Rozprawy doktorskie na temat „Multi-Modale”

Studio, a livello preliminare, di un sistema a pilotaggio remoto che permetta la sorveglianza e il monitoraggio di zone aeree e marine ad alto rischio e in contemporanea di compiere una raccolta di dati che possa essere inviata in tempo reale ad un utente a terra. Negli ultimi anni si è sviluppato notevolmente il settore dei velivoli a pilotaggio remoto sia ad ala fissa sia ad ala rotante, per la videoripresa e la fotografia aerea a bassa quota, che è utilizzata in molti ambiti tra i quali la fotogrammetria, la geologia e l’archeologia, nonché per studi scientifici e per la sicurezza. Nel presente lavoro di tesi è stata studiata la fattibilità di un UAV capace di effettuare la sua missione, previa pianificazione, in due ambienti completamente diversi fra loro: l’aria e l’acqua. Così facendo si ha la possibilità di acquistare un solo mezzo con costi minori e con un profilo di missione molto più vasto. Lo sviluppo di questo drone, pensato per operazioni di protezione civile, si è articolato in più fasi: anzitutto si è cercato di stabilire quale fosse il suo ambito di utilizzo e quali caratteristiche avrebbe dovuto avere. Successivamente si è iniziato a valutare l’equipaggiamento del velivolo con tutti i sistemi necessari per compiere la sua attività ed infine si è realizzato un disegno CAD semplificato della sua struttura. La seconda parte del lavoro è stata incentrata sullo studio preliminare della stabilità del velivolo sia in configurazione aerea sia in quella marina andando dapprima a calcolare la posizione del baricentro dell’UAV in modo da avere un velivolo aereo staticamente stabile e a simularne il volo. Successivamente si è modificato un modello Simulink di un UAV disponibile in rete, adattandolo opportunamente a questo caso per simulare parte della missione e si è potuto constatare che il velivolo risulta essere stabile; per far questo sono state calcolate diverse derivate aerodinamiche in modo da poter simulare il comportamento dinamico del velivolo. Anche per la configurazione marina sono state calcolate le derivate aerodinamiche più significative ed è stata realizzata una simulazione per valutare la stabilità del ROV, sempre a comandi fissi. In ultima analisi si è studiata una missione tipica che potrebbe effettuare questo UAV multi-modale: per fare ciò si è tracciata in Google Earth una traiettoria cui sono stati aggiunti alcuni modelli CAD nelle fasi principali del volo per far capire come varia la forma del mezzo durante la missione. Lo scenario della missione è in un contesto di disastro ambientale dovuto ad un incidente in una centrale nucleare vicina al mare, caso che ben si presta alla applicazione di questo mezzo a pilotaggio remoto.

Ce travail s’inscrit dans le cadre du développement d’une médecine davantage personnalisée et préventive, pour laquelle la fusion d’informations multi modale et de différentes représentations d'une même modalité sont nécessaires afin d'aboutir à une quantification fiable des images médicales en oncologie. Dans cette étude nous présentons deux applications de traitement et d'analyse des images médicales: le débruitage des images TEP et la détermination des volumes anatomo-fonctionnels des tumeurs en imagerie multi modale TEP/TDM. Pour le débruitage des images TEP, nous avons mis en place une approche intitulée "WCD" permettant de bénéficier des caractéristiques complémentaires de la transformée en ondelettes et la transformée en Curvelets afin de mieux représenter les structures isotropiques et anisotropiques dans ces images, ce qui permet de réduire le bruit tout en minimisant les pertes d'informations utiles dans les images TEP. En ce qui concerne la deuxième application, nous avons proposé une méthode de segmentationTEP/TDM intitulée "WCHMT" permettant d'exploiter la spécificité des arbres de Markov caché de prendre en compte les dépendances statistiques entre l’ensemble des données. Ce modèle permet de gérer simultanément les propriétés complémentaires de l’imagerie fonctionnelle et l’imagerie morphologique dans un cadre unifié où les données sont représentées dans le domaine des Contourlets. Le débruitage en TEP a abouti à une hausse significative du rapport signal sur-bruit (SNR) en garantissant la moindre variation de l'intensité et du contraste local. Quant à la segmentation multimodale TEP/TDM, elle a démontré une bonne précision lors de la détermination du volume tumoral en terme du coefficient de Dice (DSC) avec le meilleur compromis entre la sensibilité (SE) et la valeur prédictive positive (PPV) par rapport à la vérité terrain
This thesis is a part of the development of more personalized and preventive medicine, for which a fusion of multi modal information and diverse representations of the same modality is needed in order to get accurate and reliable quantification of medical images in oncology. In this study we present two applications for image processing analysis: PET denoising and multimodal PET/CT tumor segmentation. The PET filtering approach called "WCD" take benefit from the complementary features of the wavelet and Curvelets transforms in order to better represent isotropic and anisotropic structures in PET images. This algorithm allows the reduction of the noise while minimizing the loss of useful information in PET images. The PET/CT tumor segmentation application is performed through a Markov model as a probabilistic quadtree graph namely a Hidden Markov Tree (HMT).Our motivation for using such a model is to provide fast computation, improved robustness and an effective interpretational framework for image analysis on oncology. Thanks to two efficient aspects (multi observation and multi resolution), when dealing with Hidden Markov Tree (HMT), we exploit joint statistical dependencies between hidden states to handle the whole data stack. This model called "WCHMT" take advantage of the high resolution of the anatomic imaging (CT) and the high contrast of the functional imaging (PET). The denoising approach led to the best trade-off between denoising quality and structure preservation with the least quantitative bias in absolute intensity recovery. PET/CT segmentation's results performed with WCHMT method has proven a reliable segmentation when providing high Dice Similarity Coeffcient (DSC) with the best trade-off between sensitivity (SE) and positive predictive value (PPV)

Les logiques modales (normales et non-normales) jouent un role essentiel pour la formalisation logique du raisonnement sur des notions intensionnelles telles que le savoir, les croyances, le temps, les intentions, les actions, etc. ; et ce, surtout sous leur forme multi-modale qui permet d'automatiser le raisonnement sur differents concepts au sein du meme systeme logique: temps et savoir, savoir de plusieurs agents, action et temps ces concepts etant naturellement appeles a se cotoyer dans le cadre, par exemple, d'un univers multi-agents. Dans une premiere partie, nous menons une etude de la semantique de ces logiques, plus particulierement la semantique dite des mondes possibles, et apres un examen des resultats connus de caracterisation (adequation et completude), nous etablissons de nouveaux resultats pour les logiques multi-modales monotones (non-normales), et pour des logiques multi-modales normales predicatives avec formules de barcan. Nous donnons un resultat d'adequation et de completude pour une grande famille de ces logiques. Nous demontrons, a l'oppose, un nouveau resultat d'incompletude par une methode originale. Cette etude semantique est motivee, en dehors des aspects fondamentaux, par le besoin de disposer de logiques a la fois completes et adequates par rapport a une semantique calculatoirement interessante (comme celle des mondes possibles), ceci afin de pouvoir utiliser la methode de deduction automatique qui s'est revelee la plus fructueuse et la plus generale pour ce type de logique: la methode par traduction, car elle est basee sur la semantique. Elle constitue la matiere de la deuxieme partie. Dans cette deuxieme partie, nous dressons un etat de l'art, permettant de situer la problematique ; puis nous detaillons notre propre contribution qui porte sur trois points: les deux premiers concernant des ameliorations que nous apportons a la methode initiale, et le dernier concerne l'application de la methode par traduction aux logiques non-normales par l'intermediaire d'une traduction prealable des logiques non-normales dans des logiques normales, permettant ainsi l'utilisation des travaux realises pour ces dernieres

Lors de l’observation de mouvements, le système perception-action permet le couplage entre les représentations visuelle et motrice du mouvement observé. Ce couplage produit des effets de facilitation motrice qui pourraient être utilisés pour entraîner le système moteur chez différentes populations cliniques. Cette thèse se propose comme un pont entre la recherche fondamentale et l’utilisation clinique de l’observation d’actions. Son objectif principal était de vérifier si les effets produits par l’observation de mouvements simples pouvaient être reproduits en utilisant des mouvements de la vie courante. Pour ce faire, les effets de l’observation d’actions ont été étudiés chez des sujets sains à l’aide d’approches tenant compte des intérêts de la réadaptation. Cette thèse devait également fournir des données sur les différences dans la réponse à l’observation d’actions entre les individus et entre les méthodes utilisées pour la mesurer. Les résultats suggèrent que le système perception-action est surtout recruté lors de l’observation de mouvements peu familiers. Aussi, nos données indiquent que l’observation de mouvements de la vie courante peut produire des patrons de facilitation anatomiquement congruents avec les mouvements observés. Nos données montrent également que la magnitude et le patron de réponse sont très variables entre les individus. De plus, les effets mesurés peuvent dépendre de la méthode utilisée pour étudier l’observation d’actions. Ainsi, il ne semble pas y avoir de relation directe entre les marqueurs comportementaux et physiologiques de la facilitation motrice induite par l’observation d’actions. À l’instar de ce qui avait été montré lors d’études utilisant des mouvements simples, l’observation de mouvements de la vie courante peut produire un patron de facilitation où la représentation du mouvement observé est associée à sa représentation dans le répertoire moteur de l’observateur. Les importantes différences inter-individuelles dans les effets suggèrent que certains individus répondent plus facilement que d’autres à l’observation d’actions. Par conséquent, identifier quels patients sont susceptibles de bénéficier le plus de l’observation d’actions en réadaptation pourrait permettre une utilisation plus efficiente de cette approche. Nous proposons qu’une étape importante du passage de l’observation d’actions vers la réadaptation sera l’identification des marqueurs qui peuvent le mieux prédire les améliorations cliniques.
During action observation, the perception-action system is responsible for the coupling between the visual and motor representations of observed movement. This coupling induces motor priming effects that could be useful for training the motor system of different clinical populations. This thesis main objective was to test if the effect induced by the observation of simple movements could be obtained during the observation of everyday movements. In order to answer this question, the effect of action observation was studied in healthy subjects using approaches in line with the interests of the rehabilitation domain. Furthermore, we aimed at investigating inter-individual differences in the response to action observation and differences pertaining to the method used to measure this response. Results suggest that the perception-action system is recruited to a greater extend by unfamiliar actions. Our data also indicate that observation of everyday movements can produce anatomically congruent facilitation patterns. Importantly, the magnitude and the pattern of response to action observation greatly vary between individuals. Results also indicate that the facilitation effects can vary depending on the method used to study action observation. Indeed, there seem to be no relation between the behavioral and physiological markers of motor facilitation induced by action observation. Similar to what was shown in studies using simple movements, observing everyday movements can induce a pattern of motor facilitation where the visual representation of the observed movement is associated with its representation in the observer’s motor repertoire. The important inter-individual differences in the effects produced by action observation suggest that some individuals could respond more easily to action observation than others. Hence, identifying patients for whom rehabilitation using action observation could be the most beneficial could ensure a more efficient use of this approach. An important future step in the clinical use of action observation will be the identification of markers that could best predict the clinical improvements produced with action observation.

La dynamique d’une structure peut être vue aussi bien en termes de modes (ondes stationnaires) qu’en termes d’ondes élastiques libres. Les approches modales sont largement utilisées en mécanique et de nombreuses techniques de réduction de modèles (Model Order Reduction - MOR) ont été développées dans ce cadre. Quant à la dynamique des structures périodiques, les approches propagatives sont majoritairement utilisées, où la périodicité est exploitée en utilisant la théorie de Bloch. Pour les structures périodiques complexes, plusieurs techniques MOR sur la base d’onde ont été proposées dans la littérature. Dans ce travail, une approche couplée propagative et modale a été développée pour étudier la propagation des ondes dans les structures périodiques. Cette approche commence par la description modale d’une cellule unitaire (échelle mésoscopique) en utilisant la synthèse modale (Component Mode Synthesis - CMS). Par la suite, la méthode propagative - Wave Finite Element Method (WFEM) est appliquée sur la structure (échelle macroscopique). Cette méthode est nommée “CWFEM” pour CondensedWave Finite Element Method. Elle combine les avantages de la CMS et WFEM. La CMS permet d’analyser le comportement local d’en extraire une base réduite. La WFEM exploite la périodicité de la structure d’en extraire les paramètres de propagation. Ainsi, l’analyse de la propagation des ondes dans la structure à l’échelle macroscopique peut être réalisée en prenant en compte l’échelle mésoscopique. L’efficacité de la CWFEM est illustrée par de nombreuse applications aux structures périodiques monodimensionnelle (1D) et bidimensionnelle (2D). Le critère de réduction optimale assurant la convergence est discuté. Les caractéristiques de propagation dans les structures périodiques sont identifiées: bande passante, bande interdite, la directivité marquée (wave beaming effects), courbe de dispersion, band structure, surface des lenteurs... Ces propriétés peuvent répondre au besoin de conception des barrières vibroacoustiques, pièges à ondes. La CWFEM est ensuite appliquée pour étudier la propagation des ondes dans des plaques perforées et plaques raidies. Une méthode d’homogénéisation pour déterminer le modèle équivalent de la plaque perforée est proposée. Les comportements à haute fréquence tels que la directivité marquée sont également prédits par CWFEM. Trois modèles de plaques avec perforations différentes sont étudiées dans ce travail. Une validation expérimentale est effectuée sur deux plaques. Pour la plaque raidie, l’influence des modes internes sur la propagation globale est discutée. La densité modale est estimée, en moyenne et haute fréquences, pour une plaque raidie finie, où une bonne corrélation est obtenue en comparant les résultats à l’issue des analyses modales
Structural dynamics can be described in terms of structural modes as well as elastic wave motions. The mode-based methods are widely applied in mechanical engineering and numerous model order reduction (MOR) techniques have been developed. When it comes to the study of periodic structures, wave description is mostly adopted where periodicity is fully exploited based on the Bloch theory. For complex periodic structures, several MOR techniques conducted on wave basis have been proposed in the literature. In this work, a wave and modal coupled approach is developed to study the wave propagation in periodic structures. The approach begins with the modal description of a unit cell (mesoscopic scale) using Component Mode Synthesis (CMS). Subsequently, the wave-based method -Wave Finite Element Method (WFEM) is applied to the structure (macroscopic scale). The method is referred as “CWFEM” for Condensed Wave Finite Element Method. It combines the advantages of CMS and WFEM. CMS enables to analyse the local behaviour of the unit cell using a reduced modal basis. On the other hand, WFEM exploits fully the periodic propriety of the structure and extracts directly the propagation parameters. Thus the analysis of the wave propagation in the macroscopic scale waveguides can be carried out considering the mesoscopic scale behaviour. The effectiveness of CWFEM is illustrated via several one-dimensional (1D) periodic structures and two-dimensional (2D) periodic structures. The criterion of the optimal reduction to ensure the convergence is discussed. Typical wave propagation characteristics in periodic structures are identified, such as pass bands, stop bands, wave beaming effects, dispersion relation, band structure and slowness surfaces...Their proprieties can be applied as vibroacoustics barriers, wave filters. CWFEM is subsequently applied to study wave propagation characteristics in perforated plates and stiffened plate. A homogenization method to find the equivalent model of perforated plate is proposed. The high frequency behaviours such as wave beaming effect are also predicted by CWFEM. Three plate models with different perforations are studied. Experimental validation is conducted on two plates. For the stiffened plate, the influence of internal modes on propagation is discussed. The modal density in the mid- and high- frequency range is estimated for a finite stiffened plate, where good correlation is obtained compared to the mode count from modal analysis

The present research project was aimed at developing smart nano-systems able to selectively respond with morphological alterations to external physio-pathologic stimuli. These systems are intended for diagnostic or therapeutic applications in tumor treatment. The responsiveness of these systems is intended to improve the site-selective targeting efficiency and reduce uncontrolled disposition in healthy tissues. Smart nano-systems have been obtained using gold nanoparticles (AuNPs) as platform. AuNPs have been surface coated with responsive polymeric components to endow stealth properties in physiologic conditions after injection in the bloodstream. The tumor interstitium is characterized by altered pH and temperature with respect to normal tissues. Thus, when the nano-system reaches the tumour, the responsive coating can undergo morphological modifications which modulate the interface properties of the nanoparticles. This will promote their interaction with the biological surfaces (i.e. cells, tissues). In the project here discussed, different functionalization strategies of AuNPs have been investigated in order to develop nano-carriers provided with multimodal targeting to the tumor. Gold nanoparticles were surface decorated with targeting agents and thermosensitive or pH-sensitive polymers. This allowed producing nano-carriers in which bio-recognition can be controlled by temperature or pH. In physiological conditions, the polymer on particles surface can hide the targeting moiety while in the tumor tissue the thermosensitive or pH sensitive polymer chains collapse provoking the targeting agent exposition and thus promoting cellular internalization. As a result, the multimodal targeting will decrease aspecific biorecognition and increase site-specificity. Gold nanoparticles were produced by Laser ablation technique in aqueous solution without addition of surfactants or stabilizing agents. This finely controlled method allows for obtaining AuNPs with a size of 18 nm. The components used for gold nanoparticles surface functionalization have been thiolated since sulphidril groups promptly react with metal gold with high yield. AuNPs have been surface decorated with biotin-SH and the 8 kDa thermosensitive polymer N-isopropylacrylamide-co-acrylamide-SH (pNIPAm-co-Am-SH), characterized by a low critical solution temperature (LCST) of 37 °C. The nanosystem obtained was tested by ELISA enzymatic assay to evaluate its ability to bind selectively avidin, chosen as model target, as a function of temperature. The results showed that the system behavior is thermally controlled since functionalized gold nanoparticles can only bind avidin when temperature is increased above the polymer LCST at which it collapses. Furthermore, the investigation highlighted the role of the biotin amount and of the biotin/polymer molar ratio on gold nanoparticles surface in affecting the system performance. The system has been further investigated, according to the information acquired, with the biotinylated thermosensitive AuNPs. Gold nanoparticles were surface functionalized with folic acid-SH and the thermosensitive polymer pNIPAm-co-Am-SH to achieve temperature controlled targeting towards cancer cells overexpressing folate receptor (HiFR). Stability studies performed in PBS showed that thermosensitive polymer is paramount to avoid nanoparticles aggregation in the presence of salts. At temperature below polymer LCST, gold nanoparticles are very stable while above the LCST, only a mild aggregation was detected. Folated thermosensitive AuNPs have been tested in vitro with tumor cells overexpressing and non-expressing the folate receptor. The results showed that folated thermosensitive nanoparticles incubated with HiFR cell lines are internalized by cells and dispose in the citosol only at temperature above the polymer LCST. The concept of multimodal targeting was extended to the development of pH-sensitive gold nanoparticles, using polymers able to respond with morphological alterations to environmental pH changes. Ideally, acid-sensitive polymers adequate for this purpose should be soluble and in coil form at pH 7.4 and convert into insoluble globular state, as a consequence of their protonation, in acidic tumor environment. To this aim, different pH-sensitive polymers were produced in order to have an array of materials with satisfactory pKa (in the physiopathological range) to chose from for gold nanoparticles functionalization. The materials were designed in order to endow acid sensitiveness to the decorated nanoparticles in the physic-pathological range. A 2-(methacryloyloxy)ethyl 3-chloro-4-hydroxybenzoate monomer (MOECHB) was chosen and pH responsive materials were obtained by living radical polymerization technique, namely reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT). One homopolymer and various random and block copolymers using the 2-(methacryloyloxy)ethyl 3-chloro-4-hydroxybenzoate and hydrophilic monomers, namelly metoxy(polyetilenglycole methacrylate (mPEGMA475) or glycerol methacrylate (GMA), were synthesized. All the polymers obtained were characterised by potentiometric titration to determine the pKa value, and turbidimetric analysis to measure the cloud point. Furthermore, their pH-dependant behavior was investigated by dynamic light scattering at various pH conditions. One random and two block copolymers, composed by MOECHB and GMA, were selected for further investigation. Decreasing pH from 7.4 to 6.5, as in physiopathologic condition, they showed a conversion from the soluble to the aggregated state. One additional block copolymer, made by MOECHB and mPEGMA475, will be also evaluated: in the same physiopathologic condition, it outlined morphological modification, albeit without aggregation. The results displayed that pH responsiveness is modulated by the 2-(methacryloyloxy)ethyl 3-chloro-4-hydroxybenzoate/hydrophilic monomer molar ratio in the polymer backbone and by the polymer molecular weight.
Il presente progetto di ricerca ha riguardato lo sviluppo di un nano-sistema intelligente, capace di rispondere selettivamente a stimoli esterni di tipo fisiopatologico con alterazioni morfologiche. Tali sistemi sono stati disegnati per un impiego in diagnostica o nella terapia antitumorale. La responsività di questi sistemi ha lo scopo di migliorare l’ efficienza del direzionamento selettivo e di ridurre la distribuzione aspecifica nei tessuti sani. Sistemi intelligenti sono stati ottenuti a partire da nanoparticelle d’ oro (AuNPs), a cui sono stati associati polimeri responsivi, che conferiscono loro caratteristiche stealth in condizioni fisiologiche in seguito ad iniezione nel torrente circolatorio. E’ noto che l’ interstizio tumorale è aratterizzato da valori di pH e temperatura alterati rispetto al tessuto sano. Di conseguenza, quando il nano-sistema raggiunge il tumore, il rivestimento polimerico può² subire modifiche morfologiche che modulano le proprietà delle nanoparticelle. Questo promuoverà la loro interazione con le superfici biologiche, quali cellule e tessuti. Nel progetto qui discusso, sono state valutate diverse strategie di funzionalizzazione di AuNPs, allo scopo di sviluppare nano-carriers caratterizzati da un direzionamento multi-modale al tumore. Nanoparticelle d’ oro sono state derivatizzate superficialmente con agenti di direzionamento e polimeri termosensibili o pH sensibili, affinchè il riconoscimento selettivo del tessuto tumorale da parte dei nano-carriers sia controllato dalle condizioni di temperatura o di pH circostanti. In condizioni fisiologiche i polimeri presenti sulla superficie delle AuNPs schermano l’ agente di targeting, mentre nel tessuto tumorale grazie alla temperatura o pH alterati, essi collassano determinando l’ esposizione del direzionante e promuovendo l’ endocitosi cellulare. Come conseguenza, il direzionamento multi-modale diminuirà il bio-riconoscimento aspecifico a favore invece della sito-specificità. Le nanoparticelle d’ oro utilizzate in questo progetto sono state prodotte mediante laser ablation in soluzione acquosa, senza utilizzo di sostanze surfattanti e stabilizzanti. Attraverso questo processo controllato e riproducibile si sono ottenute dispersioni di particelle diluite, con diametro medio di 18 nm. Per la funzionalizzazione superficiale di nanoparticelle d’ oro i materiali utilizzati sono stati tiolati, nota l’ elevata capacità di coniugazione di gruppi sulfidrilici su superfici d’ oro metallico. Il primo sistema sviluppato in questo progetto di tesi ha riguardo l’ impiego di nanoparticelle d’ oro in grado di rispondere a stimoli termici. AuNPs sono state modificate superficialmente con biotina-SH e con un polimero termosensibile di 8 kDa, N-isopropylacrylamide-co-acrylamide-SH (pNIPAm-co-Am-SH), caratterizzato da una low critical solution temperature (LCST) di 37 °C. Il sistema ottenuto è stato testato mediante saggio enzimatico di tipo ELISA per valutarne la capacità di binding selettivo ad avidina, scelta come modello, in funzione della temperatura. I risultati hanno mostrato che il comportamento del sistema è controllato dalla temperatura, in quanto le nanoparticelle sono in grado di legare l’ avidina solo quando la temperatura è superiore all’ LCST del polimero, ovvero quando il polimero stesso collassa. Lo studio ha inoltre evidenziato che la quantità assoluta di biotina e i rapporti molari biotina/polimero sulla superficie delle nanoparticelle condizionano in modo rilevante le performance del sistema Sulla base delle ottimizzazioni realizzate con le nanoparticelle direzionate con biotina, il sistema è stato modificato superficialmente con acido folico e lo stesso polimero termosensibile (pNIPAm-co-Am-SH), allo scopo di ottenere un direzionamento verso cellule tumorali sovraesprimenti il recettore per il folato (HiFR). Gli studi di stabilità in PBS hanno mostrato come il polimero termosensibile sia indispensabile per impedire l’ aggregazione delle particelle in presenza di sali. A temperatura inferiore all’ LCST del polimero le nanoparticelle sono stabili, ed aggregano solo marginalmente a temperatura superiore. AuNPs termosensibili e funzionalizzate con acido folico sono state testate in vitro su due diverse linee celluari, sovraesprimenti e non il recettore per l’ acido folico. Gli studi hanno mostrato che solo le particelle termosensibili modificate con acido folico e incubate con linee cellulari HiFR, a temperatura superiore all’ LCST del polimero, vengono internalizzate dalle cellule e si distribuiscono nel citosol. Il concetto di targeting multi-modale è stato successivamente ampliato per lo sviluppo di nanoparticelle d’ oro pH-sensibili, utilizzando polimeri in grado di rispondere con cambiamenti morfologici ad alterazioni del pH ambientale. Idealmente, polimeri acido sensibili adeguati allo scopo devono essere solubili ed in conformazione estesa a pH 7.4, ma subire una conversione allo stato globulare insolubile in seguito a protonazione nell’ ambiente acido tumorale. Per raggiungere questo obiettivo sono stati sintetizzati diversi polimeri pH-sensibili, in modo tale da disporre di una gamma di materiali caratterizzati da valori di pKa e cloud point adeguati allo scopo, tra cui poter selezionare il più¹ adatto per la funzionalizzazione superficiale di nanoparticelle d’ oro. I materali sono stati disegnati per conferire alle AuNPs proprietà di acido-sensibilità nel range fisiopatologico. E’ stato selezionato e sintetizzato un monomero acido-sensibile, 2-(metacriloilossi)etil 3-cloro-4-idrossibenzoato (MOECHB), a partire dal quale sono stati poi prodotti polimeri pH responsivi. La metodica adottata per la reazione di polimerizzazione fa parte delle cosiddette tecniche di polimerizzazioni viventi, ovvero la reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT). Sono stati sintetizzati un omopolimero e diversi copolimeri sia random che a blocchi utilizzando MOECHB e monomeri idrofilici, nello specifico metossi(polietilenglicole metacrilato) (mPEGMA475), e glicerolo metacrilato (GMA). Tutti i polimeri ottenuti sono stati caratterizzati mediante titolazione potenziometrica per determinarne il pKa, e sottoposti ad analisi turbidimetrica per misurare il punto di intorbidimento (cloud point). Il loro comportamento pH-dipendente è stato inoltre investigato mediante analisi di dynamic light scattering (DLS) effettuate a diversi valori di pH. Sono stati selezionati un copolimero random e due copolimeri a blocchi, composti da MOECHB e GMA, per ulteriori studi di funzionalizzazione di nanoparticelle d’ oro. Infatti questi materiali hanno mostrato una conversione da una forma solubile ad una aggregata insolubile per diminuzione del pH della soluzione da 7.4 a 6.5, che mima le condizioni fisiopatologiche. Un ulteriore copolimero a blocchi di MOECHB con mPEGMA475 sarà valutato, in quanto nelle medesime condizioni ha mostrato modifiche morfologiche, sebbene non si sia osservata la formazione di prodotti insolubili. I risultati delle analisi hanno evidenziato infine che la responsività al pH è modulata dal rapporto molare 2-(metacriloilossi)etil 3-cloro-4-idrossibenzoato/monomero idrofilico nella composizione polimerica, così come dal peso molecolare del polimero.

Questo lavoro di tesi si prefigge l’obiettivo di simulare il trasporto di organi destinati a trapianto sul territorio nazionale italiano. Lo scopo della simulazione è mettere in luce le criticità e le eventuali soluzioni alternative in modo da raggiungere un duplice obiettivo: la certezza di portare a compimento il trasporto da un ospedale ad un altro entro i tempi clinici necessari affinché l’organo sia ancora utilizzabile e la riduzione dei costi del trasporto, che negli ultimi anni si sono rivelati elevati a causa del ricorso frequente a voli di Stato. Nella prima parte del lavoro viene delineato il problema e le necessità di ottimizzazione della rete, dopodiché si illustra il modello creato per simulare la situazione di as-is ed infine si espone il modello da utilizzare in futuro, dove si prevedono i tempi futuri di percorrenza. Per la modellazione della situazione attuale sono stati utilizzati due livelli di dettaglio diversi, uno che si basa sulla suddivisione dei trapianti in ingresso e uscita da una regione specifica e uno che approfondisce ulteriormente la rete modellando gli spostamenti di città in città. I modelli predittivi presentati sono due, uno che considera tempi predittivi deterministici e uno che considera tempi stocastici. Dopo ciascuna modellazione vengono esposti i risultati e le statistiche più significative; vengono infine messi in evidenza gli aspetti critici e gli sviluppi futuri della simulazione. Il software scelto per creare e simulare il trasporto degli organi sulla rete è Arena.

Nous étudions dans ce travail des méthodes de déduction automatique pour la logique multi-modale. Dans une première partie les logiques multi-modales considérées contiennent un nombre fini de paires d'opérateurs modaux. Dans la dernière partie les opérateurs modaux peuvent être indexés par des termes d'une logique à sortes ordonnées. Dans les deux cas les opérateurs modaux sont de type KD, KD4, KT, KT4 ou KF. Les formules de la logique multi-modale sont traduites dans une logique du premier ordre à sortes ordonnées. Dans le premier cas la logique utilisée est munie d'une théorie équationnelle. Dans le deuxième cas, nous utilisons en plus une théorie de contraintes. Pour la déduction automatique les méthodes utilisées sont adaptées de la E-résolution de Plotkin et de la résolution contrainte de Frisch. Les théories équationnelles utilisées possèdent un opérateur associatif mais les termes obtenus par traduction possèdent une structure très particulière (appelée ici propriété PR) et un procédé adapté de skolémisation permet de conserver cette structure. Une étude de l'unification associative pour les termes possédant cette propriété est faite pour l'algorithme de Plotkin et pour des algorithmes utilisant des règles de transition. Les algorithmes proposés terminent et calculent des ensembles complets d'unificateurs, qui sont, dans ce cas, finis.

La vérification automatique de l'identité d'une personne est utilisée dans beaucoup d'applications telles que l'accès à des services automatisés et à des endroits protégés (banques,....). Un facteur important, qui limite le développement de ces services, est la nécessité de diminuer la probabilité d'intrusion par des imposteurs (ce qu'on appelle le taux de fausses acceptations: FA), tout en minimisant la probabilité d'être rejeté pour les clients (ce qu'on appelle le taux de faux réjets: FR). Une possibilité pour relever ce défi est d'utiliser plusieurs "procédés d'identification" (souvent appelés modalités) différents, et de les combiner ou de les fusionner. L'utilisation d'un "mot de passe" ou d'une carte avec numéro d'identification personnel (PIN) est une modalité de vérification bien connue et très populaire. Malheureusement, on peut oublier ce PIN ou le "perdre" et, en plus, la seule chose que l'on vérifie vraiment est la connaissance du bon numéro. Une autre approche consiste à utiliser des modalités dites biométriques, qui se basent sur la mesure de certaines caractéristiques biologiques de personnes (empreintes digitales, visage, parole,....). L'être humain utilise d'ailleurs la vision et le signal vocal, lorsqu'il est confronté à ce même problème de reconnaissance. L'avantage intrinsèque de ces modalités biométriques est qu'elles sont "liées" à l'individu (on ne peut pas les perdre). Parmi les modalités biométriques les plus utilisées, on trouve tout d'abord le signal vocal (vérification du locuteur). Cette méthode de vérification est déjà bien connue, mais souffre de quelques désavantages majeurs. Un de ces désavantages est la variabilité dans le temps des caractéristiques d'un même locuteur (variabilité intra-locuteur). Pour intégrer cette variabilité fondamentale et pour assurer la robustesse des méthodes traditionnelles de vérification de locuteur, il faut obligatoirement effectuer des séances d'entraînement relativement longues et répetées dans le temps, ce qui ne rend pas cette méthode très conviviale. Si on diminue la durée ou la fréquence des séances d'entraînement, on dégrade ipso facto les performances de ce genre de méthodes. Un autre désavantage est le risque d'un enregistrement du signal de parole à des fins d'imposture. Une des possibilités attractives pour amméliorer les performances des méthodes de vérification d'identité à faible niveau d'entraînement, tout en préservant la convivialité, est de ne pas se baser uniquement sur la parole, mais d'y inclure également d'autres informations (modalités), de préférence indépendantes (afin de maximaliser l'apport d'information). Une des autres modalités possibles est sans aucun doute la vision. L'identification basée sur le visage peut évidemment utiliser des caractéristiques biométriques aussi bien de face (distance entre les yeux et la bouche,etc....) que de profil. La vue de face permet en outre de localiser les lèvres et de suivre leurs mouvements, et donc d'utiliser la synchronisation entre les lèvres et la parole. Pour améliorer les résultats obtenus par une seule modalité, on peut combiner plusieurs d'entre elles, ce qui implique l'application de techniques de fusion de données. Ces techniques sont souvent classées dans trois catégories différentes, basées respectivement sur l'utilisation de modèles physiques, de procédés d'inférence et de méthodes cognitives. Les modèles physiques utilisent la simulation et l'estimation. Les techniques d'inférence comprennent entre autres les méthodes statistiques (Bayes, Dempster-Shafer), les méthodes de clustering, les réseaux de neurones, les méthodes par vote et les méthodes de reconnaissance de formes. Enfin les stratégies cognitives se regroupent surtout autour de la logique floue et des systèmes experts. L'objet de cette thèse est d'explorer différentes techniques de fusion de données en mettant l'accent sur les techniques d'inférence.

La définition d'une métrique entre des séries temporelles est un élément important pour de nombreuses tâches en analyse ou en fouille de données, tel que le clustering, la classification ou la prédiction. Les séries temporelles présentent naturellement différentes caractéristiques, que nous appelons modalités, sur lesquelles elles peuvent être comparées, comme leurs valeurs, leurs formes ou leurs contenus fréquentielles. Ces caractéristiques peuvent être exprimées avec des délais variables et à différentes granularités ou localisations temporelles - exprimées globalement ou localement. Combiner plusieurs modalités à plusieurs échelles pour apprendre une métrique adaptée est un challenge clé pour de nombreuses applications réelles impliquant des données temporelles. Cette thèse propose une approche pour l'Apprentissage d'une Métrique Multi-modal et Multi-scale (M2TML) en vue d'une classification robuste par plus proches voisins. La solution est basée sur la projection des paires de séries temporelles dans un espace de dissimilarités, dans lequel un processus d'optimisation à vaste marge est opéré pour apprendre la métrique. La solution M2TML est proposée à la fois dans le contexte linéaire et non-linéaire, et est étudiée pour différents types de régularisation. Une variante parcimonieuse et interprétable de la solution montre le potentiel de la métrique temporelle apprise à pouvoir localiser finement les modalités discriminantes, ainsi que leurs échelles temporelles en vue de la tâche d'analyse considérée. L'approche est testée sur un vaste nombre de 30 bases de données publiques et challenging, couvrant des images, traces, données ECG, qui sont linéairement ou non-linéairement séparables. Les expériences montrent l'efficacité et le potentiel de la méthode M2TML pour la classification de séries temporelles par plus proches voisins
The definition of a metric between time series is inherent to several data analysis and mining tasks, including clustering, classification or forecasting. Time series data present naturally several characteristics, called modalities, covering their amplitude, behavior or frequential spectrum, that may be expressed with varying delays and at different temporal granularity and localization - exhibited globally or locally. Combining several modalities at multiple temporal scales to learn a holistic metric is a key challenge for many real temporal data applications. This PhD proposes a Multi-modal and Multi-scale Temporal Metric Learning (M2TML) approach for robust time series nearest neighbors classification. The solution is based on the embedding of pairs of time series into a pairwise dissimilarity space, in which a large margin optimization process is performed to learn the metric. The M2TML solution is proposed for both linear and non linear contexts, and is studied for different regularizers. A sparse and interpretable variant of the solution shows the ability of the learned temporal metric to localize accurately discriminative modalities as well as their temporal scales.A wide range of 30 public and challenging datasets, encompassing images, traces and ECG data, that are linearly or non linearly separable, are used to show the efficiency and the potential of M2TML for time series nearest neighbors classification

Nous nous intéressons aux conversations écrites en ligne orientées vers la résolution de problèmes. Dans la littérature, les interactions entre humains sont typiquement modélisées en termes d’actes de dialogue, qui désignent les types de fonctions remplies par les énoncés dans un discours. Nous cherchons à utiliser ces actes pour analyser les conversations écrites en ligne. Un cadre et des méthodes bien définies permettant une analyse fine de ce type de conversations en termes d’actes de dialogue représenteraient un socle solide sur lequel pourraient reposer différents systèmes liés à l’aide à la résolution des problèmes et à l’analyse des conversations écrites en ligne. De tels systèmes représentent non seulement un enjeu important pour l’industrie, mais permettraient également d’améliorer les plate-formes d’échanges collaboratives qui sont quotidiennement sollicitées par des millions d’utilisateurs. Cependant, les techniques d’identification de la structure des conversations n’ont pas été développées autour des conversations écrites en ligne. Il est nécessaire d’adapter les ressources existantes pour ces conversations. Cet obstacle est à placer dans le cadre de la recherche en communication médiée par les réseaux (CMR), et nous confronte à ses problématiques propres. Notre objectif est de modéliser les conversations écrites en ligne orientées vers la résolution de problèmes en termes d’actes de dialogue, et de proposer des outils pour la reconnaissance automatique de ces actes
We are interested in problem-solving online written conversations. These conversations may be found on online channels such as forums, mailing lists or chat rooms. In the literature, human interactions are usually modelled in terms of dialogue acts. Dialogue acts are typically used to represent the discursive functions of utterances in dialogue. We want to use dialogue acts for the analysis of online written conversations. Well-defined methods and models allowing for the fine-grained analysis of these conversations would represent a solid framework to support different user-assistance and dialogue analysis systems. This would represent an important stake for the customer support industry, but could also be used to improve collaborative assistance platforms that are accessed daily by millions of users. However, current conversations analysis techniques were not developed with written online conversations in mind. It is necessary to adapt existing resources for these conversations. This effort is related to the field of research in computer-mediated conversations (CMC). Our goal is to build a dialogue act model for problem-solving online written conversations, and to offer tools for the automatic recognition of these acts

Dans les batiments des reacteurs et des turbines d'une centrale nucleaire, des ponts roulants de grande taille et de masse importante servent a la manutention de materiels lourds (cuve de reacteur, assemblage combustible, ). Ces ponts roulent sur des rails, lineaires ou circulaires, amenages dans la partie superieure de ces batiments. Ces engins sont appeles a resister a de violentes catastrophes telles qu'un tremblement de terre et doivent faire preuve d'une grande securite et de fiabilite en tout etat de cause. Le pont polaire du batiment reacteur est en particulier severement concerne par les normes de surete pour la raison principale qu'il est situe au dessus du reacteur nucleaire. C'est dans ce contexte qu'une etude globale de verification de la tenue au seisme des ponts roulants a ete lancee. En parallele, cette these a ete demarree afin de mieux comprendre le comportement de ce type de structure et de proposer une methode simplifiee prenant en compte la possibilite du glissement a l'interface entre le pont et sa voie de roulement. Le glissement a cette interface reduit en effet, sensiblement l'energie transmise par vibrations. L'analyse sismique de ces ponts roulants est reconsideree, en vue notamment, de reduire le conservatisme important du a la non prise en compte de cette possibilite de glissement. Des essais sismiques sur table vibrante ainsi que des simulations numeriques sur un modele non-lineaire d'une maquette de pont roulant ont permis de mettre en evidence certains phenomenes lies au frottement tels que la participation des modes de frequences superieures a la frequence de coupure de l'excitation. La table vibrante etant mono-axiale, seule l'influence de la composante sismique horizontale est examinee. Le modele numerique de la maquette, ajuste sur le modele experimental, a fourni les resultats de reference pour le developpement d'une methode simplifiee de calcul par spectre de reponse elastique. Celle-ci, appelee methode du spectre de glissement, exploite la nouvelle theorie de modes propres en base glissante. Elle s'adapte parfaitement au calcul de la reponse sismique de structure a base glissante. Actuellement, elle ne prend en compte que la composante horizontal d'un seisme. Elle s'avere moins conservative en comparaison avec le cas lineaire ou les appuis de la structure sont bloques. Elle permet enfin de dimensionner au seisme, plus pratiquement, ce genre de structure glissante en offrant une alternative aux tres onereuses methodes de calcul transitoire (simulations de monte-carlo).

Notre sujet de recherche porte sur l’étude de patients psychotiques et alcoolo-dépendants (CIM-10) qui évoluent sur les dimensions psychologiques de la créativité, des émotions (reconnaissance, expression et régulation émotionnelle) et des cognitions (perception, attention, mémoire, fonctions exécutives) lors d’une intervention de psychothérapie à médiation musicale de groupe au sein d’un hôpital de réhabilitation psychiatrique stationnaire. Nous appliquons une méthodologie quantitative et qualitative intégrée pour une période de huit mois d’intervention thérapeutique. Six études scientifiques (articles) composent le contenu de cette thèse :Étude 1 : Mise en évidence du processus créatif (artistique et musical). Étude 2 : L’élaboration de schémas d’observation clinique. Étude 3 : L’évolution du malade psychique sur la dimension des émotions.Étude 4 : La dimension cognitive : Capacités d’attention et de mémorisation lors du processus thérapeutique.Étude 5 : Études structurales en psychothérapie à médiation musicale de groupe.Étude 6 : Le groupe thérapeutique comme objet de recherche en réhabilitation psychiatrique stationnaire. Les résultats des études quantitatives confirment l’existence d’un impact favorable du sonore sur les dimensions psychologiques et sur le comportement observable, tout en prenant en considération l’existence de différences significatives entre les sous-groupes cliniques des patients psychotiques (schizophrénie) et des patients alcoolo-dépendants. Finalement, la mise en place de programmes d’intervention psychothérapeutique spécialisés, adaptés aux diagnostiques préalables et aux besoins spécifiques des patients, est discutée
Our research theme relates to the evolution of psychiatric patients on the psychological dimensions of creativity, emotions and cognitions during music psychotherapy within a long-term care psychiatric hospital. The research objectives, carried out via a mixed quantitative and qualitative methodology, focus the subject of sound influence on the human body, so as the developement of the therapeutic relationship and latent processes during therapy sessions. Six scientifical studies (articles) are going to compose the content of this thesis : Study 1 : Revealing the creative process in music psychotherapy. Study 2 : The development of observational frames in the arts psychotherapies. Study 3 : The patient’s evolution on the psychological dimension of emotions.Study 4 : The cognitive dimension : Attention and mnestic capacities during the therapeutic process.Study 5 : Structural studies to resume group music psychotherapy intervention. Study 6 : The therapeutic group as a research object in long-term psychiatric care. The results of the studies tend to confirm the existence of a favourable sound impact on psychological dimensions, by taking into account significant differences between the clinical sets of psychotics (schizophrenia) and alcoholo-dependent patients. Finally, reflections on the implementation of specialized psychotherapeutic intervention programmes, adapted to initial diagnosis and patient’s demands, are presented

Pour caractériser les lésions hépatiques, les radiologues s’appuient sur plusieurs images acquises selon différentes modalités (différentes séquences IRM, tomodensitométrie, etc.) car celles-ci donnent des informations complémentaires. En outre, les outils automatiques de segmentation et de détection leur sont d’une grande aide pour la caractérisation des lésions, le suivi de la maladie ou la planification d’interventions. A l’heure où l’apprentissage profond domine l’état de l’art dans tous les domaines liés au traitement de l’image médicale, cette thèse vise à étudier comment ces méthodes peuvent relever certains défis liés à l’analyse d’images multi-modales, en s’articulant autour de trois axes : la segmentation automatique du foie, l’interprétabilité des réseaux de segmentation et la détection de lésions hépatiques. La segmentation multi-modale dans un contexte où les images sont appariées mais pas recalées entre elles est un problème peu abordé dans la littérature. Je propose une comparaison de stratégies d’apprentissage proposées pour des problèmes voisins, ainsi qu’une méthode pour intégrer une contrainte de similarité des prédictions à l’apprentissage. L’interprétabilité en apprentissage automatique est un champ de recherche jeune aux enjeux particulièrement importants en traitement de l’image médicale, mais qui jusqu’alors s’était concentré sur les réseaux de classification d’images naturelles. Je propose une méthode permettant d’interpréter les réseaux de segmentation d’images médicales. Enfin, je présente un travail préliminaire sur une méthode de détection de lésions hépatiques dans des paires d’images de modalités différentes
In order to characterize hepatic lesions,radiologists rely on several images using different modalities (different MRI sequences, CT scan, etc.) because they provide complementary information.In addition, automatic segmentation and detection tools are a great help in characterizing lesions, monitoring disease or planning interventions.At a time when deep learning dominates the state of the art in all fields related to medical image processing, this thesis aims to study how these methods can meet certain challenges related to multi-modal image analysis, revolving around three axes : automatic segmentation of the liver, the interpretability of segmentation networks and detection of hepatic lesions.Multi-modal segmentation in a context where the images are paired but not registered with respect to each other is a problem that is little addressed in the literature.I propose a comparison of learning strategies that have been proposed for related problems, as well as a method to enforce a constraint of similarity of predictions into learning.Interpretability in machine learning is a young field of research with particularly important issues in medical image processing, but which so far has focused on natural image classification networks.I propose a method for interpreting medical image segmentation networks.Finally, I present preliminary work on a method for detecting liver lesions in pairs of images of different modalities

Les travaux présentés dans cet ouvrage concernent l’étude de la dynamique des lasers à fibre à synchronisation modale passive. Le mécanisme qui assure la formation des impulsions repose sur un principe d’interférométrie non linéaire (i.e. rotation non linéaire de la polarisation). Or, ce mécanisme possède la particularité de voir son action être renversée lorsque la puissance des impulsions dépasse un certain seuil, i.e. les ailes observent un gain plus élevé que le centre de l’impulsion. Le train d’impulsions devient alors instable, une situation généralement suivie de l’apparition d’une ou plusieurs impulsions additionnelles. Dans ce nouveau régime, il est courant d’observer la formation de groupes d’impulsions cohérentes. La nature de l’interaction en jeu diffère selon que la dispersion observée par les impulsions est plus ou moins élevée. Dans le cas où la dispersion résiduelle de la cavité permet la propagation d’impulsions solitoniques, il a été montré que ce phénomène est relié à l’interaction non linéaire entre les impulsions et les ondes dispersives résonantes émises suite aux perturbations périodiques encourues par les impulsions suivant leur propagation dans la cavité. Toutefois, dans le cas où des milieux de dispersion positive et négative sont disposés dans la cavité pour faire en sorte de réduire la dispersion résiduelle de celle-ci, les bandes latérales associées aux ondes dispersives résonantes s’en trouvent fortement atténuées en raison de la dérive de fréquence (importante) observée par les impulsions dans chaque portion de la cavité. En fait, on montre que la formation des groupes d’impulsions résulte plutôt de l’interaction directe entre les impulsions puisque celles-ci sont amenées à se superposer partiellement sur une portion significative de la cavité. Également, dans ce même régime, on rapporte l’observation de collisions qui se produisent entre des groupes d’impulsions voyageant avec des vitesses différentes. Divers scénarios sont observés suivant les modifications plus ou moins importantes entraînées par la collision. En effet, il n’est pas nécessaire que l’énergie et la quantité de mouvement soient conservées lors des collisions entre les impulsions dans le laser puisqu’il s’agit d’un système dissipatif. En outre, dans le cas où les collisions se répètent sur une base périodique, l’acquisition d’une séquence d’autocorrélations a permis de mettre en évidence la dynamique particulière qui caractérise le processus de collision.
The work presented herein is primarily concerned with the dynamics of passively mode-locked fiber lasers. The mechanism used for achieving pulse emission relies on nonlinear interferometry (i.e. nonlinear polarization rotation). However, the same mechanism acts as a limiter whenever the pulse power is increased above a given amount, i.e. the wings are subject to a higher gain than the peak of the pulse. The pulse train then becomes unstable and the creation of one or more additional pulses follows from this instability. In this new regime, it is not unusual to observe the formation of coherent states of bound pulses. The nature of the interaction responsible for this phenomenon depends on the amount of dispersion experienced by the pulses along the laser cavity. In the case of a cavity that sustains the formation of solitons, the occurrence of pulse bound states was shown to result from the nonlinear interaction between the pulses and the resonant dispersive waves emitted as a result of the periodic perturbations the solitons undergo on successive cavity round trips. In contrast, for the case of a cavity built from positive and negative dispersion fibers such as to reduce the net dispersion, the sidebands related to the resonant dispersive waves are greatly reduced because of the significant frequency chirp the pulses acquire along each fiber segment. Thus we show here that the formation of pulse bound states results instead from the direct interaction between the multiple pulses since the pulses interfere with one another on a significant part of the laser cavity. In addition, in the same regime, we report the observation of collisions occurring between pulse bound states traveling with different group velocities. This process may result in several outcomes, depending on the changes the bound states undergo during the collisions. In fact, energy and momentum need not be conserved in the process since the laser is a dissipative system. Finally, in the case of collisions that repeat periodically, the acquisition of a sequence of autocorrelations allowed us to verify the peculiar dynamics that characterizes the collision process.

Une méthode par changement d'échelle est proposée pour résoudre les problèmes de diffraction avec des structures fractales planaires. La modélisation aux différentes échelles de ces structures suit un processus récursif à l'image de leur construction géométrique. Cette approche permet un gain de temps considérable par rapport aux méthodes classiques, notamment par rapport à la méthode des moments. Dans le cadre de projets pour le compte de la Délégation Générale pour l'Armement, on a montré que certains motifs fractals filaires et planaires sont des solutions attrayantes pour la conception des paillettes pour le leurrage et des filets pour le camouflage radar multi-bandes. La méthode par changement d'échelle s'avère être un outil performant pour le dimensionnement de ces structures. Des mesures ont été effectuées qui confirment les résultats numériques obtenus. En particulier un radar a été conçu au laboratoire pour mesurer la surface équivalente radar des paillettes
A method by scale changing is proposed to solve problems of scattering involving planar fractal structures. The modeling at the different scales of these structures follows a recursive process in the same way that it appears in their geometric building. This approach saves a lot of time compared to other numerical methods, notably compared to the method of moments. During projects for the General Delegation for Armament, it has been showed that some wire and planar fractal structures are attractive solutions in the conception of multi-bands chaff for lockbreaking and net for radar camouflage. The method by scale changing is an impressive tool to design these structures. Measurements have been made that confirm numerical results. In particular, a radar has been developed in the laboratory to measure the radar cross section of chaff

La composition de comportement est un aspect important dans beaucoup de domaines, surtout dans la programmation orientée service (Service Oriented Computing) et dans les systèmes Multi-agents. L'objectif est d'orchestrer le comportement des différents modules, modelisés par des système de transitions étiquetés (abelled transition systems - LTS), pour satisfaire une specification but, de même modelisé comme LTS. Un problème majeur qu'on trouve dans la plupart des approches, est le nombre élevé d'états. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes efficaces pour résoudre le problème de composition de comportement. D'abord on analyse le cas où toutes les actions sont observables. Nous developpons ensuite une caractérisation de l'existence d'une solution en terme d'une relation entre les différentes composantes d'une part et la specification but d'autre part. En utilisant cette caractérisation , nous développons un algorithme qui trouve à la volée une solution au problème si cette dernière existe. Nous démontrons que l'algorithme est correct et sa complexité est polynomiale par rapport à la taille des composants. Nous prouvons également que l'algorithme est robuste par rapport à l'échec d'un des composants. Ensuite, nous proposons une méthode d'abstraction qui réduit considérablement le nombre d'états. Cette abstraction est utilisée comme outil heuristique qui accélère la recherche. Finalement, nous développons une caractérisation de l'existence d'une solution dans le cas d'observation partielle. Cette caractérisation est elaborée en introduisant le concept de contrabilité. Nous démontrons qu'une solution existe si et seulement si les composantes sont controlables par rapport au but. Nous developpons un algorithme pour trouver la relation de controlabilité à la volée. La complexité de l'algorithme est EXPTIME en terme de la taille des composants
The behavior composition problem is an important aspect in many fields, especially in Service Oriented Computing and in Multi-agent systems. The basic objective is to orchestrate the behavior of the different available components, modeled as labeled transition systems (LTS), in order to satisfy a given goal specification, also modeled as an LTS. A major concern has been the large state space of typical situations which made existing approaches very compute intensive. The aim of this thesis is to develop efficient methods to solve the behavior composition problem. First we study the case when all actions are observable. We develop a characterization of the existence of a solution in term of existence of a relation between the different available components, considered as a single system, on one hand and the goal specification on the other. Using that characterization we develop an on-the-fly algorithm that finds a solution to the problem when one exists. The algorithm is shown to be correct and has polynomial complexity with the respect to the size of the components. We also show that the algorithm is robust with respect to component failure. Then we propose an abstraction method that reduces drastically the number of states. We show that the non-existence of a solution in the abstracted systems implies the non-existence of solution in the original system. Also the result of the abstraction is used as an input to the above algorithm for use as a heuristic to speed up the search. Finally, we develop a characterization of the behavior composition problem in the case of partial observation by using the concept of controllability. We show that a solution to the composition problem with partial observation exists if and only if the components are controllable with respect to the goal specification. We also develop an on-the-fly algorithm to compute the controllability of the system. The complexity of the algorithm is EXPTIME in the size of the components

L'intégration des facteurs humains dans la conception automobile est aujourd'hui un enjeu majeur de l'innovation. De par l'utilisation de plus en plus urbaine des véhicules, le confort de roulage à basse vitesse est au cœur des préoccupations industrielles. Dans cette situation, le confort dépend essentiellement de l'environnement vibro-acoustique de l'habitacle. Les évaluations de confort d'une telle situation constituent le cadre de ce travail de recherche. En complément des études " in situ ", ce type d'étude nécessite l'utilisation de simulateurs car ceux-ci permettent la maîtrise des caractéristiques de l'environnement d'un sujet. Mais, il existe toujours des limites à l'immersion et, la simulation modifie le contexte cognitif dans lequel se trouve le passager. Dans le but d'optimiser la simulation, deux expériences sont tout d'abord réalisées pour mesurer l'influence de l'environnement de simulation sur les évaluations de confort. Les contributions relatives de l'immersion et des informations contextuelles apportées par les modalités vibratoires, sonores et visuelles sont estimées. Les propriétés physiques des stimuli, significatives pour le confort, sont ensuite identifiées. À cet effet, les contributions relatives des niveaux sonores et vibratoires au confort automobile sont modélisées avec précision. L'existence d'une image perceptive du confort vibratoire des véhicules est également recherchée. Enfin, les travaux s'attachent à appréhender, dès la conception, les liens entre les prestations offertes par un véhicule à son occupant et le confort vibro-acoustique de l'habitacle. Des évaluations expertes d'items de cotation des véhicules sont comparées à des évaluations de confort faites par des sujets naïfs. Deux expériences perceptives faisant intervenir des stimuli artificiels sont alors mises en place. Ainsi, les liens entre les paramètres de synthèse et les évaluations permettent d'identifier les items de cotation les plus pertinents pour l'évaluation du confort.

Les systèmes d'aide à la conduite peuvent améliorer la sécurité routière en aidant les utilisateurs via des avertissements de situations dangereuses ou en déclenchant des actions appropriées en cas de collision imminente (airbags, freinage d'urgence, etc). Dans ce cas, la connaissance de la position et de la vitesse des objets mobiles alentours constitue une information clé. C'est pourquoi, dans ce travail, nous nous focalisons sur la détection et le suivi d'objets dans une scène dynamique. En remarquant que les systèmes multi-caméras sont de plus en plus présents dans les véhicules et en sachant que le lidar est performant pour la détection d'obstacles, nous nous intéressons à l'apport de la vision stéréoscopique dans la perception géométrique multimodale de l'environnement. Afin de fusionner les informations géométriques entre le lidar et le système de vision, nous avons développé un procédé de calibrage qui détermine les paramètres extrinsèques et évalue les incertitudes sur ces estimations. Nous proposons ensuite une méthode d'odométrie visuelle temps-réel permettant d'estimer le mouvement propre du véhicule afin de simplifier l'analyse du mouvement des objets dynamiques. Dans un second temps, nous montrons comment l'intégrité de la détection et du suivi des objets par lidar peut être améliorée en utilisant une méthode de confirmation visuelle qui procède par reconstruction dense de l'environnement 3D. Pour finir, le système de perception multimodal a été intégré sur une plateforme automobile, ce qui a permis de tester expérimentalement les différentes approches proposées dans des situations routières en environnement non contrôlé.

Il monitoraggio strutturale è un processo che, nell’ambito ingegneristico, mira a identificare la nascita e/o l’evoluzione del danno nelle strutture. Il paradigma prevede l’installazione di sensori sulla struttura, per monitorarne nel tempo alcuni parametri, e l’utilizzo di modelli strutturali e algoritmi che a partire dai dati misurati siano in grado di rilevarne eventuali danni. In seno al monitoraggio strutturale vive il problema di identificazione strutturale, cioè l’insieme di strategie analitiche e sperimentali atte a calibrare i modelli strutturali, quindi a generare dei gemelli digitali delle strutture. Queste strategie si basano sull'estrazione di caratteristiche dai dati misurati, con tecniche di identificazione quali la Analisi Modale Sperimentale (EMA) e l’Analisi Modale Operazionale (OMA), e di schemi di ottimizzazione euristici che operano allo scopo di “aggiornare” i modelli strutturali. La tesi si è focalizzata sulla generazione di un gemello digitale, ai fini del monitoraggio strutturale, di un ponte ferroviario multi-campata in muratura, sulla linea ferroviaria Foggia-Napoli. Attraverso l’analisi statica e dinamica, condotte su due modelli a elementi finiti (FEM) realizzati con i software Abaqus e SAP2000, è stato possibile calcolare dati quali le frequenze naturali e le deformate modali (caratteristiche del ponte iniziale). Si è poi proceduto a definire possibili scenari di danno variando la rigidezza di alcune parti/porzioni del ponte, utilizzati poi per estrarre i dati dei ponti danneggiati (caratteristiche del ponte danneggiato). Attraverso uno schema agli algoritmi genetici, il modello iniziale è stato aggiornato generando il gemello digitale del ponte danneggiato. L’algoritmo genetico implementato sul software Matlab prevede un processo iterativo volto a minimizzare una funzione obiettivo basata sulla differenza tra le frequenze del ponte iniziale e quelle del ponte danneggiato, al variale di alcuni parametri fisici del modello.

Dans cette thèse, il est question d'une étude sur les méthodes d'analyse temps fréquence, temps échelle et plus particulièrement sur la décomposition modale empirique en faisant d'abord un parcours sur les méthodes traditionnelles, de l'analyse de Fourier à la transformée en ondelettes, notamment la représentation multi-résolution. Le besoin d'une précision sur les mesures aussi bien dans l'espace temporel que dans l'espace fréquentiel a toujours été une préoccupation majeure. En fait, la transformation de Fourier ne permet pas de concilier la description fréquentielle et la localisation dans le temps. La transformée de Fourier à court terme (TFCT) et ses dérivées - notamment le spectrogramme - ont depuis longtemps été les méthodes temps-fréquence les plus utilisées dans les applications pratiques. Il faut cependant reconnaître que malgré ses nombreux aspects séduisants, ces techniques sont naturellement limitées par le fait qu'elles se sont montrées inefficaces pour l'analyse de signaux non-stationnaires. La transformée en ondelettes a connu un grand succès ces dernières décennies avec le nombre important de ses applications en traitement du signal et de l'image. Malgré son efficacité dans la représentation et la manipulation des signaux, même non-stationnaires, une connaissance a priori sur le signal à décomposer est nécessaire pour un choix d'ondelette adéquat à chaque type de signal. La décomposition modale empirique - EMD pour Empirical Mode Decomposition - est une méthode de décomposition de signaux non-stationnaires ou issus de systèmes non linéaires, en une somme de modes, chaque mode étant localisé en fréquence. Cette décomposition est associée à une transformation de Hilbert-Huang (HHT) dans le but d'extraire localement une fréquence instantanée et une amplitude instantanée. Elle s'apparente à la décomposition en ondelettes avec l'avantage supplémentaire que constitue son auto-adaptabilité. Dans la suite de ces travaux, nous avons introduit une nouvelle méthode de décomposition basée sur une décomposition spectrale d'un opérateur d'interpolation basé sur les équations aux dérivées partielles. La nouvelle méthode appelée Décomposition Spectrale Intrinsèque, - SID, pour Spectrale Intrinsic Decomposition - est auto-adaptative et est plus générale que le principe de base de la Décomposition Modale Empirique. La méthode SID permet de produire un dictionnaire de Fonction Mode Spectrale Propre, en - anglais Spectral Proper Mode Function (SPMF) - qui sont semblables à des atomes dans les représentations parcimonieuses
In this thesis, it is about a study on the time-frequency, time-scale analysis methods and more particularly on Empirical Mode Decomposition (EMD), by first a course on traditional methods from Fourier analysis to wavelets, including the multiresolution representation. The need for precision measurements both in time space and in frequency space has always been a major preoccupation. In fact, the Fourier transformation does not reconcile the frequency description and location in time. The Short-Term Fourier Transform (STFT) and its derivatives - including the spectrogram - have long been the most used in practical applications. It must be recognized that despite its many attractive aspects, these technics are naturally limited by the fact that they were ineffective for non-stationary signals analysis. The wavelet transform has been very successful in recent decades with the large number of its applications in signal and image processing. Despite its effectiveness in the representation and manipulation of signals, even non-stationary, a priori knowledge about the signal to be decomposed is necessary for an appropriate wavelet choice for each type of signal. The empirical mode decomposition (EMD) is a decomposition method of non-stationary or from non-linear systems signals, in an amount of modes, each mode being localized in frequency. This decomposition is associated with a Hilbert-Huang transformation (HHT) to locally extract instantaneous amplitude and instantaneous frequency. It is similar to the wavelet decomposition with the added benefit that constitutes its auto-adaptability. In the remainder of this work, we introduced a new decomposition method based on a spectral decomposition of an interpolation intrinsic operator. The new method called Spectral Decomposition Intrinsic (SID) is auto-adaptive and is more general than the basic principle of Empirical Mode Decomposition. The SID method can produce a dictionary of Spectral Proper Mode Functions (SPMF) that are similar to atoms in sparse representations

Une modélisation électromagnétique basée sur une formulation par changements d'échelle a été développée et appliquée sur différents circuits planaires hyperfréquences. Cette méthode vise à s'affranchir des problèmes classiques de simulation, liés à la multiplicité des échelles mises en jeu dans une structure. Le caractère multi-échelle d'une structure est utilisé pour décomposer celle-ci en sous structures, encore appelées briques élémentaires de passage. Ces briques apparaissent comme de véritables constituants de base de n'importe quelles structures multi-échelles. Elles caractérisent le passage d'une échelle vers une autre, et sont associées à un multi-port. La prise en compte du problème global revient à mettre en cascade ces différents multi-ports. L'étude de MEMS, d'une antenne active et d'une cellule déphaseuse ont été réalisées. Les résultats obtenus, notamment en terme de temps de calcul, ont confirmé l'efficacité d'une telle approche par rapport aux méthodes classiques
An electromagnetic modeling based on a Scale changing technique formulation has been developed and applied to various microwave planar circuits. This method aims at bypass traditional problems of simulation, related to the multiplicity of scales present in a structure. The multiscale nature of a structure is used to break up this one into sub-structures, still called building blocs of transition. These blocs seem true basic components of any multiscale structure. They characterize the transition of a scale towards another, and are associated with an N-port network. Taking into account the entire problem corresponds to the cascading of these different N-port. The study of MEMS, an active antenna and a phase-shifters cell was carried out. The results obtained, in particular in term of computing time, have confirmed the effectiveness of such an approach compared to the traditional methods

Les dispositifs à retour tactile sont utilisés pour créer un retour sensoriel à leurs utilisateurs. Par exemple, ils est possible de reproduire sous le doigt l'illusion de surfaces texturées par le contrôle de la friction entre une surface mise en vibration et le doigt de l'utilisateur parcourant la dalle. Pour la plupart de ces dispositifs, le principe de base consiste à utiliser un mode de résonance dont la fréquence et la forme sont imposées par la nature du matériau et la géométrie du dispositif. Le mode est sélectionné pour réaliser une stimulation homogène, et de ce fait elle est indifférenciée sur l'ensemble de la surface. En regard de certaines applications demandant une information plus variée, c'est un facteur limitant. On propose dans ce travail de thèse une nouvelle approche, basée sur la superposition de plusieurs modes de vibration. Les modes sont excités simultanément pour réaliser des déformées plus complexes et modulables, afin de générer une simulation à retour tactile multitouch. Cette approche a été validée pour le cas d'une poutre où deux modes de vibration ont été superposés pour générer une simulation tactile différenciée sous deux doigts, grâce au contrôle vectoriel de deux actionneurs piézoélectriques. Cette approche multimodale a été ensuite étendue au cas d'une plaque mince où différentes distributions spatiales du déplacement ont été imposées.L'approche développée dans ce travail nous a permis également de générer et de contrôler une onde progressive en amplitude et en direction. Pour cette raison, nous avons évalué l'intérêt des ondes progressives dans les interfaces tactiles. Les évaluations psychophysiques des dispositifs proposés montrent clairement l'intérêt d'exploiter plusieurs modes de vibration pour une simulation à retour tactile
Tactile display devices are used for providing tactile feedback to their users. They can reproduce the illusion of textured surface by controlling the friction between a vibrating surface and a sliding finger on it. For most of these devices, the basic principle is to use a single resonant mode whose frequency and wave form are imposed by the nature of the material and the geometry of the device. The mode is selected to achieve a homogeneous stimulation, and thereby tactile sensation is undifferentiated over the entire surface. The single mode tactile devices are limited for applications which require more varied information on surface.This work introduces a novel approach for tactile feedback based on the superposition of several vibration modes. The modes are excited simultaneously to perform a more complex wave form and are capable to generate multitouch tactile feedback. This approach has been validated for the case of a beam where two vibration modes were superimposed to generate a differentiated tactile simulation with two fingers. Thanks to vector control method applied to a piezoacturator. A tracking system was implemented to give a multitouch illusion based on the positions of the two fingers. This multimodal approach was later extended to the case of a thin plate where different spatial distributions of the displacement have been imposed. The approach developed in this work is also capable to generate and control a travelling wave amplitude and direction. For this reason, we evaluated the interest of travelling waves in touch interfaces. Psychophysical assessments of proposed devices clearly show the interest to use several vibration modes in tactile feedback simulation

Les conceptions récentes de turbomachines ont tendance à évoluer vers des liaisons entre étages de plus en plus souples et des niveaux d'amortissement faibles, donnant lieu à des configurations où les modes sont susceptibles de présenter des niveaux de couplages inter-étages forts. En général, les ensembles disques aubes multi-étagés n'ont aucune propriété de symétrie cyclique d'ensemble et l'analyse doit porter sur un modèle de la structure complète donnant lieu à des calculs très coûteux. Pour palier ce problème, une méthode récente appelée symétrie cyclique multi-étages peut être utilisée pour réduire le coût des calculs des rotors composés de plusieurs étages, même lorsque les étages ont un nombre différent de secteurs. Cette approche profite de la symétrie cyclique inhérente à chaque étage et utilise une hypothèse spécifique qui aboutit à des sous-problèmes découplés pour chaque ordre de Fourier spatial. La méthodologie proposée vise à étudier l'effet des incertitudes sur le comportement dynamique des rotors en utilisant l'approche de symétrie cyclique multi-étages et l'expansion en Chaos Polynomial. Les incertitudes peuvent découler de l'usure des aubes, des changements de température ou des tolérances de fabrication. En première approche, seules les incertitudes provenant de l'usure uniforme de l'ensemble des aubes sont étudiées. Celles-ci peuvent être modélisées en considérant une variation globale des propriétés du matériau de l'ensemble des aubes d'un étage particulier. L'approche de symétrie cyclique multi-étages peut alors être utilisée car l'hypothèse de secteurs identiques est respectée. La positivité des matrices aléatoires concernées est assurée par l'utilisation d'une loi gamma très adaptée à la physique du problème impliquant le choix des polynômes de Laguerre comme base pour le chaos polynomial. Dans un premier temps des exemples numériques représentatifs de différents types de turbomachines sont introduits dans le but d'évaluer la robustesse de la méthode de symétrie cyclique multi-étages. Ensuite, les résultats de l'analyse modale aléatoire et de la réponse aléatoire obtenus par le chaos polynomial sont validés par comparaison avec des simulations de Monte-Carlo. En plus des résultats classiquement rencontrés pour les fréquences et réponses forcées, les incertitudes considérées mettent en évidence des variations sur les déformées modales qui évoluent entre différentes familles de modes dans les zones de forte densité modale. Ces variations entraînent des modifications sensibles sur la dynamique globale de la structure analysée et doivent être considérées dans le cadre des conceptions robustes.

Dans le processus de conception des véhicules, la vibration et le bruit sont des sujets d’étude très importants. En effet, les vibrations sont susceptibles d’affecter le comportement dynamique des structures et le bruit dégrade le confort acoustique des passagers. L’objectif principal de la thèse est de proposer un ensemble de méthodes pour l’optimisation du comportement dynamique des systèmes complexes afin de réduire les vibrations des structures et le bruit dans l’habitacle. À cet effet, on s’intéresse à des stratégies de contrôle des interfaces, comme le collage de couches viscoélastiques sur les zones les plus déformées, ou l’introduction de dispositifs frottants calibrés pour ajouter de l’amortissement à certaines fréquences de résonance. Les structures assemblées résultantes sont étudiées numériquement par une méthode de synthèse modale généralisée. La méthode de synthèse modale proposée contient plusieurs niveaux de condensation. Le premier concerne les degrés de libertés (DDL) internes de chaque sous-structure. La deuxième condensation s’effectue sur les modes de branches, de sorte à réduire le nombre de DDL aux interfaces entre les sous-structures. Pour les systèmes couplés fluide/structure, une troisième condensation portant sur les DDL du fluide est proposée. Suite à ces condensations, la dimension du système est fortement réduite. Cette méthode permet alors d’obtenir aussi bien la réponse forcée de la structure que les fluctuations du champ de pression dans le fluide. Les chemins de transmission acoustiques et vibratoires peuvent également être déduits des contributions modales intermédiaires. On montre que ces paramètres modaux peuvent être utilisés comme fonctions objectif pour une démarche d’optimisation des interfaces. Le front de Pareto des conceptions optimales est obtenu avec un algorithme génétique multi-objectif élitiste, appliqué à une approximation par krigeage de la fonction objectif. Cette approche modale est étendue à l’étude de systèmes non-linéaires. L’hypothèse fondamentale est que les modes non-linéaires sont faiblement couplés. Les paramètres modaux non-linéaires (fréquences propres, amortissements...), dépendent des amplitudes modales. L’idée est alors de calculer des modes normaux non-linéaires en fonction de leur amplitude et de superposer leurs réponses pour obtenir celle de la structure. La méthode est appliquée à des systèmes incorporant des non-linéarités de type Duffing et de frottement sec. Le cas particulier du frottement sec est considéré à travers un modèle de Masing généralisé. Deux approches modales sont développées : l’une basée sur les modes complexes, et l’autre basée sur les modes réels. L’utilisation de modes complexes ou réels dans la synthèse modale conduit à des termes d’amortissement par frottement différents. On montre que la synthèse modale non-linéaire combinée au modèle de Masing généralisé aboutit à une méthode numérique simple, rapide et efficace pour décrire le comportement non-linéaire de structures soumise à du frottement sec
Noise and vibration are important topics in the automotive industry for several reasons, including passenger comfort and structural integrity. The main objective of this thesis is to propose a series of appropriate methods to optimize structural system characteristics, so that the vibration and noise can be reduced. To achieve this goal, interface control strategies are employed, including bonding viscoelastic layers onto the most heavily deformed zones and introducing frictional damping devices calibrated on certain resonance frequencies. Such built-up structural systems are numerically investigated via a generalized modal synthesis approach that incorporates several groups of modes. The employed modal synthesis approach consists of several levels of condensation. The first one is on the internal degrees of freedoms (DOFs) of each substructure, and the second condensation is on the branch modes so as to reduce the boundary DOFs among substructures. For coupled fluid-structural systems, a third condensation on the fluid DOFs is suggested. With these condensation techniques, the system dimension can be significantly reduced. The method allows us to obtain the forced response of the structures as well as the pressure variation of the fluids. Additionally, modal parameters characterizing vibration and noise transmission paths can be deduced as mid-stage results. We show that these modal parameters can be used as optimization objective during the interface configuration design. The Pareto front of the optimal design is achieved by employing Kriging approximations followed with an elitist multi-objective genetic algorithm. Another advantage of the modal approach is that a modal overview on the system characteristics is provided by analyzing the natural frequencies, modal damping ratios and the aforementioned modal parameters. The modal synthesis approach is further extended to study nonlinear systems. The basic assumption is that the nonlinear modes are weakly coupled. Nonlinear modal parameters, such as modal frequency and modal damping ratio, contain the essential nonlinear information and depend on modal amplitude. The main idea is to compute nonlinear normal modes according to their modal amplitude and superimpose the response of several nonlinear modes to obtain the overall forced response. The method is applied to systems involving Duffing and dry friction nonlinearities. In the case of dry friction, a generalized Masing model is considered to capture the dry friction nature. Both complex modes and real modes are used in the modal synthesis, leading to different frictional damping terms. We show that the nonlinear modal synthesis combined with the generalized Masing model yields a simple, fast and efficient numerical method to describe nonlinear performance of structures with dry friction

La quantité d'images présentes sur internet augmente considérablement, et il est nécessaire de développer des techniques permettant le traitement automatique de ces contenus. Alors que les méthodes de reconnaissance visuelle sont de plus en plus évoluées, la communauté scientifique s'intéresse désormais à des systèmes aux capacités de raisonnement plus poussées. Dans cette thèse, nous nous intéressons au Visual Question Answering (VQA), qui consiste en la conception de systèmes capables de répondre à une question portant sur une image. Classiquement, ces architectures sont conçues comme des systèmes d'apprentissage automatique auxquels on fournit des images, des questions et leur réponse. Ce problème difficile est habituellement abordé par des techniques d'apprentissage profond. Dans la première partie de cette thèse, nous développons des stratégies de fusion multimodales permettant de modéliser des interactions entre les représentations d'image et de question. Nous explorons des techniques de fusion bilinéaire, et assurons l'expressivité et la simplicité des modèles en utilisant des techniques de factorisation tensorielle. Dans la seconde partie, on s'intéresse au raisonnement visuel qui encapsule ces fusions. Après avoir présenté les schémas classiques d'attention visuelle, nous proposons une architecture plus avancée qui considère les objets ainsi que leurs relations mutuelles. Tous les modèles sont expérimentalement évalués sur des jeux de données standards et obtiennent des résultats compétitifs avec ceux de la littérature
The quantity of images that populate the Internet is dramatically increasing. It becomes of critical importance to develop the technology for a precise and automatic understanding of visual contents. As image recognition systems are becoming more and more relevant, researchers in artificial intelligence now seek for the next generation vision systems that can perform high-level scene understanding. In this thesis, we are interested in Visual Question Answering (VQA), which consists in building models that answer any natural language question about any image. Because of its nature and complexity, VQA is often considered as a proxy for visual reasoning. Classically, VQA architectures are designed as trainable systems that are provided with images, questions about them and their answers. To tackle this problem, typical approaches involve modern Deep Learning (DL) techniques. In the first part, we focus on developping multi-modal fusion strategies to model the interactions between image and question representations. More specifically, we explore bilinear fusion models and exploit concepts from tensor analysis to provide tractable and expressive factorizations of parameters. These fusion mechanisms are studied under the widely used visual attention framework: the answer to the question is provided by focusing only on the relevant image regions. In the last part, we move away from the attention mechanism and build a more advanced scene understanding architecture where we consider objects and their spatial and semantic relations. All models are thoroughly experimentally evaluated on standard datasets and the results are competitive with the literature

Dans l’industrie, la validation de la robustesse des lois de commande repose sur de très nombreuses simulations et essais. Pour réduire le nombre d’essais et éliminer le risque de ne pas détecter un problème de stabilité ou de performances, nous proposons dans ce mémoire des outils d’analyse de robustesse de type µ-analyse, notamment à paramètres réels. Nous déterminerons des bornes inférieures et supérieures sans échantillonnage en fréquence précisément adaptées à l’analyse des systèmes flexibles. Le calcul de la borne inférieure se base sur la variation au premier ordre de valeurs propres et des heuristiques tandis que celui de la borne supérieure associe la résolution de systèmes de LMI et d’équations algébriques. Ces techniques d’analyse demandent un modèle sous forme standard M – Δ de préférence de taille minimale. En utilisant des factorisations symboliques et graphiques, le nombre de répétitions de paramètres peut être considérablement réduit, ce qui permet de se rapprocher de cette minimalité. Un algorithme de modélisation est proposé et comparé à d’autres approches. Nous avons utilisé conjointement les algorithmes de µ-analyse et la synthèse modale multi-modèle pour le calcul de correcteurs auto-séquencés. L’idée principale est d’exprimer le correcteur comme une formule d’interpolation et d’en calculer les coefficients par une synthèse multi-modèle. La µ-analyse détecte les modèles à utiliser. De multiples applications spatiales et aéronautiques complètent ce mémoire.

Décrire un agent à l'aide de ses états mentaux, comme ses croyances ou ses intentions, est un des moyens les plus puissants pour expliquer ou prédire son comportement. En intelligence artificielle, de nombreuses recherches ont été mené pour décrire en logique (notamment en logique modale) ces attitudes mentales individuelles dans le but de les intégrer dans des agents artificiels. De nombreux exemples, comme : " Le gouvernement pense qu'une guerre est inévitable ", illustrent le fait que des attitudes mentales, en particulier des croyances, peuvent être attribuées à un groupe d'agent. Il est intéressant de constater que même si le groupe appelé " gouvernement ", formé de ministres, croit que la guerre est inévitable, certains ministres peuvent avoir un avis privé différent. Le but de cette thèse est donc de donner une représentation en logique modale de la croyance de groupe, d'en décrire les propriétés logiques et les liens qu'elle entretient avec les attitudes individuelles. Il apparait que la croyance de groupe dans ce sens émane souvent d'une discussion entre les différents membres du groupe pour arriver à un compromis. Nous montrerons donc les liens étroits qu'elle entretient avec le dialogue et les actes de langages
One of the most powerful tools to explain and predict an agent's behavior is to describe him thanks to his mental states, such as his beliefs or his intentions. In Artificial Intelligence, many researchers have focused on the formalization in modal logic of these individual mental attitudes, in order to use them in artificial agents. Lots of examples, such as: " The government believes that war will begin soon. ", highlight the fact that attitudes, and beliefs in particular, can be ascribed to a group of agents. Besides it is interesting to notice that, even if the government as a whole believes that war will begin soon, some government members can disagree privately. The first aim of this dissertation is to provide a logical framework to represent the concept of group belief and to describe its features and its links with individual mental attitudes. It also appears that group belief in this sense results from a debate between group members. The second aim of this dissertation is thus to highlight the close link existing between group belief, dialog and speech acts

Les problemes poses par la representation du contexte d'interaction dans le systeme de dialogue d'une interface homme-machine a plusieurs modes, sont a l'origines de l'etude d'un mecanisme de focalisation faisant l'objet de cette these. L'accent est mis sur l'ancrage du modele de focalisation dans la surface de l'intervention. L'ancrage du modele propose est exprime au niveau de chacun des modes, dans un modele thematique, a l'image du modele defini dans cette these pour le mode langue naturelle. Ce dernier est derive des travaux de l'ecole de linguistique formelle de prague dont sont reprioses les hypotheses concernant la fonction communicative. Le modele thematique traduit la dynamique de l'enonciation sur la representation des connaissances associee a un segment modal, en termes de degre d'activation. Ce modele est etendu a la representation du discours a partir de considerations sur la cohesion textuelle qui s'exprime dans les relations inter-enonces de type anaphorique ou elliptique. Dans cette perspective, la synergie des modes est exprimee dans un module de fusion des representations des segments. Pour le modele de focalisation, les relations de cohesion sont considerees comme des canaux le long desquels se propage l'activaton. Ce travail est a l'origine de la realisation du systeme de gestion du contexte dans le projet mmi2 (projet esprit 2474)
The problems posed by the representation of the interaction context in the dialogue systeme of a multi-modal man-machine interface are art the origin of the aim of this thesis which is a study of a focusing mechanism which. The emphasis is on the anchoring of the focusing mechanism in the intervention surface. In the model we propose, anchorage is expressed at each mode level in terms of a thematic model similar to the one we proposed for natural language in this thesis. This thematic model is based on work by the prague school of formal linguistics whose hypotheses concerning the communicative function have been adopted. The thematic model allows for an utterance to translate its enunciated dynamism into a degree of activation on its knowledge representation. This model has been extended to discourse representation on the basis of a hypothesis concerning textual cohesion (which can be found for instance in anaphorical or elliptical inter-utterance relation). From this point of view, synergy of modes can be expressed as the fusion of representations of modal segments. In the focusing model, cohesion relations are considered as pipes propagating activation. This work is at the origin of the context management system implemented in the project mmi2 (esprit project 2474)

La multiplication des projets HVDC de par le monde démontre l'engouement toujours croissant pour cette technologie de transport de l'électricité. La grande majorité de ces transmissions HVDC correspondent à des liaisons point-à-point et se basent sur des convertisseurs AC/DC de type LCC ou VSC à 2 ou 3 niveaux. Les travaux de cette thèse se focalisent sur l'étude, le contrôle et la commande de systèmes HVDC de type multi-terminal (MTDC), avec des convertisseurs de type VSC classique ou modulaire multi-niveaux. La première étape consiste à obtenir les modèles moyens du VSC classique et du MMC. La différence fondamentale entre ces deux convertisseurs, à savoir la possibilité pour le MMC de stocker et de contrôler l'énergie des condensateurs des sous-modules, est détaillée et expliquée. Ces modèles et leurs commandes sont ensuite linéarisés et mis sous forme de représentations d'état, puis validés en comparant leur comportement à ceux de modèles de convertisseurs plus détaillés à l'aide de logiciels de type EMT. Une fois validés, les modèles d'état peuvent être utilisés afin de générer le modèle d'état de tout système de transmissions HVDC, qu'il soit point-à-point ou MTDC. La comparaison d'une liaison HVDC à base de VSCs classiques puis de MMCs est alors réalisée. Leurs valeurs propres sont étudiées et comparées, et les modes ayant un impact sur la tension DC sont identifiés et analysés. Cette étude est ensuite étendue à un système MTDC à 5 terminaux, et son analyse modale permet à la fois d'étudier la stabilité du système, mais aussi de comprendre l'origine de ses valeurs propres ainsi que leur impact sur la dynamique du système. La méthode de décomposition en valeurs singulières permet ensuite d'obtenir un intervalle de valeurs possibles pour le paramètre de"voltage droop", permettant ainsi le contrôle du système MTDC tout en s'assurant qu'il soit conforme à des contraintes bien définies, comme l'écart maximal admissible en tension DC. Enfin, une proposition de "frequency droop" (ou "statisme"), permettant aux convertisseurs de participer au réglage de la fréquence des réseaux AC auxquels ils sont connectés, est étudiée. Le frequency droop est utilisé conjointement avec le voltage droop afn de garantir le bon fonctionnement de la partie AC et de la partie DC. Cependant, l'utilisation des deux droop génère un couplage indésirable entre les deux commandes. Ces interactions sont mathématiquement quantifiées et une correction à apporter au paramètre de frequency droop est proposée. Ces résultats sont ensuite validés par des simulations EMT et par des essais sur la plate-forme MTDC du laboratoire L2EP
HVDC transmission systems are largely used worldwide, mostly in the form of back-to-back and point-to-point HVDC, using either thyristor-based LCC or IGBT-based VSC. With the recent deployment of the INELFE HVDC link between France and Spain, and the commissioning in China of a three-terminal HVDC transmission system using Modular Multilevel Converters (MMCs), a modular design of voltage source converters, the focus of the scientific community has shifted onto the analysis and control of MMC-based HVDC transmission systems. In this thesis, the average value models of both a standard 2-level VSC and an MMC are proposed and the most interesting difference between the two converter technologies -the control of the stored energy in the MMC- is emphasised and explained. These models are then linearised, expressed in state-space form and validated by comparing their behaviour to more detailed models under EMT programs. Afterwards, these state-space representations are used in the modelling of HVDC transmission systems, either point-to-point or Multi-Terminal HVDC (MTDC). A modal analysis is performed on an HVDC link, for both 2-level VSCs and MMCs. The modes of these two systems are specifed and compared and the independent control of the DC voltage and the DC current in the case of an MMC is illustrated. This analysis is extended to the scope of a 5-terminal HVDC system in order to perform a stability analysis, understand the origin of the system dynamics and identify the dominant DC voltage mode that dictates the DC voltage response time. Using the Singular Value Decomposition method on the MTDC system, the proper design of the voltage-droop gains of the controllers is then achieved so that the system operation is ensured within physical constraints, such as the maximum DC voltage deviation and the maximum admissible current in the power electronics. Finally, a supplementary droop "the frequency-droop control" is proposed so that MTDC systems also participate to the onshore grids frequency regulation. However, this controller interacts with the voltage-droop controller. This interaction is mathematically quantified and a corrected frequency-droop gain is proposed. This control is then illustrated with an application to the physical converters of the Twenties project mock-up

L'ère des modèles de langage basés sur des 'transormers' a ouvert la voie à un nouveau paradigme dans le traitement du langage naturel (NLP), permettant des performances remarquables dans un large éventail de tâches dans les domaines de la compréhension du langage naturel (NLU) et de la génération du langage naturel (NLG). Cette thèse se penche sur le potentiel de transformation des modèles de langage basés sur les 'transformers' lorsqu'ils sont appliqués à des domaines et des langues spécialisés. Elle comprend quatre projets de recherche, chacun contribuant à l'objectif global d'amélioration de la compréhension et de la génération du langage dans des contextes spécialisés.Pour répondre à la rareté des modèles de langue non anglophones pré-entraînés dans les domaines généraux et spécialisés, nous explorons la création de deux modèles de langue : JuriBERT et GreekBART. JuriBERT est un ensemble de modèles BERT spécifiques au domaine juridique français, et qui répondent aux besoins des professionnels juridiques. JuriBERT est évalué sur deux tâches juridiques françaises provenant de la cour de cassation en France. Les résultats soulignent que certaines tâches spécialisées peuvent être mieux traitées avec de petits modèles spécifiques à un domaine qu'avec leurs homologues génériques de plus grande taille. Nous présentons également GreekBART, le premier modèle Seq2Seq grec. Basés sur BART, ces modèles sont particulièrement bien adaptés aux tâches génératives. Nous évaluons les performances de GreekBART par rapport à d'autres modèles sur diverses tâches discriminatives et évaluons ses capacités en NLG en utilisant deux tâches génératives grecques de GreekSUM, un nouvel ensemble de données introduit dans cette recherche. Nous montrons que GreekBART est très compétitif par rapport auz modèles linguistiques multilingues et monolingues basés sur BERT, tels que GreekBERT et XLM-R.Nous examinons ensuite le domaine de la sémantique en tirant parti des répresentation vectorielle contextuelles basées sur les 'transformer' pour résoudre le problème de l'induction du sens des mots (WSI). Nous proposons une nouvelle méthode non supervisée qui utilise le regroupement d'informations invariantes (IIC) et le regroupement agglomératif pour enrichir et regrouper les représentations des mots cibles. Une évaluation approfondie sur deux tâches WSI et de multiples modèles de langage pré-entraînés démontre la compétitivité de notre approche par rapport l'état de l'art.Enfin, nous présentons Prot2Text, une approche multimodale permettant de générer des fonctions de protéines en texte brut en combinant trois modalités : la structure des protéines, la séquence des protéines et le langage naturel. Prot2Text fait progresser la prédiction des fonctions des protéines au-delà des classifications traditionnelles. Prot2Text intégre des réseaux neuronaux graphiques (GNN) et des large modèles de langage (LLM) dans un cadre codeur-décodeur. Une évaluation empirique sur un ensemble de données protéiques multimodales montre l'efficacité de Prot2Text, qui offre des outils puissants pour la prédiction de la fonction d'une large gamme de protéines
The era of transformer-based language models has led the way in a new paradigm in Natural Language Processing (NLP), enabling remarkable performance across a wide range of tasks from both fields Natural Language Understanding (NLU) and Natural Language Generation (NLG). This dissertation delves into the transformative potential of transformer-based language models when applied to specialized domains and languages. It comprises four distinct research endeavors, each contributing to the overarching goal of enhancing language understanding and generation in specialized contexts.To address the scarcity of non-English pretrained language models in both general and specialized domains, we explore the creation of two language models JuriBERT and GreekBART. JuriBERT is a set of French legal domain-specific BERT models tailored to French text, catering to the needs of legal professionals. JuriBERT is evaluated on two French legal tasks from the court of cassation in France. The findings underscore that certain specialized tasks can be better addressed with smaller domain-specific models compared to their larger generic counterparts. We equally introduce GreekBART, the first Greek Seq2Seq model. Being based on BART, these models are particularly well-suited for generative tasks. We evaluate GreekBART's performance against other models on various discriminative tasks and assess its capabilities in NLG using two Greek generative tasks from GreekSUM, a novel dataset introduced in this research. We show GreekBART to be very competitive with state-of-the-art BERT-based multi-lingual and mono-lingual language models such as GreekBERT and XLM-R.We dive next into the domain of semantics by leveraging the transformer-based contextual embeddings to solve the challenging problem of Word Sense Induction (WSI). We propose a novel unsupervised method that utilizes invariant information clustering (IIC) and agglomerative clustering to enrich and cluster the target word representations. Extensive evaluation on two WSI tasks and multiple pretrained language models demonstrates the competitiveness of our approach compared to state-of-the-art baselines.Finally, we introduce Prot2Text framework, a multi-modal approach for generating proteins’ functions in free text by combining three modalities: protein structure, protein sequence and natural language. Prot2Text advances protein function prediction beyond traditional classifications. Integrating Graph Neural Networks (GNNs) and Large Language Models (LLMs) in an encoder-decoder framework. Empirical evaluation on a multi-modal protein dataset showcases the effectiveness of Prot2Text, offering powerful tools for function prediction in a wide range of proteins

Notre perception du monde est multimodale. Les différents sens (vision, audition, tactile, etc) sont coordonnés entre eux afin d'accomplir nos tâches quotidiennes. Dans le cas où un organe des sens connaît un dysfonctionnement, le système nerveux central est capable de remplacer ou de renforcer l'information manquante en faisant appel à d'autres modalités sensorielles intactes. Le cadre conceptuel de ce remplacement d'un sens par un autre est le paradigme de substitution sensorielle. Cette thèse se situe dans ce contexte et, pour explorer certains aspects de ce paradigme, exploite un dispositif d'électro-stimulation linguale, le Tongue Display Unit (TDU), une matrice de 12x12 électrodes destinée à restituer sous la forme de voltages variables des scènes visuelles sur la langue.L'efficacité de ce dispositif souffre de nombreux problèmes au rang desquels le problème de fading (atténuation) qui correspond à une perte rapide de perception du signal d'électro-stimulation par les sujets et celui de la fusion de perceptions multi-modales qui, nous le verrons, se complique avec l'usage du TDU. Dans cette thèse, nous proposons d'étudier l'effet sur la qualité de perception et sur l'atténuation du signal de l'adjonction au signal image de saccades et de tremblements, processus qui nous ont été inspirés par la vision. Nous étudions également la façon dont les sujets perçoivent un signal image en cas de multi-modalité perceptive (vision + substitution visuelle sur la langue) et l'effet que produisent des contradictions d'information dans ce contexte.Ce travail met en évidence l'importance de la présence de saccades ou de scintillement dans le signal d'électro-stimulation pour contrer les effets de fading : grâce à ces procédés, même lorsque les stimulations sont longues, les sujets continuent de percevoir correctement le signal image. De plus, les expériences de perception multi-modale et de contradictions nous ont permis de montrer que la perception d'informations de type image par l'intermédiaire du TDU était comparable à celle de la vision. Enfin, nous avons pu mettre en évidence un effet de fusion d'informations contradictoires entre la perception visuelle et linguale, connu dans le cadre de la fusion d'information visuo-auditives sous le nom d'effet Mc Gurck.La compréhension de l'effet de procédés destinés à améliorer la perception dans le cadre de la substitution visuelle et celle de l'importance des effets de fusion multi-modale dégagée au cours de thèse devraient trouver application dans de nombreux domaines où ces effets sont présents ou requis, en particulier dans le domaine émergent de la vision prothétique
Our perception of the world is by essence multimodal. Various sensory cues (vision, hearing, touch, etc.) are hence integrated to allow us the execution of daily life activities. When one sense organ is missing or impaired, in some circumstances, the central nervous system can replace or reinforce the missing sensory information by using reliable sensory information coming from an other intact sense organ. This doctoral thesis was designed to explore this so-called ‘sensory substitution' concept through the exploitation of a visual-to-tactile sensory substitution device. the Tongue Display Unit (TDU) is made of a 12x12 electro-tactile matrix capable of rendering visual scences on the dorsal part of the tongue.However, the effectiveness of this device suffers from numerous drawbacks among which two main problems : (i) the problem of ‘fading' (mitigation) which corresponds to a rapid loss of perception of electrostimulation signal by the individuals and (ii) the problem of multimodal fusion. In the present work, we propose to investigate these problems and their effects on the quality of perception, by (i) applying some eye-inspired mechanisms (micro-saccades) to the electro-tactile signal on the tongue, (ii) studying how individuals perceive a picture signal with multi-modal perceptual (visual stimulus + substitution on the tongue) and (iii) the effect produced contradictions of information in this context.This work evidence the importance of applying saccades and sparkle mechanisms in electro-tactile signal to resolve the problem of fading especially when stimulation periods are relatively long. Furthermore, the experiments we have conducted on multi-modal perception and contradictions suggested that the perception of image information through the TDU was comparable to that of vision. Finally, we were able to identify a conflicting information fusion effect between visual perception and electrotactile tongue perception. This phenomenon is known as Mc Gurck effect (fusion of visual and auditory information). Understanding the effect of these processes to improve the quality of perception through the visual substitution paradigm and the importance of multi-modal fusion effects during this thesis could be applied in various areas where these effects are present or required, especially in the emerging field of prosthetic vision

Cette étude porte sur la construction d'un modèle de prévision de la durée de vie à écaillage des barrières thermiques protégeant les aubes de turbines aéronautiques, par le développement et l'exploitation d'essais d'adhérence. La chaîne de modélisation de la durée de vie proposée comporte trois étapes. Tout d'abord, les champs mécaniques dans les différentes couches du système sont évalués par un modèle semi-analytique de comportement de la structure multicouche, qui a été modifié pour favoriser son adaptabilité industrielle. À partir de l'histoire thermo-mécanique du substrat comme donnée d'entrée, qui peut être extraite d'un calcul d'aube par EF, ce modèle prévoit la déformation de l'interface entre la pièce métallique et sa protection céramique lorsqu'un champ de contraintes lié à l'oxydation du métal lui est appliqué. Des mesures de rumpling, provoqué par le vieillissement du système à différentes températures, ont permis d'identifier et de valider le modèle. Dans un deuxième temps, l'énergie d'adhérence est estimée au travers d'un modèle d'endommagement s'appuyant sur la réponse mécanique du modèle de comportement précédent. L'endommagement, écrit à l'échelle de l'interface et découplé du comportement mécanique, a été identifié sur l'énergie d'adhérence quantifiée expérimentalement. Afin de caractériser au mieux l'énergie d'adhérence de la barrière thermique sur son substrat, plusieurs essais ont été mis en oeuvre, permettant de solliciter l'interface dans une large gamme de mixité modale. Pour ce faire, des essais spécifiques ont été développés pour se rapprocher d'une propagation de la fissure interfaciale en mode de cisaillement. Finalement, un critère énergétique permet de déterminer la durée de vie du système, par comparaison de l'énergie d'adhérence et de l'énergie disponible dans le système pour la propagation d'une fissure interfaciale. Cette chaîne de prévision de la durée de vie est applicable en post-traitement d'un calcul d'aube. Il a été montré que les tendances expérimentales sont correctement reproduites par la chaîne de durée de vie mise en place.

Dans le domaine des transports maritimes de Gaz Naturel Liquide (GNL), une problématique majeure est le risque de rupture mécanique liée à une température trop froide des parois du méthanier. Ainsi le dimensionnement des navires nécessite la connaissance précise des champs de températures. L’obtention de ces champs de température peut nécessiter de nombreuses heures de calculs et encore plus en prenant en compte les phénomènes radiatifs. L’objectif de cette thèse est de présenter une méthode permettant la résolution de ce problème en quelques minutes en tenant compte des phénomènes de thermiques (conduction, convection et radiation). La méthode de réduction modale utilisée ici consiste à créer un modèle réduit composé de champs de température particuliers appelés modes. On a pu démontrer que la résolution est quasi instantanée pour une erreur minime sur une portion de navire et il est envisagé de développer la méthode à l’ensemble d’un navire
In the sector of maritime transport of Liquid Natural Gas (LNG), a major issue is the risk of mechanical failure linked to too cold vessel walls. Thus, the design of LNG carrier requires precise expertise of temperatures fields. These are complex structures made up of a large number of enclosures. To obtain these fields it may require many hours of calculations,particularly if we take in account the radiations. The aim of this thesis is to present a method to solve in a few minutes all of thermal phenomena (conduction, convection and radiation) on a big structure and obtain transient temperature’s fields.The method of modal reduction used here consist to create a reduced model composed of individual temperature fields called modes allowing a very quick resolution with minor error. It has been shown the truth of the method on a vessel portion and there are plans to develop the method to the entire ship

Cette thèse pose les principes d'une utilisation de la réduction de modèle dans un contexte de décomposition de domaine en dynamique transitoire des structures. L'intégration temporelle est explicite, dédiée à la prise en compte de phénomènes rapides tels que des impacts. L'approche multi-domaines mise en oeuvre permet de découpler les échelles de temps entre les sous-domaines, par l'intermédiaire d'une gestion des incompatibilités de maillage aux frontières et d'une stratégie à plusieurs pas de temps. La réduction est introduite dans le formalisme de façon totalement générique via la projection de l'équilibre sur un sous-domaine donné sur une base modale locale et sans modification de l'algorithme générale, les opérateurs éléments finis initiaux étant remplacés par leur projection sur la base et les relations de continuité aux frontières entre les domaines étant reconstruites dans l'espace physique. La cas particulier de la non-linéarité géométrique issue de sous-domaines en vibration libres de blocage et subissant des rotations d'ensemble d'amplitude finie fait l'objet d'une analyse spécifique, aboutissant à une réduction à deux échelles. La connexion entre un sous-domaine ainsi projeté et les autres sous-domaines présentent des particularités au niveau du coût numérique du calcul des efforts d'interface, ce qui fait l'objet de l'élaboration d'une technique de résolution totalement nouvelle. La pertinence et les performances, en résolution séquentielle, du formalisme proposé sont illustrées sur des exemples issus de l'industrie en support de la thèse.

La Décomposition Modale Empirique (EMD), est une méthode de décomposition multi-résolution de signaux en fonctions Modes Intrinsèques (IMF) et cela, de manière auto-adaptative. En la couplant avec la transformée de Hilbert, elle devient une méthode d'analyse Temps-Fréquence , la transformée de Hilbert-Huang, permettant d'étudier bon nombre de classes de signaux. Malgré ces nombreuses applications, l'une des plus importantes limites de l'EMD est son manque de formalisme mathématique. A la place d'une interpolation par splines cubiques utilisée dans l'EMD classique, nous avons estimé l'enveloppe moyenne par une solution d'un système d'EDP. Par une méthode variationnelle, nous avons établi un cadre théorique pour prouver les résultats de convergence, d'existence de modes et la propriété de presque orthogonalité de l'EMD. La comparaison avec des bancs de filtres itératifs et les ondelettes, montre l'aspect multi-résolution de l'EMD. Deux nouvelles applications en traitement du signal et de l'image sont présentées : l'extraction des intermittences et mode mixing et la restauration par shrinkage par EMD. Enfin le modèle peut servir de base pour l'étude de l'unicité de la décomposition.

Le travail présenté dans ce mémoire traite de la problématique de recherche de structures innovantes de génératrices pour les turbines de l’éolien offshore atteignant la dizaine de mégawatts et du dimensionnement de ces structures. À cet effet, les machines synchrones à aimants permanents, à flux axial, à entraînement direct sont celles qui ont plus de potentiel énergétique pour répondre aux besoins de ces futures turbines éoliennes offshore de grande puissance. L’étude de ces structures a rendu nécessaire le développement d’un outil de dimensionnement analytique multiphysique « léger » et suffisamment précis servant à l’analyse et l’exploration de l’espace de solutions. Une nouvelle approche de modélisation analytique magnétique quasi-3D qui prend compte des effets 3D (variations des formes d’aimants permanents au rotor et les effets de bords aux extrémités radiales), est développée à cet effet pour ces structures tridimensionnelles et confirmée par une modélisation tridimensionnelle par éléments finis. La modélisation magnétique est basée sur l’approche mathématique permettant la résolution formelle des équations de Maxwell par la méthode de séparation des variables dans les différentes régions à faible perméabilité de la machine. Couplé à une modélisation thermique nodale ainsi qu’une modélisation des pertes, ce travail aboutit à un modèle dimensionnant multiphysique des machines à flux axial avec un excellent rapport « temps de calcul/précision » servant pendant les phases préliminaires du dimensionnement
This work deals with the search for innovative structures of generators for the offshore wind turbines reaching about ten megawatts and their design. The direct drive, axial flux, permanent magnet synchronous machines are the ones which have more energy potential for these future high power offshore wind turbines. The study of these axial flux machines required the development of a fast analytical design help tool with a good accuracy for their analysis and their design. To do so, a new approach of quasi-3D magnetic analytical modeling, which takes into account 3D effects (end effects and variations of magnets forms in the rotor) is then developed and confirmed by a 3D finite elements method. Its mathematical approach is based on the formal solution of Maxwell’s equations, in low permeability regions of the machine, by the separation of variables method. Coupled with a nodal thermal modelling and the evaluation of losses, this work succeeds in a multi-physical design tool for axial flux machines with an excellent computation time to accuracy ratio

Les systèmes de freins sont parfois sujets au crissement qui sont des vibrations auto-entretenues induites par le frottement et caractérisées par un contenu fréquentiel formé de raies à hautes fréquences supérieures à 1kHz. Ces vibrations et bruits intenses sont une source de gêne pour les usagers automobile, un problème de santé publique pour les riverains de gares lors du freinage de TGV et peuvent amener à l'endommagement du train d'atterrissage sur les avions.Afin de comprendre ce phénomène et pour le reproduire numériquement, une stratégie complète d'étude est développée. Elle se base sur l'observation expérimentale d'essais de crissement sur un banc d'essais qui permet de formuler des hypothèses de modélisation. Ces dernières sont un guide pour la construction d'un modèle numérique de frein simple. Une méthode de Double Synthèse Modale est appliquée au modèle afin d'en réduire la taille et de permettre des simulation numériques en temps raisonnable et ne nécessitant pas trop de ressources informatiques.La démarche numérique qui suit commence classiquement par une analyse de stabilité par la méthode CEA où les valeurs propres du modèle linéarisé autour de la position d'équilibre glissante sont évaluées. Puis une intégration temporelle est effectuée dans les cas détectés comme instables afin de calculer les niveaux de vibrations. L'étude se termine par une estimation du champ acoustique rayonné par la structure complète.Dans chacune des phases de l'analyse numérique, des outils spécifiques sont utilisés pour comparer le modèle de référence aux modèles obtenus par les deux étapes de réduction. Un critère d'erreur sur les valeurs propres et un critère de MAC sont utilisés pour l'analyse de stabilité. Pour l'étude temporelle, les allures des signaux sont comparées, ainsi que leurs cycles limites et leurs spectrogrammes. Les participations des modes instables sont également calculées pour observer le régime transitoire. En ce qui concerne la partie acoustique, les signaux sont comparés dans un premier temps de façon qualitative pour observer les différences entre les champs émis en fonction des différentes tailles de bases de réduction. Puis un outil basé sur une décomposition en 2D par wavelet des motifs acoustiques est introduit et appliqué pour estimer de façon quantitative les convergences des champs rayonnés
Brake systems are sometimes prone to squeal noise, which is due to friction-induced self-sustained vibrations, characterized by a set of frequencies above 1kHz. Those vibrations and resulting noises are a source of perturbations for car occupants, which can be nowadays considered as a health issue.This thesis deals with a global strategy to better understand this phenomenon from an experimental point of view and to propose the prediction of squeal noise by numerical approaches. Moreover, experimental observations of squeal occurrences are analyzed to lead to assumptions about the modelisation of numerical finite element models for squeal prediction. A Double Modal Synthesis is also applied to reduce the size of the discrete finite element model of brake system and to save computational time and ressources. The proposed numerical approach starts with a stability analysis with the classical CEA method. Then the determination of nonlinear self-excited vibrations are performed for the unstable cases detected via the CEA method. Finally the acoustic field emitted by the brake system is computed to predict squeal noise.Specific tools are applied for each computational step to assess the efficiency of reduced model versus the reference model: criteria based on the mean error on eigenvalues and the Modal Assurance Criterion analysis (MAC) are used for the stability analysis; comparisons of the limit cycles, spectrograms and the modal contributions of unstable modes are undertaken for the transient responses; patterns of the acoustic intensity are computed on several observations surfaces and a decomposition based on the theory of 2D wavelets is introduced and applied to assess the convergence of patterns

L'essor des logiques non classiques est justifiee par leur interet dans des nombreux domaines d'application. Un systeme multi-agent est par essence pluridisciplinaire car il reunit dans une meme societe plusieurs domaines de competences qui peuvent etre integres dynamiquement au cours du developpement d'une application. Cela implique de pouvoir ajouter a la demande, des raisonnements non classiques qui peuvent etre absents de l'environnement de developpement initialement choisi. La these presentee propose une methodologie permettant l'utilisation de logiques non classiques dans les systemes multi-agents. Trois approches possibles sont discutees et comparees: la premiere integre les logiques dans le cur du systeme, l'autre incorpore chaque logique au sein des agents qui en ont besoin, et une derniere consiste a ajouter des agents sachant raisonner dans une logique non classique, ces agents particuliers sont appeles agents de logique. Cette derniere approche a ete developpee dans le travail de these car elle seule permet d'atteindre l'objectif fixe. Sa mise en uvre impose la specification de mecanismes de cooperation avec les agents de logique. La methodologie de cooperation proposee s'applique a des systemes multi-agents dans lesquels chaque agent possede une connaissance sur les competences des autres agents. Cette methodologie est appliquee au systeme multi-agent synergic, developpe par l'equipe systemes multi-inferentiels, par l'adjonction des agents de logique. Un agent specialiste de la logique modale s4 a ete developpe, ainsi qu'un agent sur les raisonnements sur les ordres de grandeur. Ces integrations dans synergic ont ensuite ete experimentees sur divers exemples notamment dans le domaine medical et la physique qualitative

Au cours de la dernière décennie, l'apprentissage profond a été le moteur des progrès dans l'analyse automatisée de structures de données complexes aussi diverses que le texte, l'image, l'audio et la vidéo. En particulier, les modèles de type transformer et l'apprentissage auto-supervisé ont récemment déclenché une course généralisée visant à apprendre des représentations textuelles et visuelles expressives en entrainant le modèle au plus grand nombre de paramètres, sur le plus gros jeu de données possible, à l'aide des plus grandes ressources de calcul. Cette thèse emprunte un chemin différent en proposant des méthodes d'apprentissage profond économes en ressources, pour l'analyse de nuages de points 3D à grande échelle. L'efficacité des approches présentées se décline sous différentes formes : entrainement rapide, peu de paramètres, faible coût de calcul, économe en mémoire et exploitation de données disponibles de manière réaliste. Ce faisant, nous nous efforçons de concevoir des solutions pouvant être utilisées par les chercheurs et les praticiens avec des exigences matérielles minimales.Nous introduisons d'abord un modèle de segmentation sémantique 3D qui combine l'efficacité des méthodes basées superpoints avec l'expressivité des transformers. Nous construisons une représentation hiérarchique des données qui réduit considérablement la taille du problème d'analyse de nuage de points 3D, facilitant le traitement de scènes de grande échelle.Notre réseau se révèle égaler, voire surpasser, les approches de pointe sur une gamme de capteurs et d'environnements d'acquisition, tout en réduisant le nombre de paramètres et le temps d'entrainement de un à deux ordres de grandeur. Nous étendons ensuite ce cadre à la segmentation panoptique de nuages de points à grande échelle.Les méthodes existantes de segmentation d'instance et panoptique doivent résoudre un problème de correspondance complexe entre les instances prédites et réelles pour calculer leur fonction de coût. Au lieu de cela, nous formulons cette tâche comme un problème de clustering de graphe, qu'un petit réseau est entrainé pour résoudre à partir d'objectifs locaux uniquement, sans nécessiter le calcul d'instances durant l'entraînement. Notre modèle peut traiter des scènes de dix millions de points à la fois sur un seul GPU en quelques secondes, ouvrant la voie à la segmentation panoptique 3D à des échelles sans précédent. Enfin, nous proposons d'exploiter la complémentarité des modalités image et nuage de points pour améliorer l'analyse de scènes 3D. Nous nous plaçons dans un cadre d'acquisition réaliste, où plusieurs images arbitrairement positionnées observent la même scène, avec de potentielles occultations. Contrairement aux approches existantes de fusion 2D-3D, nous apprenons à sélectionner des informations à partir de différentes vues du même objet en fonction de leurs conditions d'observation respectives : distance caméra-objet, taux d'occultation, distorsion optique, etc. Notre implémentation efficace atteint l'état de l'art tant pour des scènes d'intérieur que d'extérieur, avec des exigences minimales : nuages de points bruts, images positionnées de manière arbitraire et les poses de leurs caméras. Dans l'ensemble, cette thèse soutient le principe que, dans des régimes où les données sont rares, exploiter la structure du problème permet de développer des architectures à la fois efficaces et performantes
For the past decade, deep learning has been driving progress in the automated understanding of complex data structures as diverse as text, image, audio, and video. In particular, transformer-based models and self-supervised learning have recently ignited a global competition to learn expressive textual and visual representations by training the largest possible model on Internet-scale datasets, with the help of massive computational resources. This thesis takes a different path, by proposing resource-efficient deep learning methods for the analysis of large-scale 3D point clouds.The efficiency of the introduced approaches comes in various flavors: fast training, few parameters, small compute or memory footprint, and leveraging realistically-available data.In doing so, we strive to devise solutions that can be used by researchers and practitioners with minimal hardware requirements.We first introduce a 3D semantic segmentation model which combines the efficiency of superpoint-based methods with the expressivity of transformers. We build a hierarchical data representation which drastically reduces the size of the 3D point cloud parsing problem, facilitating the processing of large point clouds en masse. Our self-attentive network proves to match or even surpass state-of-the-art approaches on a range of sensors and acquisition environments, while boasting orders of magnitude fewer parameters, faster training, and swift inference.We then build upon this framework to tackle panoptic segmentation of large-scale point clouds. Existing instance and panoptic segmentation methods need to solve a complex matching problem between predicted and ground truth instances for computing their supervision loss.Instead, we frame this task as a scalable graph clustering problem, which a small network is trained to address from local objectives only, without computing the actual object instances at train time. Our lightweight model can process ten-million-point scenes at once on a single GPU in a few seconds, opening the door to 3D panoptic segmentation at unprecedented scales. Finally, we propose to exploit the complementarity of image and point cloud modalities to enhance 3D scene understanding.We place ourselves in a realistic acquisition setting where multiple arbitrarily-located images observe the same scene, with potential occlusions.Unlike previous 2D-3D fusion approaches, we learn to select information from various views of the same object based on their respective observation conditions: camera-to-object distance, occlusion rate, optical distortion, etc. Our efficient implementation achieves state-of-the-art results both in indoor and outdoor settings, with minimal requirements: raw point clouds, arbitrarily-positioned images, and their cameras poses. Overall, this thesis upholds the principle that in data-scarce regimes,exploiting the structure of the problem unlocks both efficient and performant architectures

Inclure un nouveau type de retour d'informations dans les interfaces homme-machine peut-être intéressant pour les utilisateurs. En plus du retour audiovisuel, l'intégration d'un retour tactile sur un clavier virtuel par exemple permet d'augmenter la vitesse de frappe et la précision des utilisateurs. Il existe une méthode permettant de produire des sensations tactiles localisées sur une plaque mince en excitant les modes de la structure. Pour cela, il est nécessaire d'assurer un régime transitoire bien précis pour chacun des modes contrôlés, ceci en dépit des différentes sources de perturbation. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la robustesse de ce type de dispositif à retour tactile grâce au contrôle en boucle fermée. La méthodologie proposée dans cette thèse consiste donc à commander en boucle fermée l'amplitude et la phase d'un mode de vibration en utilisant un contrôle par modulation-démodulation. Nous proposons un modèle dynamique d'un mode de vibration dans la base démodulée et nous établissons une approche systématique pour le calcul des gains du contrôleur en nous basant sur la commande Linéaire Quadratique. Nous développons une méthode basée sur le filtrage modal pour la généralisation du contrôle par modulation-démodulation pour le cas d'un contrôle multimodal. Cette méthode de filtrage consiste à exploiter les propriétés spatiales et fréquentielles des modes pour reconstruire les coordonnées modales des différents modes contrôlés, où chaque mode possède son propre bloc de contrôle par modulation-démodulation. Nous appliquons et validons expérimentalement les techniques proposées sur le cas d'une poutre et puis nous étendons le concept sur le cas d'une plaque mince
Including a new type of feedback in human-machine interfaces can be interesting for users. In addition to the audiovisual feedback, the integration of a tactile feedback on a virtual keyboard for example allows to increase the typing speed and accuracy of the users. There is a method to produce localized tactile sensations on a thin plate by exciting the modes of the structure. To achieve this, it is necessary to ensure a precise transient state for each of the controlled modes, despite the different disturbance sources. The objective of this thesis is to improve the robustness of this type of tactile feedback device by using closed-loop control. The methodology proposed in this thesis consists in controlling in closed loop the amplitude and the phase of a vibration mode using a modulated-demodulated control. We propose a dynamical model of a vibration mode in the demodulated base and we establish a systematic approach for calculating the controller gains based on the Linear Quadratic Regulator. We develop a method based on modal filtering for the generalization of modulated-demodulated control in the case of multimodal control.This filtering method exploits the spatial and frequency properties of the modes to reconstruct the modal coordinates of the different controlled modes, where each mode has its own modulated-demodulated control block. We apply and validate experimentally the techniques proposed on the case of a beam and then we extend the concept on the case of a thin plate

Ce travail de thèse de doctorat, effectué au sein de Laboratoire de Simulation et Modélisation Électromagnétique (LSME) du CEA List, s’intègre dans le cadre du projet européen « NDTonAir » financé sous l'action « H2020-MSCA-ITN-2016- GRANT 722134 ». Le principal objectif est le développement d’un outil de simulation rapide et précis dédié au contrôle non destructif par courants de Foucault des matériaux composites homogénéisés. Comme cas d’application, on s’intéresse particulièrement à l’orientation des fibres d’une part, et d’autre part, à des défauts de type délaminage et ondulation des fibres qui se manifestent par une déformation géométrique locale des interfaces. Les méthodes semi-analytiques existantes dans la littérature, basées sur le formalisme des Dyades de Green, sont limitées jusqu’au là à des structures planes multicouches. Pour introduire des variations locales de géométrie aux interfaces, nous proposons une approche innovante basée sur un changement de coordonnées adapté au profil de la pièce et des interfaces. On propose un modèle numérique performant basé sur le formalisme covariant des équations de Maxwell. Ce formalisme unificateur englobe l'anisotropie du spécimen et les déformations locales des interfaces. La méthode de coordonnées curvilignes est usuellement utilisée pour résoudre des problèmes de diffraction sur des surfaces rugueuses dans le domaine des hautes fréquences (diffraction sur des réseaux). Ce travail de thèse s’inspire des méthodes de Fourier modale et propose de nouveaux outils adaptés au domaine des courants de Foucault. L’extension de la méthode des coordonnées curvilignes au domaine du contrôle des composites par courants de Foucault constitue l’innovation de ce travail. Deux modèles numériques ont été développés pour le calcul de l’interaction du champ émis par un capteur à courants de Foucault avec un matériau composite multicouches. Le modèle numérique développé pour le contrôle des composites plans exploite les structures particulières des matrices creuses pour réduire le temps de calcul sans limitation de nombre de modes utilisés pour la représentation du champ. Dans le cas des profils curvilignes des interfaces, le modèle permet de traiter des interfaces parallèles et quelques cas particuliers des profils non parallèles. Ce cas général présente quelques limitations qui nécessitent le développement des outils numériques complémentaires. Enfin, plusieurs configurations de contrôle ont été envisagées et les résultats numériques produits par les modèles ont été confrontés à des données de simulation par éléments finis. Quelques expérimentations ont été effectuées dans des laboratoires partenaires étrangers pour accroître notre expérience sur la validation expérimentale
This doctoral thesis work, carried out within the Laboratory of Simulation and Modeling for Electromagnetics (LSME) of CEA List, is part of the “NDTonAir” European project funded under the action “H2020-MSCA-ITN -2016- GRANT 722134”. The main goal of the project is the development of a fast and accurate simulation tool for the non-destructive eddy current testing of homogenized composite materials. As an application case, we are particularly interested in the orientation of the fibers on the one hand, and on the other hand, in defects as delamination which are manifested by a local geometrical deformation of the interfaces. The semi-analytical methods existing in the literature, based on Green's Dyad formalism, have been limited so far to multilayered and planar structures. To introduce local variations in geometry at the interfaces, we propose an innovative approach based on a change of coordinates adapted to the profile of the local perturbation. We propose a powerful numerical model based on the covariant formalism of Maxwell's equations. This unifying formalism takes in the anisotropy of specimen and the local deformations of the interfaces. The curvilinear coordinate method is usually used to solve diffraction problems on rough interfaces in the high frequency domain (diffraction on gratings). This thesis work is inspired by Fourier Modal Methods and proposes new tools which have been adapted to the field of eddy currents. The extension of the curvilinear coordinate method to the field of eddy currents non-destructive testing technique of composites constitutes the innovation of this work. Two numerical models have been developed to calculate the interaction of the field emitted by an eddy current probe with a multilayered composite material. The numerical model developed for the evaluation of planar composite exploits the particular structures of sparse matrices to reduce the computation time without limiting the number of modes used for the modal expansion of the field. In the case of the curvilinear profiles of the interfaces, the model makes it possible to treat parallel interfaces and some particular cases of non-parallel profiles. The general case of non-identical profiles presents some limitations which require the development of complementary numerical tools. Finally, several testing configurations were considered and the numerical results produced by the models were compared to finite element simulated data. Some experiments were carried out in foreign partner laboratories to increase our experience on experimental validation

Un manipulateur cartésien dit " axe en gantry " peut être utilisé pour des applications requérant une dynamique élevée et une grande précision. Le type d'axe en gantry étudié dans ce mémoire consiste en un axe transversal porté par deux actionneurs linéaires balayant la direction longitudinale de l'espace de travail. Un troisième actionneur, monté sur le bras transversal, permet de déplacer la charge le long de la direction transversale de l'espace de travail. La problématique de ces systèmes réside dans la dégradation des performances de positionnement due au couplage mécanique existant entre les actionneurs et aux vibrations du bras transversal. La solution industrielle, consistant à minimiser les vibrations en rigidifiant (et en alourdissant) le bras transversal et à contrôler indépendamment les axes parallèles, mène à une consommation d'énergie importante qui ne sera plus acceptable à long terme. Un état de l'art sur la commande des axes en gantry met en évidence un manque d'analyse des phénomènes physiques responsables des couplages mécaniques et des vibrations du bras transversal. Ceux-ci sont en effet considérés comme des perturbations compensées par des méthodes mathématiques dérivées de l'automatique avancée. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une modélisation physique détaillée de l'axe en gantry comprenant la flexibilité du bras transversal. Cette modélisation, associée à des méthodes d'identification expérimentale et de représentation causale, est exploitée afin de déduire des structures de commande et des méthodes de réglage adaptées. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement des axes en gantry par rapport à la commande industrielle et permet par exemple d'envisager l'allégement du bras transversal.