Дисертації з теми "Méthodes de connectivité"

L'apprentissage de nouvelles capacités chez l'homme induit une réorganisation spatiale et temporelle importante de l'activité cérébrale. Un tel processus de plasticité cérébrale implique notamment la modulation des interactions fonctionnelles au sein de réseaux de régions distribuées dans le cerveau, appelés réseaux à large échelle. Différentes mesures de connectivité existent pour quantifier ces interactions à partir des données d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui permet de mesurer de manière indirecte et non invasive l'activité cérébrale. J'ai développé une série de méthodes permettant de caractériser la réorganisation des réseaux cérébraux à large échelle, à partir d'une étude longitudinale par IRMf portant sur un même sujet, ou groupe de sujets, à différents stades d'un processus d'apprentissage. Tout d'abord, le réseau de régions impliquées dans l'exécution de la tâche d'apprentissage est construit et identifié de manière exploratoire à l‘aide d'une méthode de croissance compétitive visant à segmenter la matière grise en régions fonctionnellement homogènes, suivie d'une procédure statistique de classification. Une méthode statistique permet ensuite de déterminer quelles interactions au sein du réseau sont modifiées de manière significative au cours du processus d'apprentissage. Cette méthode repose sur une technique de bootstrap non paramétrique, tenant compte de l'autocorrélation temporelle des données d'IRMf, et contrôlant le taux de faux positifs. Ces méthodes ont été validées et évaluées sur données de simulation et sur des données réelles, ces dernières impliquant un apprentissage de séquences motrices et d'adaptation sensorimotrice
Skill learning in human healthy volunteers is thought to induce a reorganization of cerebral activity. Such process of cerebral plasticity involves the modulation of functional interactions within networks of spatially distributed brain regions, or large-scale networks. Various measures of connectivity exist that allow one to quantify these functional interactions using functional magnetic resonance imaging (fMRI), which enables the non-invasive, yet indirect, measure of cerebral activity. I developed a series of methods that allows to characterize the reorganization of large-scale networks in the brain when considering an fMRI longitudinal study of a single subject or group of subjects, at various stages of a learning process. First, the regions of the network involved in the execution of the task under scrutiny are built and identified from the functional data in an exploratory way, by using a competitive region growing method, which segments the gray matter into functionally homogeneous regions, then followed by a statistical classification procedure. A statistical method is then designed to assess which interactions are significantly modulated within the network during the plasticity process. This method is based on a non-parametric bootstrap technique, taking the temporal auto-correlation of fMRI time series into account, and controling the false discovery rate. These methods have been validated and evaluated on both synthetic and real datasets. Two real datasets were studied, which involved learning of a sensorimotor adaptation task and of a motor sequence task, respectively

La configuration des réseaux manufacturiers constitue de nos jours une problématique industrielle majeure, plus particulièrement dans un contexte " on demand production ", caractérisé par des relations logistiques à court terme en vue de répondre rapidement à des opportunités de marché. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans cette optique et ont pour objectif d'étudier la dynamique des flux de production et l'évaluation de la performance des chaînes logistiques constituées. On s'intéresse plus précisément au potentiel d'une entreprise à se connecter à un réseau manufacturier, que nous appelons aussi la connectivité des flux. Ce potentiel dépend en grande partie de la maturité organisationnelle des entreprises impliquées dans le réseau. Cette maturité organisationnelle peut être caractérisée par un certain nombre d'attributs décrivant le système opérant et le système de pilotage de l'entreprise. Ces attributs permettent de définir des profils types d'entreprise et de modéliser de façon générique des systèmes manufacturiers. Notre démarche de recherche consiste à évaluer la performance de chaînes logistiques constituées de différents profils d'entreprises, et ce en utilisant une simulation en laboratoire " in vitro ". L'objectif de cette démarche est le benchmark de différents scénarios logistiques et la détection de configurations peu performantes et la mise en oeuvre de mécanismes de coordination pour améliorer leur performance. A partir des résultats expérimentaux, il est alors possible de constituer un guide méthodologique permettant une aide à la décision, sans repasser par des simulations. A partir d'un état de l'art sur la configuration et la modélisation des chaînes logistiques, nous avons développé un modèle conceptuel d'entreprise en vue de son intégration dans un réseau manufacturier. Ce modèle est instancié selon le type de processus de production, le mode de pilotage des flux et le niveau de capabilité de l'entreprise. Ce dernier est défini en se basant sur le taux de rendement synthétique des process. Les profils d'entreprises obtenus à partir du modèle sont alors incorporés dans une chaîne logistique. Le modèle logistique est ensuite implémenté sous un outil de simulation à événements discrets. Nous avons réalisé des campagnes de simulation de chaînes logistiques en se focalisant sur les niveaux de capabilité des entreprises de la chaîne et leurs stratégies de réponse à la demande. Plus précisément, nous nous sommes intéressés une stratégie de production sur stock et une stratégie d'assemblage à la commande en amont de la chaîne. Les résultats de simulation nous ont permis de réaliser un benchmark de différentes configurations logistiques et de déduire quelques mécanismes de comportement de ces chaînes. Nous avons notamment montré l'impact de l'homogénéité des échelons, de la position de l'entreprise la moins performante sur la performance globale de la chaîne, ainsi que les gains potentiels d'une stratégie de production à la commande.

Ce travail de thèse porte sur la connectivité des populations de coraux du genre Pocillopora dans le Sud-Ouest de l'océan Indien et l'océan Pacifique tropical. Ces coraux sont répartis sur toute la frange tropicale des océans Indien et Pacifique. Traditionnellement, les espèces étaient identifiées sur la base critères morphologies [17 espèces décrites dans Veron (2000)]. Différentes études utilisant des données génétiques ont révélé que la délimitation des espèces était parfois floue chez ces coraux. Ainsi, au cours de ce travail, l'utilisation de méthodes de délimitation d'espèces à partir d'ADN mitochondrial (ABGD, GMYC, PTP) et nucléaire (haplowebs) 16 hypothèses primaires d'espèces (PSH) ont été identifiées. Ces PSH ont ensuite été confrontées à des tests d'assignement à partir de marqueurs microsatellites, révélant un minimum de 18 hypothèses d'espèces secondaires (SSH). Une fois que les hypothèses d'espèces sont définies, il est possible de réaliser des études de connectivité. Au cours de ce travail, deux hypothèses d'espèces présentant des écologies différentes ont été choisies pour mener ces analyses. La première, Pocillopora damicornis type β (SSH05) a été échantillonnée dans les lagons et la seconde, Pocillopora eydouxi (SSH09) a, quant à elle, été échantillonnée sur la pente externe. L'estimation de la structure génétique des populations a permis d'estimer les modes de reproduction (sexuée ou asexuée) chez ces deux hypothèses d'espèces et les analyses de connectivité ont révélé des patterns de structuration complexes pour chacune des SSHs
This work focuses on the connectivity among populations of the coral genus Pocillopora in the Southwestern Indian Ocean and the Southwestern Pacific Ocean. These corals are widely distributed throughout the tropical fringe of the Indian and Pacific oceans. Traditionally, species were identified on the basis of morphological criteria [17 species described in Veron (2000)]. Different studies using genetic data revealed that the delimitation of species was sometimes blurred in these corals. Thus, in this work, the use of species delineation methods from mitochondrial (ABGD, GMYC, PTP) and nuclear (haplowebs) DNA, 16 primary species hypotheses (PSH) were identified. These PSHs were then confronted to assignment tests from microsatellite loci, revealing a minimum of 18 secondary species hypotheses (SSH). Once the species hypotheses are defined, it is possible to conduct connectivity studies. In this work, two SSHs with different ecologies were chosen to carry out these analyses. The first, Pocillopora damicornis type β (SSH05) was sampled in the lagoons and the second, Pocillopora eydouxi (SSH09) was sampled on the outer slope. The estimation of the genetic structure of the populations made possible to estimate the reproductive modes (sexual or asexual) in these two SSHs and the connectivity analyzes revealed complex structuring patterns for each of the SSHs

L'IRM fonctionnelle (IRMf) par effet BOLD est une modalité d'imagerie qui permet de suivre de manière dynamique et non invasive les évolutions hémodynamiques qui se produisent dans le cerveau suite à une activité neuronale. L'utilisation de l'IRMf permettrait en particulier de mieux comprendre les phénomènes de plasticité cérébrale qui se produisent dans les pathologies de gliomes de bas grades intracérébraux. Pour cela, il est nécessaire de développer de nouveaux modèles mathématiques. Après avoir présenté le cadre de nos recherches, nous développons le travail effectué sur deux modèles complémentaires dont l'objectif commun est l'étude des phénomènes de plasticité cérébrale. Le premier modèle considère le cerveau comme une boîte noire caractérisée par sa fonction dite de réponse hémodynamique. Nous avons proposé une méthode bayésienne robuste d'inférence de cette réponse, grâce à l'introduction d'information a priori simple mais pertinente sur le processus physiologique sous-jacent. Cette méthode a été généralisée pour pouvoir analyser la plupart des acquisitions d'IRMf mono-événementielles. Un autre modèle considère le réseau des régions qui interviennent dans une tâche donnée. Dans ce cadre, nous avons développé un modèle novateur, reposant sur la théorie des graphes indépendance, qui permet de quantifier les interactions au sein de ce réseau. Nous avons également proposé une méthode bayésienne d'estimation de ces grandeurs. Nous montrons finalement que ces deux approches peuvent être considérées comme deux cas particuliers d'un modèle plus général. Les deux méthodes développées ont été appliquées à des données cliniques afin d'étudier les phénomènes de plasticité cérébrale observé chez des patients atteints de gliomes de bas grades intra-cérébraux. La plupart des résultats obtenus concordent avec ceux de la littérature. D'autres permettent de jeter une nouvelle lumière sur la réorganisation fonctionnelle qui se produit chez les patients
BOLD functional MRI (fMAI) is a recent imaging technique that can be used to dynamically and non-invasively study brain hemodynamic evolutions induced by neuronal activity. Use of fMRI could in particular allow for a better understanding of the plasticity phenomena that occur in the pathology of law-grade gliomas. To this end, development of new mathematical models is necessary. We first briefly introduce functional neuroimaging and the methodological framework of our work. We then develop our research on two complementary models, whose common goal is the study of brain plasticity. The first model considers the brain as a black box characterized by its response function, the so-called hemodynamic response. We proposed a robust Bayesian method to inter this response, through introduction of basic yet relevant a priori information about the underlying physiological process. This method was then generalized to account for most event-related fMRI acquisitions. A second model considers the interactions between regions involved in a given task. We developed a novel model, relying on the theory of independence graphs, that enables the quantification of interactions within this network. We also proposed a Bayesian procedure to estimate these quantities. We finally show that both approaches can be considered as two special cases within a more general model whose further development would allow for a better understanding of brain functional processes as measured by fMRI. Both methods developed were applied to clinical data to investigate brain plasticity observed among patients with law-grade brain gliomas. Most results obtained agree with the litterature. Some cast a new light on the functional reorganization that occurs among patients

L'IRMf de repos qui repose sur l'étude des fluctuations du signal BOLD chez un sujet au repos, pourrait permettre d'explorer les mécanismes du handicap dans la Sclérose En Plaques (SEP). En utilisant l'IRMf de repos, ce travail a eu pour objectif de caractériser la réorganisation fonctionnelle des patients atteints de SEP et ses liens avec leur handicap.Nous avons d'abord réalisé une étude combinant IRMf de repos et d'activation au stade précoce de la SEP et montré l'existence d'une corrélation entre la plasticité fonctionnelle du système moteur des patients au repos et durant la tâche. Nous avons ensuite montré l'existence d'une augmentation diffuse du niveau de connectivité fonctionnelle des patients présentant une SEP débutante, corrélée à leurs performances. Dans la 3ème partie, nous avons objectivé l'existence d'un déclin dynamique de la topologie fonctionnelle corrélée à la progression du handicap grâce à une étude longitudinale utilisant la théorie des graphes. Enfin, nous avons démontré que le gain fonctionnel obtenu par la rééducation chez les patients SEP était corrélé à une augmentation de connectivité fonctionnelle du réseau cérébral par défaut et central exécutif et de densité de substance grise dans le cortex frontal.Nos travaux montrent l'existence d'une réorganisation cérébrale fonctionnelle complexe et dynamique dans la SEP qui pourrait correspondre à des phénomènes compensatoires, dont le déclin avec l'évolution de la maladie participe à la progression du handicap. Ils démontrent l'intérêt de l'IRMf de repos pour la compréhension des substrats anatomo-fonctionnels du handicap dans la SEP et comme potentiel instrument futur d'évaluation thérapeutique
Resting-state fMRI (rs-fMRI) may provide important clue concerning disability in multiple sclerosis (MS) by exploring the spontaneous BOLD fluctuations at rest in the whole brain. The aim of this work is to depict the functional reorganization of resting-state networks in MS patients and to assess its potential relationships with disability.In the first part, we performed an fMRI protocol combining a rs-fMRI and task-associated fMRI during a motor task, in a group of early MS patients. This study evidenced a direct association between reorganization of connectivity at rest and during activation in the motor system of patients. In the second rs-fMRI study, we evidenced an increased of the global level of connectivity in most of the rs-networks, strongly associated with the level of disability of patients. In the third part, we evidenced in a 2-year longitudinal study using graph theoretical approach that MS patients exhibited a dynamical alteration of functional brain topology that significantly correlated with disability progression. In the last part, we evidenced that the transient clinical improvement following physical rehabilitation in MS patients is associated with reversible plasticity mechanisms located in the default mode network, the central executive network and in the left fronto-orbital cortex. These works evidence that MS patients exhibit a complex and dynamical functional reorganization of rs-networks, significantly associated with disability progression. This PhD thesis confirms that rs-fMRI is a relevant biomarker of pathophysiology leading to disability in MS and represents a promising tool for therapeutic assessment of MS patients in the future

Les méthodes stochastiques de modélisation discrète de réseaux de fractures reposent principalement sur la reproduction de la géométrie du réseau de fractures naturelles décrit par des lois de distributions statistiques. Classiquement, la géométrie de chaque objet est simulée en déterminant la position, l'orientation et la géométrie d'objets planaires représentant une fracture. Cependant, l'organisation générale du réseau est émergente d'un processus stochastique et stationnaire. Cette thèse explore une approche stochastique pseudo-génétique définissant des règles d'implantation et de propagation d'objets non planaires qui permet de contraindre l'émergence d'une organisation fractale particulière. La simulation mime le processus de fracturation naturelle en contraignant le positionnement et la géométrie de chaque fracture par la zone d'accumulation des contraintes et la zone d'ombre définie autour de chaque fracture déjà simulée. Nous étudierons l'impact de la méthode proposée sur la dimension fractale du réseau de fractures discret. De même, nous mènerons une étude quantifiant l'impact de notre méthode de simulation sur la connectivité des modèles et leur seuil de percolation. La validation des approches stochastiques se base sur le réalisme de la géométrie et du comportement des modèles produits. L'approche précédemment décrite contraint les géométries locale et globale des réseaux de fractures discrets par des lois statistiques et des concepts issus de la mécanique de la fracturation. L'imagerie des discontinuités mécaniques peut aussi passer par l'interprétation de données indirectes évaluant le comportement physique et/ou dynamique du volume de roche fracturé. Nous proposons une approche efficace pour intégrer à la simulation stochastique des considérations relatives à des tests de traceurs et à la microsismicité. Nous intégrerons ces considérations à la simulation directe des objets sans passer par une optimisation qui pourrait être couteuse en temps de calcul et corrompre l'organisation fractale du réseau de fracture discret
The stochastic simulation of discrete fracture network is based on the sampling of distribution law that describes the geometry of natural fracture networks. It generally simulates each fracture by selecting the position, the geometry and the dimensions of a planar object. The general organization of the discrete fracture network emerges from this stationary and stochastic process. This thesis explores a pseudo genetic and stochastic approach using rules that drive the seeding and the propagation of non planar objects, and allow the emergence of a fractal organization. The simulation mimics the natural fracturing process by considering the constraint accumulation zone and the shadow zone associated to each fracture already simulated in the fracture seeding, growth and linkage. We explore the impact of the method on the fractal dimension of discrete fracture network models, and we quantify its impact on both the connectivity and the percolation threshold. The validation of the stochastic approach is based on the realism of models both in terms of geometry and impact on its physical behavior. Our approach constrains the geometry of discrete fracture networks at fracture and at fracture network scales using statistic distribution laws and mechanical concepts. Mechanical discontinuities can also be described by indirect data that quantify the response of the fractured rock volume to dynamic or mechanical stimulation. We propose an efficient way to take into account flow information recorded from tracer tests and microseismic events that trigger after a hydraulic stimulation. The method is integrated during the stochastic simulation in order to remove the need of an optimization process that may be time consuming or may impact the fractal organization of the network

L'objectif global de cette thèse est d'étudier le phénomène de la propagation de l'activité électrique utérine par une approche basée sur la théorie de graphe. La première étape dans cette thèse est de trouver de nouveaux paramètres extraits des graphes qui conviennent pour représenter les évolutions physio-pathologiques de l'utérus. Ces paramètres seront testés directement sur les signaux EHG enregistrés au niveau de l'abdomen puis au niveau des sources identifiées à partir des EHG. Cette analyse sera appliquée sur le signal EHG i) globalement (en utilisant toute la contraction) et ii) dynamiquement (en utilisant des fenêtres temporelles dans la contraction pour caractériser à chaque fois le graphe correspondant). La deuxième étape sera de développer une nouvelle méthode basée sur les réseaux de neurones et de l'appliquer sur tous les paramètres déjà utilisés afin de sélectionner les meilleurs paramètres qui peuvent différencier les contractions de grossesse et de travail. Les résultats attendus seront utilisés à la fois pour enrichir les connaissances scientifiques dans ce domaine et pour essayer d'améliorer les performances de la prédiction de la prématurité chez les femmes
The overall objective of this thesis is to study the phenomenon of the propagation of uterine electrical activity by a approach based on graph theory. The first step in this thesis is to find new parameters extracted from the graphs which are suitable to represent the physio-pathological evolutions of the uterus. These parameters will be tested directly on th EHG signals recorded at the level of the abdomen then at the level of the sources identified from the EHGs. This analysis will be applied to the EHG signal i) globally (using the entire contraction) and ii) dynamically (using time windows in the contraction to characterize each time the corresponding graph). The second step will be to develop a new method based on neural networks and apply it on all the parameters already used in order to select the best parameters that can differentiate pregnancy and labor contractions. The expected results will be used both to enrich scientific knowledge in this field and to try to improve the performance of the prediction of prematurity in women

La compréhension des mécanismes cognitifs est un défi que les prouesses technologiques en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et de diffusion permettent de relever. Les réseaux neuronaux, ensembles de régions interconnectées anatomiquement et fonctionnellement, sont à l'ori- gine des processus cognitifs. Nous nous sommes intéressés à la relation entre la structure anatomique et la fonction de ces réseaux, au travers des deux principes fondamentaux du fonctionnement céré- bral que sont la ségrégation et l'intégration, ainsi que via la notion d'intégrité. En premier lieu, nous nous sommes penchés sur la ségrégation anatomique des noyaux gris centraux et son interprétation fonctionnelle. Puis, nous avons abordé le principe d'intégration, d'un point de vue descriptif par le biais de la théorie des graphes, puis explicatif par l'utilisation du modèle spatial autorégressif. Enfin, nous avons étudié l'intégrité structurelle du cerveau en présence de déficits neurocomportementaux suite à un traumatisme crânien léger. Nous avons ainsi mis en évidence l'existence d'un substrat ana- tomique sous-jacent aux réseaux fonctionnels. Nos résultats suggèrent que la structure anatomique des réseaux cérébraux est un substrat complexe optimisant les processus fonctionnels. De plus, une perte d'intégrité de ce substrat anatomique lors d'un traumatisme crânien léger se répercute sur le comportement et les performances cognitives. Ceci démontre que le fonctionnement cérébral, traduit par les réseaux neuronaux, est intimement lié à la structure anatomique de ces réseaux.

Les modèles géologiques numériques 2D et 3D permettent de comprendre l'organisation spatiale des roches du sous-sol. Ils sont également conçus pour réaliser des simulations numériques afin d’étudier ou de prédire le comportement physique du sous-sol. Pour résoudre les équations qui gouvernent les phénomènes physiques, les structures internes des modèles géologiques peuvent être discrétisées spatialement à l’aide de maillages. Cependant, la qualité des maillages peut être considérablement altérée à cause de l’inadéquation entre, d’une part, la géométrie et la connectivité des objets géologiques à représenter et, d’autre part, les contraintes requises sur le nombre, la forme et la taille des éléments des maillages. Dans ce cas, il est souhaitable de modifier un modèle géologique afin de pouvoir générer des maillages de bonne qualité permettant la réalisation de simulations physiques fidèles en un temps raisonnable. Dans cette thèse, j’ai développé des stratégies de réparation et de simplification de modèles géologiques 2D dans le but de faciliter la génération de maillages et la simulation de processus physiques sur ces modèles. Je propose des outils permettant de détecter les éléments des modèles qui ne respectent pas le niveau de détail et les prérequis de validité spécifiés. Je présente une méthode pour réparer et simplifier des coupes géologiques de manière locale, limitant ainsi l’extension des modifications. Cette méthode fait appel à des opérations d’édition de la géométrie et de la connectivité des entités constitutives des modèles géologiques. Deux stratégies sont ainsi explorées : modifications géométriques (élargissements locaux de l'épaisseur des couches) et modifications topologiques (suppressions de petites composantes et fusions locales de couches fines). Ces opérations d’édition produisent un modèle sur lequel il est possible de générer un maillage et de réaliser des simulations numériques plus rapidement. Cependant, la simplification des modèles géologiques conduit inévitablement à la modification des résultats des simulations numériques. Afin de comparer les avantages et les inconvénients des simplifications de modèles sur la réalisation de simulations physiques, je présente trois exemples d'application de cette méthode : (1) la simulation de la propagation d'ondes sismiques sur une coupe au sein du bassin houiller lorrain, (2) l’évaluation des effets de site liés à l'amplification des ondes sismiques dans le bassin de la basse vallée du Var, et (3) la simulation d'écoulements fluides dans un milieu poreux fracturé. Je montre ainsi (1) qu'il est possible d’utiliser les paramètres physiques des simulations, la résolution sismique par exemple, pour contraindre la magnitude des simplifications et limiter leur impact sur les simulations numériques, (2) que ma méthode de simplification de modèles permet de réduire drastiquement le temps de calcul de simulations numériques (jusqu’à un facteur 55 sur une coupe 2D dans le cas de l’étude des effets de site) tout en conservant des réponses physiques équivalentes, et (3) que les résultats de simulations numériques peuvent être modifiés en fonction de la stratégie de simplification employée (en particulier, la modification de la connectivité d’un réseau de fractures peut modifier les écoulements fluides et ainsi surestimer ou sous-estimer la quantité des ressources produites)
Numerical geological models help to understand the spatial organization of the subsurface. They are also designed to perform numerical simulations to study or predict the rocks physical behavior. The internal structures of geological models are commonly discretized using meshes to solve the physical governing equations. The quality of the meshes can be, however, considerably degraded due to the mismatch between, on the one hand, the geometry and the connectivity of the geological objects to be discretized and, on the other hand, the constraints imposed on number, shape and size of the mesh elements. As a consequence, it may be desirable to modify a geological model in order to generate good quality meshes that allow realization of reliable physical simulations in a reasonable amount of time. In this thesis, I developed strategies for repairing and simplifying 2D geological models, with the goal of easing mesh generation and simulation of physical processes on these models. I propose tools to detect model elements that do not meet the specified validity and level of detail requirements. I present a method to repair and simplify geological cross-sections locally, thus limiting the extension of modifications. This method uses operations to edit both the geometry and the connectivity of the geological model features. Two strategies are thus explored: geometric modifications (local enlargements of the layer thickness) and topological modifications (deletions of small components and local fusions of thin layers). These editing operations produce a model on which it is possible to generate a mesh and to realize numerical simulations more efficiently. But the simplifications of geological models inevitably lead to the modification of the numerical simulation results. To compare the advantages and disadvantages of model simplifications on the physical simulations, I present three applications of the method: (1) the simulation of seismic wave propagation on a cross-section within the Lorraine coal basin, (2) the site effects evaluation related to the seismic wave amplifications in the basin of the lower Var river valley, and (3) the simulation of fluid flows in a fractured porous medium. I show that (1) it is possible to use the physical simulation parameters, like the seismic resolution, to constrain the magnitude of the simplifications and to limit their impact on the numerical simulations, (2) my method of model simplification is able to drastically reduce the computation time of numerical simulations (up to a factor of 55 in the site effects case study) while preserving an equivalent physical response, and (3) the results of numerical simulations can be changed depending on the simplification strategy employed (in particular, changing the connectivity of a fracture network can lead to a modification of fluid flow paths and overestimation or underestimation of the quantity of produced resources)

La technique d'EHGI permet une reconstruction non invasive du potentiel électrique à la surface de l’utérus à partir du potentiel électrique mesuré à la surface du corps et des données anatomiques du torse. L’EHGI fournit des informations très précieuses sur l'état de l’utérus car il est capable de fournir une description spatiale raffinée de la voie et de l’amplitude des ondes électriques à la surface de l'utérus. Cela peut aider beaucoup dans différentes interventions cliniques. Les algorithmes scientifiques derrière tout outil EHGI sont capables de prétraiter les données anatomiques du patient afin de fournir un maillage informatique, de filtrer les mesures bruitées du potentiel électrique et de résoudre un problème inverse. Le problème inverse en électrohystérographie utérine (imagerie électrohystérographique (EHGI)) est une technique de diagnostic nouvelle et puissante. Cette technologie non invasive intéresse de plus en plus les industries médicales. Le succès de cette technologie serait considéré comme une percée dans le diagnostic de l'utérus. Cependant, dans de nombreux cas, la qualité du potentiel électrique reconstruit n’est pas suffisamment précise. La difficulté vient du fait que le problème inverse en électrohystérographie utérine est bien connu comme un problème mathématiquement mal posé. Différentes méthodes basées sur la régularisation de Thikhnov ont été utilisées afin de régulariser le problème. Nous avons mené notre analyse en utilisant un modèle d’utérus réaliste et avons cherché à identifier l’étendue spatiale des sources
The technique of EHGI allows a noninvasive reconstruction of the electrical potential on the uterus surface based on electrical potential measured on the body surface and anatomical data of the torso. EHGI provides very precious information about the uterus condition since it is able to provide refined spatial description of the electrical wave pathway and magnitude on the uterus surface. This may help a lot in different clinical interventions. The scientific algorithms behind any EHGI tool are able to preprocess the anatomical data of the patient in order to provide a computational mesh, filter noisy measurements of the electrical potential and solve an inverse problem. The inverse problem in uterus electrohysterography (electrohysterography imaging (EHGI)) is a new and a powerful diagnosis technique. This non-invasive technology interests more and more medical industries. The success of this technology would be considered as a breakthrough in the uterus diagnosis. However, in many cases the quality of reconstructed electrical potential is not accurate enough. The difficulty comes from the fact that the inverse problem in uterus electrohysterography is well known as a mathematically ill-posed problem. Different methods based on Thikhnov regularization have been used in order to regularize the problem. We have conducted our analysis by using a realistic uterus model and have aimed at identifying the spatial extent of the sources

Le cerveau humain est un réseau «large-échelle» formé de régions corticales distribuées et fonctionnellement interconnectées. Le traitement de l'information par le cerveau est un processus dynamique mettant en jeu une réorganisation rapide des réseaux cérébraux fonctionnels, sur une échelle de temps très courte (inférieure à la seconde). Dans le champ des neurosciences cognitives, deux grandes questions restent ouvertes concernant ces réseaux. D'une part, est-il possible de suivre leur dynamique spatio-temporelle avec une résolution temporelle nettement supérieure à celle de l'IRM fonctionnelle? D'autre part, est-il possible de mettre en évidence des différences significatives dans ces réseaux lorsque le cerveau traite des stimuli (visuels, par exemple) ayant des caractéristiques différentes. Ces deux questions ont guidé les développements méthodologiques élaborés dans cette thèse. En effet, de nouvelles méthodes basées sur l'électroencéphalographie sont proposées. Ces méthodes permettent, d'une part de suivre la reconfiguration dynamique des réseaux cérébraux fonctionnels à une échelle de temps inférieure à la seconde. Elles permettent, d'autre part, de comparer deux réseaux cérébraux activés dans des conditions spécifiques. Nous proposons donc un nouvel algorithme bénéficiant de l'excellente résolution temporelle de l'EEG afin de suivre la reconfiguration rapide des réseaux fonctionnels cérébraux à l'échelle de la milliseconde. L'objectif principal de cet algorithme est de segmenter les réseaux cérébraux en un ensemble d' «états de connectivité fonctionnelle» à l'aide d'une approche de type « clustering ». L'algorithme est basé sur celui des K-means et a été appliqué sur les graphes de connectivité obtenus à partir de l'estimation des valeurs de connectivité fonctionnelle entre les régions d'intérêt considérées. La seconde question abordée dans ce travail relève de la mesure de similarité entre graphes. Ainsi, afin de comparer des réseaux de connectivité fonctionnelle, nous avons développé un algorithme (SimNet) capable de quantifier la similarité entre deux réseaux dont les nœuds sont définis spatialement. Cet algorithme met en correspondance les deux graphes en « déformant » le premier pour le rendre identique au second sur une contrainte de coût minimal associée à la déformation (insertion, suppression, substitution de nœuds et d’arêtes). Il procède selon deux étapes, la première consistant à calculer une distance sur les nœuds et la seconde une distance sur les arrêtes. Cet algorithme fournit un indice de similarité normalisé: 0 pour aucune similarité et 1 pour deux réseaux identiques. Il a été évalué sur des graphes simulés puis comparé à des algorithmes existants. Il montre de meilleures performances pour détecter la variation spatiale entre les graphes. Il a également été appliqué sur des données réelles afin de comparer différents réseaux cérébraux. Les résultats ont montré des performances élevées pour comparer deux réseaux cérébraux réels obtenus à partir l'EEG à haute résolution spatiale, au cours d'une tâche cognitive consistant à nommer des éléments de deux catégories différentes (objets vs animaux)
The human brain is a "large-scale" network consisting of distributed and functionally interconnected regions. The information processing in the brain is a dynamic process that involves a fast reorganization of functional brain networks in a very short time scale (less than one second). In the field of cognitive neuroscience, two big questions remain about these networks. Firstly, is it possible to follow the spatiotemporal dynamics of the brain networks with a temporal resolution significantly higher than the functional MRI? Secondly, is it possible to detect a significant difference between these networks when the brain processes stimuli (visual, for example) with different characteristics? These two questions are the main motivations of this thesis. Indeed, we proposed new methods based on dense electroencephalography. These methods allow: i) to follow the dynamic reconfiguration of brain functional networks at millisecond time scale and ii) to compare two activated brain networks under specific conditions. We propose a new algorithm benefiting from the excellent temporal resolution of EEG to track the fast reconfiguration of the functional brain networks at millisecond time scale. The main objective of this algorithm is to segment the brain networks into a set of "functional connectivity states" using a network-clustering approach. The algorithm is based on K-means and was applied on the connectivity graphs obtained by estimation the functional connectivity values between the considered regions of interest. The second challenge addressed in this work falls within the measure of similarity between graphs. Thus, to compare functional connectivity networks, we developed an algorithm (SimNet) that able to quantify the similarity between two networks whose node coordinates is known. This algorithm maps one graph to the other using different operations (insertion, deletion, substitution of nodes and edges). The algorithm is based on two main parts, the first one is based on calculating the nodes distance and the second one is to calculate the edges distance. This algorithm provides a normalized similarity index: 0 for no similarity and 1 for two identical networks. SimNet was evaluated with simulated graphs and was compared with previously-published graph similarity algorithms. It shows high performance to detect the similarity variation between graphs involving a shifting of the location of nodes. It was also applied on real data to compare different brain networks. Results showed high performance in the comparison of real brain networks obtained from dense EEG during a cognitive task consisting in naming items of two different categories (objects vs. animals)

Dans cette thèse, il s'agit de proposer un protocole MAC qui prend en compte certaines spécificités des réseaux de capteurs sans fil linéaires. Ce protocole MAC est basé sur des jetons circulants qui donnent aux noeuds le droit d’accès au canal de transmission. Nous évaluons à partir de ce protocole l’impact des interférences et de la connectivité sur un réseau linéaire. Cette évaluation nous permet de proposer des techniques de clustering dans un réseau de capteurs sans fil linéaire. Nous supposons d’abord un clustering basé sur une exploitation logique du voisinage des noeuds capteurs. Nous considérons dans ce cas, un modèle de propagation déterministe qui ne tient pas en compte la complexité du milieu. Ensuite, nous considérons une technique de clustering dans laquelle le modèle de propagation prend en compte les fluctuations qui rendent le milieu complexe
In this thesis, we propose a MAC protocol that takes into account the specific characteristics of LSNs. This MAC protocol is based on tokens circulating that give the right to nodes to access to the transmission channel. We evaluate from this protocol the impact of interference and connectivity in the LSN. This evaluation allows us to propose clustering techniques in a LSN. We assume first a clustering based on a logical exploitation of the vicinity of the sensor nodes. In this case, we assume that a deterministic propagation model that does not take into account the complexity of the environment. Next, we consider a clustering technique wherein the propagation model takes into account the fluctuations that make complex the medium

La diffusion de l’hydrogène dans les métaux est un paramètre clef pour la compréhension des mécanismes de base de la fragilisation par l’hydrogène. Néanmoins, le rôle des joints de grains dans le processus de diffusion de cet élément reste à éclaircir. Avec une approche numérique, nous avons étudié les effets d’un réseau hétérogène de joints de grains sur la diffusivité macroscopique de l’hydrogène. Pour cela, des essais de perméation ont été simulés par la méthode des éléments finis, en modélisant le matériau comme un composite formé d’une phase intra-associée aux grains et deux phases intergranulaires, avec des propriétés de diffusion différentes. Nous avons montré, en caractérisant la topologie et la connectivité du réseau des joints de grains, qu’il existe des fortes corrélations entre les paramètres de connectivité et le coefficient de diffusion effectif. Il a été démontré également que ces corrélations sont plus importantes dans les matériaux nanocristallins. De plus, en utilisant une approche d’homogénéisation, il a été mis en évidence que le coefficient de diffusion effectif est contrôlé par le caractère percolant du réseau des joints de grains, sans pour autant avoir le même seuil de percolation que ces derniers. Une seconde étude, utilisant des microstructures de nickel obtenues par cartographies EBSD, a permis d’évaluer l’écart entre la connectivité des modèles simplifiés et les structures réelles. Cette étude a permis également de confronter les coefficients de diffusion effectifs obtenus par la simulation à des données de la littérature. En parallèle, une étude expérimentale a été conduite sur le nickel pour analyser l’influence des joints de grains sur la distribution locale de l’hydrogène. Les résultats ont montré des corrélations importantes entre la nature du joint de grains et le profil de concentration de l’hydrogène autour de ce joint, qui ne peuvent pas être expliquées uniquement par le processus de diffusion
The diffusion of hydrogen in metals is a key factor for understanding the basic mechanisms of hydrogen embrittlement. However, the contribution of grain boundaries to the hydrogen diffusion is not well established. In this this work, we first investigated the effects of a heterogeneous grain boundary networks on the effective diffusivity in polycrystalline materials, using finite elements modeling. To do so, hydrogen diffusion through heterogeneous materials, modeled by a ternary continuum composite media, was simulated. We showed, by characterizing the grain-boundary connectivity, that there are strong correlations between the grain-boundary connectivity parameters and the effective diffusivity. It was found also that these correlations are more significant for nanocrystalline materials. Moreover, by using a homogenization method, it was evidenced that the percolation behavior of the effective diffusivity is controlled by the grain-boundary network evolution, without exhibiting the same percolation threshold than the latter. A second approach, using EBSD-based microstructures, was conducted to evaluate the effect of microstructural constraints on the grain boundary connectivity and to compare the effective diffusivity numerically obtained with experimental data on polycrystalline nickel from literature. In parallel, experimental analyses were performed to analyze the effects of the grain boundaries on the local hydrogen concentration. This highlighted the significant impact of grain-boundary character on the hydrogen distribution around grain boundaries, which can not be explained by the only diffusion process

Dans un graphe non orienté, le problème du sous-graphe k-sommet connexe consiste à déterminer un sous-graphe de poids minimum tel que entre chaque paires de sommets, il existe k chemins sommet-disjoints. Ce modèle a été étudié dans la littérature en termes d'arête connexité. Cependant, le cas de la sommet connexité n'a pas été traité jusqu'à présent. Nous décrivons de nouvelles inégalités valides et nous présentons un algorithme de Coupes et Branchements ainsi qu'une large étude expérimentale qui montrent l'efficacité des contraintes utilisées. Nous proposons ensuite une formulation étendue pour le même problème pour une connexité k=2, suivi d'un algorithme de Génération de Colonnes et Branchements pour résoudre cette formulation.Nous étudions ensuite la version avec chemins bornés du problème. Le problème consiste à trouver un sous-graphe de poids minimum, tel que entre chaque paire d'origine-destination, il existe k chemins sommet-disjoints de longueur au plus L. Nous proposons une formulation linéaire en nombres entiers pour L=2,3. Nous présentons de nouvelles inégalités valides et nous proposons des algorithmes de séparation pour ces contraintes. Nous présentons ensuite un algorithme de Coupes et Branchements qu'on a testé sur des instances de la TSPLIB
Given a weighted undirected graph and an integer k, the k-node-connected subgraph problem is to find a minimum weight subgraph which contains k-node-disjoint paths between every pair of nodes. We introduce new classes of valid inequalities and discuss their facial aspect. We also devise separation routines, investigate the structural properties of the linear relaxation and discuss some reduction operations that can be used in a preprocessing phase for the separation. Using these results, we devise a Branch-and-Cut algorithm and present some computational results. Then we present a new extended formulation for the the k-node-connected subgraph problem, along with a Branch-and-Cut-and-Price algorithm for solving the problem.Next, we investigate the hop-constrained version of the problem. The k node-disjoint hop-constrained network design problem is to find a minimum weight subgraph such that between every origin and destination there exist at least k node-disjoint paths of length at most L. We propose an integer linear programming formulation for L=2,3 and investigate the associated polytope. We introduce valid inequalities and devise separation algorithms. Then, we propose a B\&C algorithm for solving the problem along with some computational results

La motivation première des travaux présentés. Dans cette thèse de doctorat est la synthèse et la caractérisation structurale, thermique et électrique de nouveaux composés d'uranyle, d'oxyanions de métaux de transition et de cations monovalents, et particulièrement les molybdates et les tungstates d'uranyle et de métaux alcalins. Ainsi, l'exploitation des diagrammes ternaires UO3-XO3-M2O avec X = Mo, W et M un métal monovalent, nous a conduit à l'obtention de nombreuses familles de composés. Pour les molybdates d'uranyle, trois nouvelles familles de molybdates d'uranyle ont été caractérisées: La phase K8(UO2)8(MoO5)3O6 et la famille M2(UO2)2(MoO4)O2 avec M = K, Rb et Cs sont constituées de couches uranyle - molybdate, alors la famille M6(UO2)2O(MoO4)4 avec M = Na, K, Rb et Cs est constituée de chaînes uranyle - molybdate. Dans le cas des tungstène, la variété de phases obtenues est encore plus importante. Avec Na, K, Rb et Cs des structures en couches sont obtenues, il s'agit des deux familles M2(UO2)W2O8 (M = Na, K) et M2(UO2)2(WO5)O avec (M = K, Rb, Cs), et du composé Na10(UO2)8(W5O20)O8. Avec le lithium, deux composés possédant un enchaînement tridimensionnel de polyèdres autour de l'uranium et du tungstène, libérant des tunnels occupés par les atomes de lithium : il s'agit des composés Li2(UO2)4(WO5)4O et Li2(UO2)(WO4)4
Pour finir, nous avons complété ce travail par la caractérisation de deux nouveaux uranates de rubidium de formule Rb2U2O7 et Rb8U9O31. Cette étude confirme la complexité et l'intérêt de la cristallochimie des composés résultant de l'association d'ions uranyles et d'oxyanions. Cette complexité provient: - des différentes coordinations possibles à la fois de l'uranium et du métal de l"oxyanion. - des différentes possibilités de "polymérisation" de ces polyèdres à la fois de l'uranium (par exemple pour former des chaînes par la mise en commun d'arrêtes) et du métal de l'oxyanion (par exemple par des sommets pour former des chaînes ou des couche de types perovskite), - des différentes possibilités de connexion directe entre les polyèdres des coordination de l'uranium et du métal de l'oxyanion