and the extending the network lifetime. To apply this approach, two tools are developed. A first called MOONGA (Multi-Objective Optimization of wireless Network approach based on Genetic Algorithm) which automatically generates the placement of nodes while optimizing the metrics that define the QoS of the CTN: connectivity, m-connectivity, coverage, k-coverage, coverage redundancy and cost. MOONGA tool considers constraints related to the architecture of the deployment space, the network topology, the specifies of the application and the preferences of the network designer. The second optimization tool is named R2LTO (Reinforcement Learning for Life-Time Optimization), which is a new routing protocol for CTNs, based on distributed reinforcement learning that allows to determine the optimal rooting path in order to guarantee energy-efficiency and to extend the network lifetime while maintaining the required QoS

La sylviculture intensive modifie la composition, la structure et la dynamique des peuplements, réduisant notamment la densité et la diversité des attributs forestiers caractéristiques des stades de sénescence (bois mort et micro-habitats portés par les arbres). Ces éléments représentent des habitats essentiels pour les espèces lignicoles. A l’échelle du massif, la planification des opérations sylvicoles va créer une discontinuité spatiale de ces micro-habitats, pouvant être perçue comme une source de fragmentation pour de nombreuses espèces. Cependant, les effets ont été peu explorés au sein des forêts tempérées exploitées. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’effet de la disponibilité des micro-habitats (quantité et configuration) à de multiples échelles spatiales sur les communautés et les populations d’espèces lignicoles, afin de fournir in fine des connaissances pour la spatialisation des stratégies de conservation. Nous avons proposé une méthodologie statistique permettant de prédire la distribution des micro-habitats au sein du massif de Compiègne (France). En s’appuyant sur cette cartographie prédictive, nous avons montré que différentes guildes de coléoptères saproxyliques, définies en fonction de traits d’histoire de vie liés aux capacités de dispersion, répondaient à la structure du paysage à différentes échelles spatiales. La modélisation de la dynamique des métapopulations d’une bryophyte épixylique (Dicranum viride) nous a permis de mettre en évidence l’importance de la dispersion sur les processus de colonisation/extinction qui sous-tendent les patrons d’occurrence des espèces observés à l’échelle du massif. Nos résultats soulignent le rôle central du bois mort et des micro-habitats, qui peuvent être considérés comme un levier de gestion pertinent. Augmenter leur quantité et optimiser leur arrangement spatial intra et inter-peuplement apparaît essentiel pour assurer la persistance des espèces lignicoles au sein des massifs forestiers gérés
Intensive forestry induces a simplification of forest stand structure, composition, and dynamics, resulting in a decrease of density and diversity of old-growth forest attributes (deadwood and tree-related microhabitats). These elements represent critical habitats for lignicolous species. At the landscape scale, forest management planning create a spatial discontinuity of these microhabitats, which can be perceived as a fragmentation process for many species. Although habitat fragmentation is currently recognized as one of the major threats to biodiversity, its impact on species in managed temperate forest are still poorly understood. The objective of this work was to evaluate the effect of microhabitat availability (quantity and configuration) on species communities and populations, at multiple spatial scales, in order to provide evidence-based recommendations regarding the spatial arrangement of conservation strategies. We proposed a statistical methodology to predict the microhabitats distribution within the complex of the Compiègne forest (France). Based on this predictive mapping, we showed that different guilds of saproxylic beetles, defined according to their life history traits related to dispersal abilities, respond to the landscape structure at different spatial scales. Modelling metapopulation dynamics of an epixylic bryophyte (Dicranum viride) has highlighted the importance of dispersal on colonization/extinction processes that underlie the species’ occurrence patterns observed at the forest scale. Our results emphasize the key role of deadwood and tree-related microhabitats, which can be considered as relevant management leverage. Increase their quantity and optimize their spatial arrangement within and between forest stands, appears to be essential for persistence of the lignicolous species within managed forests

La thèse doctorale intitulée « La dynamique hydro-sédimentaire du bassin versant de la rivière Jiu. Approche systémique et multi-échelle » analyse le transfert des flux liquides et solides au niveau du bassin versant de la rivière Jiu, à des divers échelles spatiales et temporelles. La rivière Jiu (339 km de longueur) est un des plus importants affluents du Danube en Roumanie.Dans le contexte actuel de la nécessité d’élaborer des plans de gestion du bassin avec un caractère intégré, englobant l’ensemble des facteurs naturels et anthropiques qui contrôlent l’écoulement solide et liquide, ainsi que les processus associés, le présent travail offre des informations sur la dynamique hydro-sédimentaire du bassin versant de la rivière Jiu, issues d’une recherche transdisciplinaire réalisée à différentes échelles spatiales et temporelles.Le bassin étudié se caractérise par des particularités géographiques complexes, déterminées par la diversité des facteurs naturels (géologiques, morphologiques, climatiques, édaphiques et de végétation) et socio-économiques. Du point de vue économique, l’élément qui donne l’individualité du bassin de la rivière Jiu est la présence et l’exploitation du charbon dans les secteurs supérieur (houille) et moyen (lignite). L’existence du charbon a été valorisée avec des différentes méthodes de laboratoire, concernant la teneur en charbon et éléments associés des sédiments collectés du lit de la Jiu et de ses principaux affluents.Ce travail se propose de répondre à deux questions majeures :(i) Quels sont les facteurs naturels et anthropiques contribuant à la production et au transfert des flux de matière liquide et solide au niveau du bassin de la rivière Jiu?(ii) Quelle est l’importance des échelles spatiales et temporelles dans l’analyse de la dynamique hydro-sédimentaire en relation avec les sources de sédiments, les événements hydrologiques extrêmes, les voies de transfert et les zones favorables à l’accumulation ?La démarche méthodologue a suivi une optique allant du général vers le particulier.Dans la première partie de la thèse, les analyses sont réalisées à l’échelle du bassin entier, afin de mettre en évidence les facteurs physiques et anthropiques contrôlant les flux liquides et solides. Les aspects traités portent sur la connectivité entre les sources, le transfert et les zones d’accumulation, ainsi que la relation entre le débit liquide et le débit solide et la cartographie des processus géomorphologiques génératrices de sédiments.Dans la deuxième partie de la thèse, on passe de la perspective systémique sur l’ensemble du bassin de la Jiu à une échelle beaucoup plus réduite, tant du point de vue spatial que temporel, afin d’identifier le rôle des crues dans la dynamique hydro-sédimentaire et la contribution des sous-bassins au transfert des sédiments fins. Du point de vue méthodologique, dans cette partie de la thèse, on passe des méthodes classiques de la géographie et de l’hydrologie, utilisées dans la première partie (basées sur la représentation cartographique et l’analyse spatiale dans le milieu SIG et sur l’analyse statistique des séries de données), vers une méthodologie complexe, intégrant l’analyse hydrologique (sur la base des indices de crue), la recherche sur le terrain (l’identification d’un site de dépôt d’alluvions et la collecte d’échantillons) et l’analyse des sédiments fins dans le laboratoire (par des techniques colorimétriques, géochimiques et de la pétrologie organique).Les résultats de la recherche ont mis en corrélation les facteurs de la dynamique hydro-sédimentaire à des diverses échelles spatiales et temporelles, dans une vision systémique. Les analyses de laboratoire des échantillons de sédiments et de charbon et les analyses des crues ont contribué à une meilleure connaissance de la dynamique hydro-sédimentaire, notamment les sources potentielles des sédiments, leur composition et leurs voies de transfert dans le bassin étudié
The doctoral thesis titled “The Hydro-sedimentary dynamics of the Jiu River Watershed. A systemic and multi-scale approach” aimed to investigate the dynamics of liquid and solid flows at various temporal and spatial scales, in the Jiu River Basin. The study area is located in southwestern Romania, Jiu River (339 km long) being one of the most important Carpathian tributaries of the Danube river.In the current context, marked by the need to elaborate integrated watershed management plans, the present study offers valuable and original information on the hydro-sedimentary dynamics in the Jiu River watershed, that stems from a cross-disciplinary research carried out at different temporal and spatial scales.The watershed under study is characterized by complex geographical particularities, determined by a great diversity of natural and socio-economic factors. From an economic standpoint, the element that individualizes Jiu’s watershed is the presence and exploitation of coal in its upper sector (black coal) and middle sector (lignite), activities that have left their mark on the hydrological characteristics of the rivers in the basin. The presence of coal resources has been relied upon in this paper in order to investigate the hydro-sedimentary dynamics on the basis of an analysis, carried out through different laboratory methods, of the coal associated elements’ content in the alluvium samples collected in the riverbeds of Jiu and its main tributaries.The present research seeks to answer the following two major questions:(i) Which are the natural and human factors that contribute to the production and transfer of the solid and liquid fluxes within the Jiu River basin?(ii) What is the importance of spatial and temporal scales in the analysis of the hydro-sedimentary dynamics with regards to sediment sources, extreme hydrological events, transfer paths and the most favorable accumulation areas?The scientific methodology that we adopted followed a perspective that shifted from the general to the specific.In the first part of the thesis, the analysis was carried out at the scale of the whole basin, in order to highlight the physico-geographical factors, as well as the man-made ones, controlling the liquid and solid fluxes. The issues that we approached refer to the connectivity between sources – transfer – accumulation areas, hydrological variability and the relationship between the solid and the liquid discharge, the geomorphological mapping of alluvium-generating processes.In the second part of the thesis, we shifted from the systemic perspective of the whole Jiu River Basin towards a smaller scale, both spatially and temporally, able to reflect the role of the largest floods recorded in Jiu River Basin in the hydro-sedimentary dynamics and the contribution of its main sub-catchments in the sediment transfer. From a methodological point of view, in this part of the thesis we moved from the classical, geographical and hydrological methods, employed in the first part (based on mapping and GIS analysis, as well as by statistical processing of data series) towards a complex methodology, integrating hydrological analysis (on the basis of flood indices), field research and the complex analysis of fine sediments in the laboratory (through techniques belonging to colorimetric tracing, geochemistry, organic petrology).The results of our research connected the elements and factors behind the hydro-sedimentary dynamics at various spatial and temporal scales into a systemic vision. The laboratory analyses of the sediment and coal samples, the study of flood events and the hydrological and geomorphological analyses of Jiu watershed’s particularities have contributed to a better understanding of the hydro-sedimentary dynamics, offering original insight into potential sediment sources, the composition and quantity of sediments and the transfer paths they follow in the system of Jiu River’s watershed

Le maintien de la connectivité à travers les paysages urbains, par nature très fragmentés, est un enjeu majeur de conservation de la biodiversité urbaine. On observe une prise en compte croissante de la connectivité dans les politiques d’aménagement du territoire, notamment avec l’établissement de la trame verte et bleue. De multiples outils cartographiques permettent de mettre en évidence les continuités écologiques (zones de forte connectivité), mais leur validation fonctionnelle fait souvent défaut. L’objectif de cette thèse est de valider les prédictions d’un modèle de chemin de moindre coût, sur plusieurs villes et avec différents modèles biologiques. Les espèces étudiées présentent différents modes et capacités de dispersion (vol, marche, reptation) et des exigences écologiques spécifiques (préférences pour les milieux herbacés ou boisés). Des protocoles de validation basés sur l’écologie du mouvement et la génétique du paysage sont appliqués, dans un souci de réplication (au sein de plusieurs villes) et de contrôle de la variabilité inter-individuelle. Nos résultats montrent des mouvements accrus au sein des continuités écologiques comparés à ceux observés en contextes paysagers prédits comme non connectés : les hérissons transloqués s’y déplacent sur des distances plus longues, plusieurs passereaux répondent à la repasse de chant sur de plus longues distances et les papillons de nuit montrent des taux de recapture beaucoup plus élevés. Par ailleurs, les analyses indirectes réalisées sur l’escargot petit-gris montrent une relation assez faible entre la différenciation génétique des populations et les modèles de connectivité. Ce travail fournit des arguments scientifiques pour soutenir la mise en place de continuités écologiques en milieu urbain
Maintaining connectivity across urban landscape, intrinsically fragmented, is a major issue of urban biodiversity conservation. Connectivity is increasingly taken into account by policy and stakeholders, especially through the establishment of the blue-green infrastructure. Multiple mapping tools allow to detect ecological networks (highly connected areas), however their functionnal validation is often lacking. The objective of this study is to validate least cost path analysis predictions in several cities with different biological models. Studied species vary in terms of dispersal means and capacities (flight, walk, crawling) and habitat requirement (e.g. herbaceous or forested habitats). Several protocols based on movement ecology and landscape genetic are applied, focusing on replication (within and among cities) and control of inter-individual variability. Our results indicate that movement is increased in predicted ecological networks when compared with areas predicted as poorly connected: the translocated hedgehogs travelled longer distances, several passerine responded to song playback over longer distances, and moths showed increased recapture rates. Indirect analysis on the garden snail showed a weak relation between population genetic differentiation and connectivity models. This work provides scientific support for the establishment of ecological networks in urban landscapes

La pénétration du marché des appareils mobiles a connu une croissance impressionnante ces dernières années. Smartphones, tablettes et ordinateurs portables sont devenus soit producteurs soit consommateurs de contenus générés par les utilisateurs. Les communications opportunistes permettent une couverture étendue dans les endroits où il n'existe aucune infrastructure réseau disponible et des stratégies de délestage de données pour aider les opérateurs à soulager la charge de leurs infrastructures. Dans cette thèse, nous considérons le cas de la diffusion opportuniste de plusieurs grands contenus d'un point de vue expérimental. Dans la première partie nous commençons par implémenter EPICS, un protocole réseau conçu pour l'échange opportuniste de grands contenus, dans des terminaux Android. Après sa évaluation nous proposons DAD, un nouveau protocole, qui envoie une rafale de paquets de données de façon adaptative. Nous comparons les deux protocoles expérimentalement et, à l'aide des traces de contacts, soit réelles, soit synthétiques, nous obtenons des gains importants avec cette nouvelle approche. La deuxième partie est dédiée au passage à l'échelle des systèmes de surveillance passive. Nous proposons deux approches. La première est basée sur la similarité des traces et des algorithmes de détection de communautés. La deuxième est basée sur des mesures collaboratives
The market penetration of mobile devices has experienced an impressive growth. Smartphones, tablets, and laptops have become both producers and consumers of user-generated contents. They also motivate novel communication paradigms such as the possibility to establish, in an opportunistic fashion, direct device-to-device links whenever two mobile nodes enter within the wireless range of each other. In this thesis, we consider the case of opportunistic dissemination of multiple large contents from an experimental point of view. This implies revisiting, among others, the common assumption that contacts have enough capacity to transfer any amount of data.In the first part of this thesis, we start from an Android implementation of EPICS, a network protocol designed for exchanging large contents in opportunistic networks, on off-the-shelf devices. After an deep analysis of application-level logs and captured wireless traces we found out limitations and uncovered improving possibilities. We then propose DAD, a new content dissemination protocol that adaptively sends bursts of data instead of the per-fragment transmission strategy of EPICS.The second part of this thesis deals with the scalability of legacy WLAN monitoring systems. We propose two original approaches. With the first one, based on trace similarity and community detection algorithms, we are able to identify how many monitor we need in a target area and where to place them. The second approach in based on collaborative measurements. In this case we face the risk of biased measures due attacks of malicious users generating adulterated traces. We then propose a method to detect such malicious behaviors

Les particules en suspension transportées dans les réseaux hydrographiques résultent des processus de rivière et des apports depuis les versants. Nous avons étudié dans cette thèse la dynamique des tailles de particules le long du continuum versant-rivière afin d'apporter des éléments de réponse à la réflexion aujourd'hui menée sur les distances de transport et sur le concept de connectivité sédimentaire. Des observations de terrain sont menées à l'exutoire d'un bassin versant de tête (~20 km²). Elles mettent en évidence une corrélation positive entre débit liquide et taille des particules. L'établissement et la mise en oeuvre d'un protocole de mesure original montre que les particules sont agrégées. A cette échelle, les apports des versants semblent importants pour expliquer les variations de taille des particules. Des expériences de laboratoire utilisant un canal annulaire sont menées et indiquent qu'une partie de ces variations peut être attribuée à la désagrégation ou à la floculation des particules dans l'écoulement. Des variations de taille notables sont dues au type de sol. Elles sont moindres à la fin des évènements schématiques simulés en canal, suggérant que l'écoulement prend une part prépondérante pour expliquer les variations de taille des particules. Cet effet du type de sol a motivé l'étude des processus de versant, et en particulier ceux de la pluie. Des expériences de simulations de pluie menées en laboratoire (~1 m²) sur deux sols révèlent que l'augmentation de l'énergie cinétique de la pluie a tendance à générer des agrégats plus fins. Une paramétrisation du détachement par la pluie par fraction granulométrique est développée sur la base de ces expériences et implémentée au sein de deux modèles numériques d'érosion hydrique à base physique. Les simulations numériques confirment que cette tendance a des impacts sur les exports à l'échelle du versant. Enfin, des variations de granulométrie en lien avec l'énergie cinétique de la pluie sont perceptibles lors d'observations de terrain à l'échelle du versant (~ 100 m²), confirmant l'importance d'une description correcte du forçage pluviométrique.

La pénétration du marché des appareils mobiles a connu une croissance impressionnante ces dernières années. Smartphones, tablettes et ordinateurs portables sont devenus soit producteurs soit consommateurs de contenus générés par les utilisateurs. Les communications opportunistes permettent une couverture étendue dans les endroits où il n'existe aucune infrastructure réseau disponible et des stratégies de délestage de données pour aider les opérateurs à soulager la charge de leurs infrastructures. Dans cette thèse, nous considérons le cas de la diffusion opportuniste de plusieurs grands contenus d'un point de vue expérimental. Dans la première partie nous commençons par implémenter EPICS, un protocole réseau conçu pour l'échange opportuniste de grands contenus, dans des terminaux Android. Après sa évaluation nous proposons DAD, un nouveau protocole, qui envoie une rafale de paquets de données de façon adaptative. Nous comparons les deux protocoles expérimentalement et, à l'aide des traces de contacts, soit réelles, soit synthétiques, nous obtenons des gains importants avec cette nouvelle approche. La deuxième partie est dédiée au passage à l'échelle des systèmes de surveillance passive. Nous proposons deux approches. La première est basée sur la similarité des traces et des algorithmes de détection de communautés. La deuxième est basée sur des mesures collaboratives
The market penetration of mobile devices has experienced an impressive growth. Smartphones, tablets, and laptops have become both producers and consumers of user-generated contents. They also motivate novel communication paradigms such as the possibility to establish, in an opportunistic fashion, direct device-to-device links whenever two mobile nodes enter within the wireless range of each other. In this thesis, we consider the case of opportunistic dissemination of multiple large contents from an experimental point of view. This implies revisiting, among others, the common assumption that contacts have enough capacity to transfer any amount of data.In the first part of this thesis, we start from an Android implementation of EPICS, a network protocol designed for exchanging large contents in opportunistic networks, on off-the-shelf devices. After an deep analysis of application-level logs and captured wireless traces we found out limitations and uncovered improving possibilities. We then propose DAD, a new content dissemination protocol that adaptively sends bursts of data instead of the per-fragment transmission strategy of EPICS.The second part of this thesis deals with the scalability of legacy WLAN monitoring systems. We propose two original approaches. With the first one, based on trace similarity and community detection algorithms, we are able to identify how many monitor we need in a target area and where to place them. The second approach in based on collaborative measurements. In this case we face the risk of biased measures due attacks of malicious users generating adulterated traces. We then propose a method to detect such malicious behaviors

Les patients pharmaco-résistants sont des candidats pour la chirurgie de l'épilepsie. Le but de cette chirurgie est d'enlever les zones à l'origine de la crise (SOZ) sans créer de nouveaux déficits neurologiques. Pour localiser les SOZs, une des meilleures approches consiste à analyser des électroencéphalogrammes intracérébraux (iEEG). Toutefois, l'enregistrement des crises, qui sont des événements rares et critiques, est compliqué contrairement à l'enregistrement de décharges épileptiques intercritiques (IED), qui sont généralement très fréquentes et anodines. La prévision des SOZs, par estimation des régions à l'origine des IEDs, est donc une alternative très intéressante, et la question de savoir si l'estimation des régions IED peut être utile pour prédire les SOZs, a été au coeur de plusieurs études. Malgré des résultats intéressants, la question reste ouverte, notamment en raison du manque de fiabilité des résultats fournis par ces méthodes. L'objectif de cette thèse est de proposer une méthode robuste d'estimation des régions à l'origine des IEDs (notées LIED) par analyse d'enregistrements intracérébraux iEEG. Le point essentiel de cette nouvelle méthode repose sur la détermination d'un graphe de connectivité différentiel (DCG), qui ne conserve que les noeuds (électrodes) associées aux signaux iEEG qui changent de façon significative selon la présence ou l'absence d'IEDs. En fait, on construit plusieurs DCGs, chacun étant caractéristique d'une échelle obtenue après transformée en ondelettes. La fiabilitié statistiques des DCGs est obtenue à l'aide des tests de permutation. L'étape suivante consiste à mesurer les quantités d'information émise par chaque noeud, et d'associer à chaque connexion (arête) du graphe une orientation qui indique le transfert d'information du noeud source vers le noeud cible. Pour celà, nous avons introduit une nouvelle mesure nommée Local Information (LI), que nous avons comparée à des mesures classiques de graphes, et qui permet de définir de façon robuste les noeuds sources pour les graphes de chaque échelle. Les LIEDs sont finalement estimées selon une méthode d'optimisation multi-objectifs (de type Pareto, peu utilisée dans la communauté signal-image) construite à partir des valeurs des LI des DCG dans les différentes bandes de fréquences. La méthode proposée a été validée sur cinq patients épileptiques, qui ont subi une chirurgie d'exérèse et sont déclarés guéris. L'estimation des régions LIED a été comparée avec les SOZs détectées visuellement par l'épileptologue et celles détectées automatiquement par une méthode utilisant une stimulation destinée à provoquer des crises. La comparaison révèle des résultats congruents entre les SOZs et les régions LIED estimées. Ainsi, cette approche fournit des LIED qui devraient être des indications précieuses pour l'évaluation préopératoire en chirugie de l'épilepsie.

Dans le cortex visuel primaire (V1 ou l’aire 17) du chat, les neurones répondent aux orientations spécifiques des objets du monde extérieur et forment les colonnes d'orientation dans la zone V1. Un neurone répondant à une orientation horizontale sera excité par le contour horizontal d'un objet. Cette caractéristique de V1 appelée sélectivité d'orientation a été explorée pour étudier les effets de l'adaptation. Suivant un schéma d’entraînement (adaptation), le même neurone ayant initialement répondu à l’orientation horizontale répondra désormais à une orientation oblique. Dans cette thèse, nous étudions les propriétés d'ajustement d'orientation de neurones individuels dans des couches superficielles et plus profondes de V1 dans deux environnements d'adaptation. En raison de la grande interconnectivité entre les neurones de V1, nous émettons l'hypothèse que non seulement les neurones individuels sont affectés par l'adaptation, mais que tout le cortex est reprogrammé par l'adaptation. Des enregistrements extracellulaires ont été effectués sur des chats anesthésiés. Les activités neuronales ont été enregistrées simultanément aux couches 2/3 et à la 5/6 à l'aide d'une électrode de tungstène. Les neurones ont été adaptés à la fois par stimulation visuelle et son répétitif selon deux protocoles différents. Dans les deux cas, une plage stimulante constituée de sinusoïdes à défilement a été présentée pour évoquer les réponses dans V1 et générer des courbes de réglage d'activité multi-unités. La connectivité fonctionnelle entre les neurones enregistrés a été démontrée par un corrélogramme croisé entre les décharges cellulaires captées simultanément. En réponse à l'adaptation visuelle, les neurones des couches 2/3 et 5/6 ont montré des glissements attractifs et répulsifs classiques. En revanche en comparant le comportement des neurones de l'une et l'autre couche, on a observé une tendance équivalente. Les corrélogrammes croisés entre les trains de neurones des couches 2/3 et 5/6 ont révélé des décharges synchronisées entre les neurones. Durant l'adaptation au son, en l'absence totale de stimuli visuel, le glissement des courbes d’accord a été observés chez l'une et l'autre couche indiquant ainsi un changement de la sélectivité de l'orientation. Toutefois, il faut prendre note du fait que les cellules des deux couches ont un glissement aux directions opposées ce qui dénote un comportement indépendant. Nos résultats indiquent que les réponses des neurones du cortex V1 peuvent être évoqués par stimulation directe ou indirecte. La différence de réponses à différents environnements d'adaptation chez les neurones des couches 2/3 et 5/6 indiquent que les neurones de l'aire V1 peuvent choisir de se comporter de la même façon ou différemment lorsque confrontés à divers’ stimuli sensoriels. Ceci suggère que les réponses dans V1 sont dépendantes du stimulus environnemental. Aussi, les décharges synchronisées des neurones de la couche 2/3 et de la couche 5/6 démontre une connectivité fonctionnelle entre les paires de neurones. En définitive on pourrait affirmer que les neurones visuels subissent une altération de leur sélectivité en construisant de nouvelles cartes de sélectivité. À la lumière de nos résultats on pourrait concevoir que le cortex en entier serait multi sensoriel compte tenu de la plasticité entre les zones sensorielles.
In the cat primary visual cortex (V1 or area17), neurons fundamentally respond to orientations of the objects in the outside world. Neurons responding to specific orientations form the orientation columns in V1. A neuron responding to a horizontal orientation will get optimally excited towards the outline of a horizontal object. This feature of the visual cortex known as orientation selectivity has been continuously explored to study the effects of adaptation. Following a training paradigm called adaptation, the same neuron that was inherently responding to the horizontal orientation will respond to an oblique orientation. In this thesis, we seek to examine the orientation tuning properties of individual neurons in superficial and deeper layers of V1 in different adaptation environments. Due to the extensive interconnectivity between V1 neurons, we hypothesize that not only do individual neurons get affected by adaptation paradigm, but the whole cortex is reprogramed. To this aim, extracellular recordings were performed in conventionally prepared anesthetized cats. Neural activities were recorded simultaneously from layer 2/3 and layer 5/6 using a tungsten multichannel electrode. Neurons were adapted with a visual adapter (visual adaptation) and a repetitive sound (sound adaptation) in two different settings. Both types of adaptations were performed uninterrupted for 12 minutes. In both settings, sine-wave drifting gratings were presented to evoke responses in V1 and generate tuning curves from the recorded multiunit activity. The functional connectivity between the recorded neurons was revealed by computing cross-correlation between individual neuron pairs. In response to visual adaptation, layer 2/3 and 5/6 neurons displayed classical attractive and repulsive shifts. On comparing the behaviour of the neurons in either layer, an equivalent tendency was observed. Cross-correlograms between the spike trains of neurons in layers 2/3 and 5/6 revealed synchronized firing between the neurons suggesting coordinated dynamics of the co-active neurons and their functional connections. During sound adaptation, where the visual adapter was completely absent, shifts in the tuning curves were observed in either layer indicating a novel orientation selectivity. However, it is noteworthy that cells in both layers shifted in opposite directions indicating independent behaviour. V1 neurons might have an additional role besides processing visual stimuli. The visual neurons may have demonstrated multisensory properties when stimulated indirectly through neighbouring sensory regions. Our results indicate that primary visual neurons can be evoked by direct or indirect stimulation. The difference in the responses of layer 2/3 and layer 5/6 neurons towards the different adaptation environments indicate that neurons in V1 may behave similar or different towards the different sensory stimulus. This suggests that V1 responses are stimulus dependent. Additionally, the synchronized firing of layer 2/3 and layer 5/6 neurons towards visual adapter signify an existence of functional connectivity between the neuron pairs. Together, it can be summarised that visual neurons undergo an alteration of selectivity by building new orientation maps that ultimately potentiates plasticity within sensory regions that are highly suggestive of entire cortex being multisensory.