Cette étude s'inscrit dans le cadre des travaux de caractérisation des eaux souterraines visant une meilleure connaissance de leur dynamique à l'échelle des principaux bassins versants du Québec. Ce mémoire présente un nouveau cadre géologique Quaternaire pour les bassins versants de la zone Bécancour. Les objectifs principaux de cette étude consistaient à compiler et refaire les levés des cartes géologiques des dépôts quaternaires en y intégrant les critères de la nouvelle légende de la Commission géologique du Canada, et à initier une étude exhaustive de la distribution en sous-surface des dépôts meubles à l'échelle du bassin versant. Au final, un modèle tridimensionnel hydrostratigraphique a été produit à titre de contribution à la modélisation hydrogéologique de cette région. Un large corpus de données sur la géologie et la géomorphologie des sédiments de surface a été colligé puis validé lors des levés de terrain grâce à plus de 3100 sites d'observation, suivi d'une phase extensive de photo-interprétation à l'échelle 1:40 000 afin de couvrir l'entièreté du bassin versant. Une étude détaillée de la stratigraphie a permis d'établir l'architecture verticale et l'extension régionale des dépôts quaternaires, tout en caractérisant ces derniers selon leurs propriétés hydrauliques (conductivité hydraulique, porosité et compacité). Les descriptions détaillées de plus de 60 coupes situées le long des principales rivières, conjuguées à l'interprétation de plus de 1000 forages provenant de diverses sources, à l'analyse de profils de résistivité apparente et à l'utilisation d'outils géochronologiques, ont servi à replacer certaines unités problématiques dans le cadre stratigraphique régional tout en permettant de préciser ce dernier. Les analyses géochronologiques réalisées grâce à la luminescence stimulée par infrarouge (IRSL) ont également permis de faire une distinction selon les âges obtenus entre deux unités sableuses potentiellement aquifères dont l'extension spatiale était jusqu'ici mal contrainte. En effet, des âges IRSL de 79 ± 4 ka pour des sédiments associés au Sables de Lotbinière et de 44 ± 3, 49 ± 4 et de 50 ± 4 ka pour les Sables des Vieilles-Forges ont permis de préciser le cadre chronostratigraphique de la partie centrale des Basses-Terres du Saint-Laurent. Les données recueillies ont grandement permis de déterminer l'extension des dépôts quaternaires et leur connexion avec la surface et la zone de recharge, deux autres éléments importants pour les études hydrogéologiques dans la région. La cartographie, la succession lithostratigraphique et la géochronologie ont permis d'élaborer un solide modèle hydrostratigraphique 3D qui forme le squelette utilisé dans la construction du modèle d'écoulement des eaux souterraines. Les résultats obtenus suite aux travaux menés sur les bassins versants de la zone Bécancour sont donc considérés comme des éléments clés de cette étude hydrostratigraphique à l'échelle régionale. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Géologie, Quaternaire, Bécancour, Hydrostratigraphie, Luminescence

Compte tenu de la fréquence élevée et de l'impact majeur des inondations, les décideurs, les acteurs des municipalités et le ministère de la sécurité publique ont un besoin urgent de disposer d'outils permettant de prédire ou d'évaluer l'importance des inondations et leur impact sur la population. D'après les statistiques, le premier étage des bâtiments, ainsi que les ouvertures inférieures, sont plus susceptibles de subir des dommages lors d'une inondation. Ainsi, dans le cadre de l'évaluation de l'impact des inondations, il serait nécessaire d'identifier l'emplacement de l'ouverture la plus basse des bâtiments et surtout sa hauteur par rapport au sol. Le système de balayage laser mobile (MLS) monté sur un véhicule s'est avéré être l'une des sources les plus fiables pour caractériser les bâtiments. Il peut produire des millions de points géoréférencés en 3D avec un niveau de détail suffisant, grâce à son point de vue depuis la rue et sa proximité. De plus, l'augmentation du nombre de jeux de données, issues des MLS acquis dans les villes et les environnements ruraux, permet de développer des approches pour caractériser les maisons résidentielles à l'échelle provinciale. Plusieurs défis sont associés à l'extraction d'informations descriptives des façades de bâtiments à l'aide de données MLS. Ainsi, les occlusions devant une façade rendent impossible l'obtention de points 3D sur ces parties de la façade. Aussi, comme les fenêtres sont principalement constituées de verre, qui ne réfléchit pas les signaux laser, les points disponibles pour celles-ci sont généralement limités. De plus, les approches de détection exploitent la répétitivité et les positions symétriques des ouvertures sur la façade. Mais ces caractéristiques sont absentes pour des maisons rurales et résidentielles. Finalement, la variabilité de la densité de points dans les données MLS rend difficile le processus de détection lorsqu'on travaille à l'échelle d'une ville. Par conséquent, l'objectif principal de cette recherche est de concevoir et de développer une approche globale d'extraction efficace des ouvertures présentes sur une façade. La solution proposée se compose de trois phases: l'extraction des façades, la détection des ouvertures et l'identification des occlusions. La première phase utilise une approche de segmentation adaptative par croissance de régions pour extraire la boîte englobante 3D de la façade. La deuxième phase combine la détection de trous avec une technique de maillage pour extraire les boîtes englobantes 2D des ouvertures. La dernière phase, qui vise à discriminer les occlusions des ouvertures, est en cours d'achèvement. Des évaluations qualitatives et quantitatives ont été réalisées à l'aide d'un jeu de données réelles, fourni par Jakarto Cartographie 3D Inc., de la province de Québec, au Canada. Les statistiques ont révélé que l'approche proposée pouvait obtenir de bons taux de performance malgré la complexité du jeu de données, représentatif des données acquises en situation réelle. Les défis concernant l'auto-occlusion de certaines façades et la présence de grandes occlusions environnantes seront à étudier plus en profondeur afin d'obtenir des informations plus précises sur les ouvertures des façades. / Given the high frequency and major impact of floods, decision-makers, stakeholders in municipalities and public security ministry are in the urgent need to have tools allowing to predict or assess the significance of flood events and their impact on the population. Based on statistics, the first floor of the buildings, as well as the lower openings, are more likely subject to potential damage during a flood event. Thus, in the context of flood impact assessment, it would be required identifying the location of the buildings' lowest opening and especially its height above the ground. The capacity to characterize building with a relevant level of detail depends on the data sources used for the modeling. Different sources of data have been employed to characterize buildings' façade and openings. Mobile Laser Scanning (MLS) system mounted on a vehicle has proved to be one of the most reliable sources in this domain. It can produce millions of 3D georeferenced points with sufficient level of detail of the building facades and its openings, due to its street-view and close-range distance. Moreover, the increase of MLS providers and acquisitions in towns and rural environments, makes it possible to develop approaches to characterize residential houses at a provincial scale. Although being effective, several challenges are associated with extracting descriptive information of building facades using MLS data. The presence of occlusion in front of a facade makes it impossible to obtain the 3D points of the covered parts of the facade. Given the fact that windows mostly consist of glass and laser signals could not be reflected from the glass, limited points are usually available for windows. While the repetitive pattern and symmetrical positions of the openings on the facade makes it easier for the detection system to extract them, this characteristic is missing on the facade on rural and residential houses. The inconsistency of the point density in MLS data make the detection process even harder when working at city scale. Accordingly, the main objective of this research is to design and develop a comprehensive approach that effectively extracts facade openings. In order to meet the research project objective, the proposed solution consists of three phases including facade extraction, opening detection, and occlusion recognition. The first phase employs an adaptive region growing segmentation approach to extract the 3D bounding box of the facade. The second phase combines a hole-based assumption with an XZ gridding technique to extract 2D bounding boxes of the openings. The last phase which recognizes holes related to the occlusion from the openings is currently being completed. Qualitative and quantitative evaluations were performed using a real-word dataset provided by Jakarto Cartographie 3D inc. of the Quebec Province, Canada. Statistics revealed that the proposed approach could obtain good performance rates despite the complexity of the dataset, representative of the data acquired in real situations. Challenges regarding facade's self-occlusion and the presence of large surrounding occlusions should be further investigated for obtaining more accurate opening information on the facade.

La sécurité dans les mines souterraines est l’une des principales préoccupations des entreprises d’exploitation minières. La surveillance des moindres changements ou déformations au niveau des tunnels et galeries miniers, notamment la convergence des tunnels (rétrécissement diamétral d’une section de tunnel), figure parmi les principales priorités de ces entreprises. Les techniques de surveillance de la convergence des tunnels miniers communément utilisées se basent essentiellement sur des mesures ponctuelles et limitées qui sont généralement longues et coûteuses. Les technologies LiDAR mobiles émergentes et prometteuses amènent des pistes de solutions qui permettent de gagner en efficacité et en sécurité. Cependant, la détection et la mesure précise de convergence des tunnels miniers au moyen de données LiDAR mobile demeurent problématiques en raison des enjeux suivants : la précision des nuages de points, l’irrégularité de la zone observée, la variabilité de la densité des scans et de leur prise de vue, la présence d’obstructions, la complexité de l’alignement parfait des nuages de points. La recherche visée dans ce mémoire de maîtrise s’inscrit dans le cadre du projet « MinEyes » et elle a pour objectif principal de détecter et de mesurer la convergence de tunnels miniers souterrains à partir de données LiDAR mobile. Pour ce faire, nous proposons une méthode multi-échelles de comparaison de nuages de points qui prend en considération les irrégularités de surface des tunnels miniers et qui permet une meilleure détection de leurs changements et une mesure plus précise de leur convergence. La méthode proposée se base sur une approche de comparaison modèle à modèle locale des nuages de points LiDAR mobile souterrain. Les résultats obtenus sont très prometteurs comparés à ceux d’autres méthodes de détection de changement dans les nuages de points LiDAR (ex. : méthodes C2C, C2M). Une analyse statistique des résultats a également permis de confirmer la robustesse de la méthode proposée surtout dans des zones rugueuses des tunnels miniers. / Security in underground mines is one of the main concerns of mining companies. Monitoring any changes or distortions in mining tunnels and galleries, including tunnel’s convergence, is one of the top priorities for those companies. Commonly used convergence monitoring techniques in underground tunnels are based on limited measurements that are usually very time-consuming and costly in terms of process. Emerging mobile LiDAR technologies offer alternative solutions that are far more efficient and lower in risk. However, the accurate measurements of convergence in mining tunnels using mobile LiDAR data remains challenging because of the following issues: limited precision of LiDAR point clouds, the roughness and irregularity of the studied surfaces in the tunnels, the irregularity of the scan density, the presence of occlusions and the complexities of reliable registration of point clouds. This research work is defined as a part of the ‘MinEyes project’ in collaboration with the company Pecktech which main objective is to detect and measure the convergence of underground mining tunnels from mobile LiDAR data. To do so, we propose a multi-scale point cloud comparison method that considers the surface irregularities of the mining tunnels and allows a better detection of their changes and a more precise measurement of their convergence. The proposed method is based on a local model-to-model comparison method of underground mobile LiDAR point clouds. The results obtained are very promising compared to other LiDAR point cloud comparison methods (e.g. C2C, C2M methods). A statistical analysis of the results also has confirmed the efficiency of the proposed method, especially in the rough areas of the mining tunnels.

Titre de l'écran-titre (visionné le 26 juillet 2023) / Ce mémoire présente la modélisation et la simulation dynamique 3D de l'effecteur d'un robot humanoïde à l'aide du logiciel Simcenter Amesim. Ici, l'intérêt de modélisation et simulation porte sur un effecteur rigide pouvant entrer en contact multipoint avec son environnement et tenant lieu de mains et de pieds d'un robot humanoïde. On passe d'abord en revue les outils natifs disponibles dans Simcenter Amesim pour la gestion des contacts qui peuvent être intermittents. Les outils diffèrent selon que le modèle est en 1D, 2D ou 3D. Les outils 3D sont ensuite utilisés pour gérer les contacts multipoints entre un modèle d'effecteur simplifié et un environnement composé de plusieurs objets. Les résultats de simulation sont concluants, mais on constate des difficultés à effectuer les simulations lorsque le nombre de paires de contact est élevé. Ensuite, une extension des outils pour gérer le contact entre deux arêtes quelconques, toujours en utilisant les outils de contact natifs 3D et la programmation graphique est présentée. La technique fonctionne bien et permet, par exemple, de simuler un contact quelconque entre un effecteur et un barreau d'échelle ou entre un effecteur et une marche d'escalier.

Dans ce projet, nous étudions les problèmes de rétro-ingénierie et de contrôle de la qualité qui jouent un rôle important dans la fabrication industrielle. La rétro-ingénierie tente de reconstruire un modèle 3D à partir de nuages de points, qui s’apparente au problème de la reconstruction de la surface 3D. Le contrôle de la qualité est un processus dans lequel la qualité de tous les facteurs impliqués dans la production est abordée. En fait, les systèmes ci-dessus nécessitent beaucoup d’intervention de la part d’un utilisateur expérimenté, résultat souhaité est encore loin soit une automatisation complète du processus. Par conséquent, de nombreux défis doivent encore être abordés pour atteindre ce résultat hautement souhaitable en production automatisée. La première question abordée dans la thèse consiste à extraire les primitives géométriques 3D à partir de nuages de points. Un cadre complet pour extraire plusieurs types de primitives à partir de données 3D est proposé. En particulier, une nouvelle méthode de validation est proposée pour évaluer la qualité des primitives extraites. À la fin, toutes les primitives présentes dans le nuage de points sont extraites avec les points de données associés et leurs paramètres descriptifs. Ces résultats pourraient être utilisés dans diverses applications telles que la reconstruction de scènes on d’édifices, la géométrie constructive et etc. La seconde question traiée dans ce travail porte sur l’alignement de deux ensembles de données 3D à l’aide de primitives géométriques, qui sont considérées comme un nouveau descripteur robuste. L’idée d’utiliser les primitives pour l’alignement arrive à surmonter plusieurs défis rencontrés par les méthodes d’alignement existantes. Ce problème d’alignement est une étape essentielle dans la modélisation 3D, la mise en registre, la récupération de modèles. Enfin, nous proposons également une méthode automatique pour extraire les discontinutés à partir de données 3D d’objets manufacturés. En intégrant ces discontinutés au problème d’alignement, il est possible d’établir automatiquement les correspondances entre primitives en utilisant l’appariement de graphes relationnels avec attributs. Nous avons expérimenté tous les algorithmes proposés sur différents jeux de données synthétiques et réelles. Ces algorithmes ont non seulement réussi à accomplir leur tâches avec succès mais se sont aussi avérés supérieus aux méthodes proposées dans la literature. Les résultats présentés dans le thèse pourraient s’avérér utilises à plusieurs applications. / In this research project, we address reverse engineering and quality control problems that play significant roles in industrial manufacturing. Reverse engineering attempts to rebuild a 3D model from the scanned data captured from a object, which is the problem similar to 3D surface reconstruction. Quality control is a process in which the quality of all factors involved in production is monitored and revised. In fact, the above systems currently require significant intervention from experienced users, and are thus still far from being fully automated. Therefore, many challenges still need to be addressed to achieve the desired performance for automated production. The first proposition of this thesis is to extract 3D geometric primitives from point clouds for reverse engineering and surface reconstruction. A complete framework to extract multiple types of primitives from 3D data is proposed. In particular, a novel validation method is also proposed to assess the quality of the extracted primitives. At the end, all primitives present in the point cloud are extracted with their associated data points and descriptive parameters. These results could be used in various applications such as scene and building reconstruction, constructive solid geometry, etc. The second proposition of the thesis is to align two 3D datasets using the extracted geometric primitives, which is introduced as a novel and robust descriptor. The idea of using primitives for alignment is addressed several challenges faced by existing registration methods. This alignment problem is an essential step in 3D modeling, registration and model retrieval. Finally, an automatic method to extract sharp features from 3D data of man-made objects is also proposed. By integrating the extracted sharp features into the alignment framework, it is possible implement automatic assignment of primitive correspondences using attribute relational graph matching. Each primitive is considered as a node of the graph and an attribute relational graph is created to provide a structural and relational description between primitives. We have experimented all the proposed algorithms on different synthetic and real scanned datasets. Our algorithms not only are successful in completing their tasks with good results but also outperform other methods. We believe that the contribution of them could be useful in many applications.

Les infiltrations d’eau souterraines possiblement liées à un système de structures majeures représentent un défi d’ingénierie pour la mine Éléonore. Le pompage et la pré-cimentation par forages pilotes du massif sont les méthodes de mitigation préconisées pour contrôler les flux d’eau entrant dans les excavations souterraines de la mine. Bien que ces méthodes s’avèrent satisfaisantes pour réduire les flux entrant, une optimisation des techniques de pré-cimentation est souhaitable afin de réduire les quantités de ciment utilisées. Un modèle numérique 3D d’éléments finis par volumes de contrôle construit en adaptant la méthodologie de Blessent (2009) avec maillage tétraédrique a été appliqué afin de représenter le système d’écoulement en milieux poreux équivalents couplé aux structures majeures. Les résultats du calage effectué sur le modèle 3D numérique à partir d’un essai de pompage ont montré que le modèle conceptuel initial nécessite un plus grand raffinement des puits ainsi que des investigations supplémentaires sur les structures majeures les plus conductrices. Les caractéristiques calées du modèle 3D numérique ont été utilisées afin de construire un modèle conceptuel 2D de chantier typique. Des analyses de sensibilité d’injection de ciment pour trois différents modèles conceptuels de chantier avec une structure majeure conductrice ont été effectuées pour évaluer la réduction du flux entrant dans le chantier. Les résultats des analyses de sensibilité montrent que les conditions d’écoulement régional ont peu d’influence sur le flux entrant dans le chantier. Aussi, les analyses de sensibilité ont montré que dans l’éventualité d’une structure majeure interceptant le chantier, l’injection de ciment dans la structure est plus efficace pour réduire le flux entrant dans le chantier. Or, dans le cas d’une structure majeure au-dessus du chantier, l’injection de ciment entre le chantier et la structure est plus efficace que de cibler directement la structure. / Groundwater infiltrations into underground excavations represent a major engineering challenge at the Éléonore mine. Pumping and pre-grouting are the mitigation methods used to control water inflows into the mine workings. Even though these methods seem to give good results to reduce water inflows, a better understanding of the flow system throughout the domain of interest and optimisation of pre-grouting approaches can be achieved to reduce the amount of cement used for grouting. A 3D finite-element by control volume model is built with the modified approach of Blessent (2009), including a tetrahedral mesh to represent the porous media coupled to the major structures. The calibration results from the 3D numerical model with a pumping test show that an increased refinement of wells and more investigations on the structures properties on-site should be done. It is also suggested that the division of the porous mass into five hydrostratigraphic intervals should be reviewed. The calibrated properties of the 3D numerical model are then used to build a 2D conceptual model of a fictive stope with a water-conductive structure nearby. Sensitivity analysis of cement injection into the porous mass or the structure itself are performed with three different versions of this conceptual model. The results of these analysis show that a condition of regional flow through the model has no significant impact on the results. The sensitivity analysis show that for a fracture above the stope, grouting the area between the stope and the fracture is better to reduce water inflows in the stope than grouting the structure itself. Also, in the case of a structure intercepting the stope, grouting the structure as widely as possible is more efficient to reduce the inflows into the stope.

L'utilisation du territoire est régie par différents mécanismes que nous pourrions nommer géorèglementations comme par exemples les plans d'urbanisme, les permis de construire ou le zonage. La géorèglementation, en anglais, on parle de Land-use Regulation (LuR), permet d'imposer ou d'influencer l'utilisation d'un territoire dans le but d'atteindre des objectifs de politique publique. Qu'on le veule ou pas, la géorèglementation est nécessaire car elle permet de consolider une saine gestion des ressources, elle aide à la conservation et au développement du territoire, elle fournit un cadre législatif important pour assurer la sécurité et le bon fonctionnement pour l'accès et l'utilisation harmonieuse du territoire. La géorèglementation s'applique donc sur un territoire, où les composantes spatiales, comme la géométrie des éléments, sont primordiales. Il faudra par exemple tenir compte des marges de recul (donc distance) lors de la construction d'une maison, d'une superficie maximale de construction, etc. Ces composantes spatiales du territoire et son occupation peuvent également faire intervenir la 3e dimension comme la profondeur, la hauteur ou encore le volume. La pratique et la littérature montrent que la géorèglementation est actuellement principalement décrite dans des documents de planification et des lignes directrices, dont certains peuvent inclure une représentation spatiale en 2D (i.e. des cartes). On retrouve parfois de coupes transversales en 2D pour représenter l'étendue 2D/3D des LuRs. Cette manière de travailler à partir de document manuscrit et de plans 2D présente des lacunes importantes. Elle limite la possibilité d'avoir une compréhension complète et adéquate de l'étendue 3D des LuRs et donc dans la prise de décision, comme par exemple, la détection de conflits potentiels dans la délivrance de permis de construire ou d'aménagement. De plus, l'application et donc la validation de ces géorèglementations à partir de documents descriptifs prend du temps et laisse place à la subjectivité, ce qui peut conduire à de mauvaises décisions. Les autorités en matière de planification territoriale devraient avoir accès à toutes les informations et à toutes les représentations spatiales requises pour évaluer les LuRs et détecter les conflits potentiels. Force est de constater, que ce n'est pas le cas actuellement, et que même si des modèles 3D de bâtiments (BIM) ou de ville (CityGML) ont vu le jour, ils ne sont pas intégrés dans ces processus de géorèglementation. Cette recherche doctorale est dédiée à la conception et au développement d'un cadre de référence pour la modélisation géométrique 3D des LuRs, leur intégration dans le contexte des modèles de ville 3D et la détection automatique des conflits spatio-sémantiques potentiels lors de la validation des LuRs. Ce cadre de référence vise donc à soutenir les autorités en matière d'application de géorèglementations. La recherche se décline en cinq sous-objectifs soit 1) proposer un inventaire des différents LuRs 3D en précisant leurs composantes 3D/verticales, 2) proposer une classification fonctionnelle basée sur l'ampleur des conflits potentiels des LuRs 3D pour soutenir la prise de décision des autorités, 3) modéliser les LuRs en 3D puis les combiner avec d'autres sources d'information (ex. BIM, CityGML et cartes de zonage), 4) détecter les conflits spatiaux et sémantiques potentiels qui pourraient survenir entre les LuRs modélisés et les objets physiques comme les éléments de construction et, 5) concevoir et développer une preuve de faisabilité. Parmi plus de 100 de géorèglementations 2D/3D passés en revue, 18 de géorèglementations 3D sont inventoriées et discutées en profondeur. Par la suite, pour chacune de ces géorèglementations, les informations et paramètres requis pour leur modélisation 3D automatique sont établis. L'approche proposée permet l'intégration de la modélisation 3D de ces géorèglementations à des modèles de villes et de bâtiments 3D (par exemple, BIM, CityGML et le zonage). Enfin, la thèse fournie un cadre procédurale pour vérifier automatiquement si les géorèglementations 3D viennent en conflit avec des éléments de bâtis planifiés. La preuve de faisabilité est un prototype Web basée sur une étude de cas axée sur le processus d'émission de permis de construire d'un bâtiment situé dans la ville de Melbourne, Victoria, Australie. Les géorèglementations 3D suivantes ont été modélisées et vérifiées : 1) limites de construction en hauteur, 2) exposition au soleil pour estimer l'efficacité énergétique du bâtiment, 3) limite des zones d'ombrage, 4) limites de l'impact sonore, 5) zonage de vue, 6) marges latérales et arrières, 7) marges de rue (côtés et frontaux), et 8) limites d'inondation. / The use and developments of land are regulated by utilising different mechanisms called Land-use Regulation (LuR) in various forms such as planning activities, zoning codes, permit requirements, or subdivision controls of cities. LuR makes it possible to impose or influence the use and development of land in order to achieve public policy objectives. Indeed, LuR is essential since it allows the appropriate reinforcement of resource management, contributes to the land protection and development, and provides a tangible legal framework to ensure safety and proper functioning for the harmonious access and use of land. LuRs applies to land, where the spatial components, such as the geometry of the elements, are essential. For example, setback and height limits (i.e., the distance) or different floors' gross area should be considered when owners/developers propose a new construction on their property. These spatial components of the land, its occupied elements (e.g., building elements), or LuR itself can comprise the third dimension (i.e., depth, height, or even volume). Literature and related works show that LuR is currently mainly described in planning documents and guidelines, some of which may include 2D spatial representation (i.e., maps) or 2D cross-sections to represent the LuRs' 2D/3D extent. This method (i.e., working on textual documents and 2D plans) has significant shortcomings in understanding the LuRs' 3D extent and in decision-making (e.g., detecting potential conflicts in issuing planning/building permits). Moreover, checking LuRs' descriptions inside the textual documents is time-consuming, and subjective which might lead to erroneous decisions. Planning authorities need to have access to all information and the spatial representation that is required to assess LuRs and detect their potential conflicts. Clearly, it is generally lacking and even if 3D models of buildings (e.g., BIM designs) or cities (e.g., CityGML) have emerged, they do not incorporate the concept of LuRs. This Ph.D. research follows qualitative engineering type of method that generally aims to propose a conceptual framework for modelling 3D LuRs geometrically as part of 3D city models and formalising geometric and semantic requirements for detecting LuRs' potential conflicts automatically to support planning authorities in the statuary planning phase. To achieve the general objective, five specific objectives are defined as: 1) to formulate an inventory of various 3D LuRs specifying their 3D/vertical components, 2) to propose a functional classification based on the magnitude of 3D LuRs' potential conflicts for supporting planning authorities' decision-making goals, 3) to model LuRs in 3D and then combine them with other sources of information (e.g., BIM, city models, and zoning maps), 4) to automate the detection of potential spatio-semantic conflicts that might arise between the modelled LuRs and physical objects like building elements, and 5) to design and develop proof of feasibility for modelling and verifying 3D LuRs automatically. Among more than one hundred 2D/3D reviewed LuRs, eighteen 3D LuRs are inventoried and discussed thoroughly. For each of these LuRs, the research work identifies and proposes the required information (as level of information need) by considering both geometries and semantics to combine modelled LuRs with other sources of information (e.g., BIM, CityGML, and planning maps). Finally, the thesis proposes the level of information need considering requirements to verify 3D LuRs automatically for detecting potential conflicts using analytical rules (e.g., clash detection). The proof of feasibility is a web-based prototype based on a case study located in the City of Melbourne (where planning activities are under the control of authorities in the state of Victoria, Australia) focusing on the planning permit process. The following 3D LuRs were modelled and verified: 1) building height limits, 2) energy efficiency protection, 3) overshadowing open space, 4) noise impacts, 5) overlooking, 6) side and rear setbacks, 7) street setbacks (side and front), and 8) flooding limits.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) et l'ataxie récessive spastique autosomique de Charlevoix-Saguenay (ARSACS) sont deux maladies neurodégénératives incurables. La SLA, le plus souvent d'apparition tardive, se caractérise par la dégénérescence des neurones moteurs (NM) supérieurs et inférieurs, ainsi que par une atrophie musculaire. En plus des causes sporadiques, de nombreuses mutations génétiques, dont la mutation G93A dans le gène de la superoxyde dismutase 1 (SOD1), ont été identifiées comme causes de la maladie. Le processus de dégénérescence des NM est dit non-autonome et fait intervenir des cellules non-neuronales à l'image des astrocytes, microglies ou oligodendrocytes. Cependant, l'implication des cellules de Schwann (CS) dans la pathogenèse demeure encore floue. À l'inverse de la SLA, l'ARSACS apparait au cours de l'enfance et est caractérisée par une dégénérescence des cellules neuronales du cervelet, une atteinte pyramidale ainsi que par une atteinte neuropathique. Des mutations dans le gène SACS, sacsin molecular chaperone, ont été identifiées responsables de la maladie. La fonction de la protéine sacsine, encodée par le gène SACS et très fréquemment retrouvée dans les cellules de Purkinje ou les neurones corticospinaux, n'a pas totalement été élucidée. Cependant, seuls des tissus post-mortem, des modèles animaux, et des cellules normales sont disponibles pour l'étude de cette pathologie. Tout d'abord, un modèle 3D in vitro récapitulant la SLA a été développé. Ce modèle tri-compartimenté, ayant pour base une éponge de collagène/chitosan, comprenait des astrocytes, microglies, fibroblastes d'épineurium, NM et CS, extraites de souris SLA comportant la mutation d'intérêt (SOD1ᴳ⁹³ᴬ) ou de souris sauvage (SOD1ᵂᵀ) dépendamment du modèle souhaité, ainsi que des cellules musculaires. Nous avons montré que les NM SOD1ᴳ⁹³ᴬ ou SOD1ᵂᵀ étaient capables de migrer respectivement dans les modèles 3D SLA ou sain, et que les CS impactaient la migration neuronale puisque les CS SOD1ᵂᵀ étaient capables d'induire une augmentation du nombre de neurites dans le modèle sain, contrairement aux CS SOD1ᴳ⁹³ᴬ dans le modèle SLA. Par la suite, en vue d'une utilisation de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) pour l'étude de l'ARSACS, nous avons élaboré un protocole de différenciation d'iPSC en CS; et nous avons montré que malgré l'absence de sérum, il permettait l'obtention de CS myélinisantes. Enfin, en vue de générer le premier modèle in vitro 3D modélisant l'ARSACS, nous avons différencié des iPSC dérivées de patients ARSACS en NM et cellules de Purkinje et montré qu'elles exprimaient des marqueurs caractéristiques de ces cellules. Par ailleurs, la culture des NM et cellules de Purkinje ARSACS dans le modèle en éponge a permis de montrer que ces cellules mimaient des aspects physiopathologiques retrouvés dans la maladie comme une agrégation des neurofilaments dans les dendrites ou corps cellulaires des NM et des cellules de Purkinje, ainsi qu'une diminution des niveaux de protéines sacsine et Drp1, Dynamin related Protein 1 dans les cellules de Purkinje. Le modèle 3D en éponge réalisé par génie tissulaire nous a permis d'étudier deux maladies distinctes, et serait tout à fait adaptable à l'étude de diverses mutations touchant d'autres gènes impliqués dans la SLA par exemple. L'utilisation d'iPSC en combinaison avec ce modèle facilement modifiable pourrait apporter une approche prometteuse dans l'étude d'autres maladies neurodégénératives dont les mécanismes physiopathologiques demeurent inconnus. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and autosomal recessive spastic ataxia of Charlevoix-Saguenay (ARSACS) are two incurable neurodegenerative diseases. ALS, usually with a late-onset, is characterized by upper and lower motor neuron (MN) degeneration, as well as by muscle atrophy. Besides sporadic causes, numerous genetic mutations, including the G93A mutation in the superoxide dismutase 1 (SOD1) gene, have been identified as causes of the disease. MN degeneration is considered to be a non-autonomous process and involves non-neuronal cells such as astrocytes, microglia, or oligodendrocytes. Nevertheless, the involvement of Schwann cells (SCs) in the pathogenesis remains unclear. In contrast to ALS, ARSACS appears during childhood and is characterized by degeneration of cerebellar neuronal cells, and pyramidal and neuropathic involvement. Mutations in the sacsin molecular chaperone (SACS) gene, have been identified as responsible for the disease. The function of the sacsin protein, encoded by the SACS gene and frequently found in Purkinje cells or corticospinal neurons, has not been fully elucidated. However, only post-mortem tissues, animal models, and normal cells are available to study this pathology. First, a 3D in vitro model recapitulating ALS has been developed. This tri-compartmented model, based on a collagen/chitosan sponge, included astrocytes, microglia, epineurium fibroblasts, MNs, and SCs, extracted from ALS mice with the mutation of interest (SOD1ᴳ⁹³ᴬ) or from wild type mice (SOD1ᵂᵀ) depending on the desired model, as well as muscle cells. We showed that SOD1ᴳ⁹³ᴬ or SOD1ᵂᵀ MNs were able to migrate in the ALS or healthy 3D models, respectively, and that the SCs impacted neuronal migration since SOD1ᵂᵀ SCs were able to induce an increase in the number of neurites in the healthy model, unlike SOD1ᴳ⁹³ᴬ SCs in the ALS model. Subsequently, in order to use induced pluripotent stem cells (iPSC) for the study of ARSACS, we developed a protocol for the differentiation of iPSC into SCs; and we showed that despite the absence of serum, it allowed the generation of myelinating SCs. Finally, to generate the first in vitro 3D model of ARSACS, we differentiated iPSC derived from ARSACS patients into MNs and Purkinje cells and showed that they expressed characteristic markers of these cell types. Moreover, the culture of ARSACS MNs and Purkinje cells in the sponge model allowed us to show that these cells mimicked physiopathological aspects found in the disease such as an aggregation of neurofilaments in the dendrites or cell bodies of the MNs and Purkinje cells, as well as a decrease in the levels of sacsin and Drp1 (dynamin related protein 1) proteins in the Purkinje cells. The 3D tissue-engineered sponge model allowed the study of two distinct diseases and would be highly adaptable to the investigation of various mutations affecting other genes involved in ALS for example. The use of iPSC in combination with this flexible model could provide a promising approach to the study of other neurodegenerative diseases whose pathophysiological mechanisms remain unknown.

Ce mémoire de maîtrise propose la numérisation laser tridimensionnelle LiDARcomme nouvelle méthode d'étude et de visualisation de l'éclairage naturel dans des environnements réels pour architectes et designers. Elle constitue un complément aux méthodes d'éclairage actuelles car elle répond aux limites de la méthode de mesure de l'éclairement, de la simulation numérique et de l'imagerie à haute dynamique(HDR)en ce qui concerne le relevé et la représentation des patterns lumineux. Il présente une étude de cas pour déterminer les avantages et les limites de la numérisation laser 3D dans une vaste cafétéria à éclairage naturel et artificiel, vaste, géométriquement complexe et fragmentée. Les patterns lumineuxet la géométrie del'espace sont capturés par un appareil à balayage laser 3D à travers une série de quatre numérisations. Les numérisations sont alignées et fusionnées pour former un seul modèle 3D de l'espace entier. Les patterns lumineuxsont présentés en relation avec la matérialité, la géométrie et la position des fenêtres, des murs, des appareils d'éclairage et des sources d'éclairage et présentés sous forme d'images semblables à des dessins de présentation architecturaux. Plus précisément, les patterns lumineuxsont illustrés dans un plan d'étage, un plan de plafond réfléchi, une axonométrie et une coupe transversale. La méthode fournit des résultats de visualisation percutants. Elle facilite leur compréhension des patterns lumineux, car un nombre illimité d'images peut être généré à partir d'un nuage de points. L'exactitude de la méthode de relevé des espaces éclairés naturellement estégalementvérifié pour desespacesrelevésen une et plusieurs numérisations en comparant les patterns lumineux des imageries HDR et des nuages de points. De plus, le mémoire explore le potentiel de la numérisation laser tridimensionnelle comme méthode pour simuler de nouvelles ambiances lumineuses dans des espaces existants. / This master thesisproposesLiDARtridimensional laser scanning as a new daylighting enquiry and visualization method for real built environments for architects and designers. It constitutes a complement to actual lighting methods because it responds to the limitations of the illuminance measuring method, computer simulation and high dynamic rangeimagery concerning the survey and representation of lighting patterns. It presents a case study to determine the advantages and limitations of 3D laser scanning in a vast, geometrically complex and fragmented naturally and artificially lit cafeteria. Lighting patterns and the geometry of the space are captured with a 3D laser scanner through a series of four scans. The scans are aligned and fused to form a single 3D model of the entire space. The lighting distribution patterns are showcased in relation to the materiality, geometry and position of windows, walls, lighting fixtures and the lighting sources and presented through images similar to architectural presentation drawings. More precisely, the lighting distribution patterns are illustrated in a floor plan, a reflected ceiling plan, an axonometry and a cross-section. The method provides powerful visualization results and facilitates their understanding as an unlimited number of images can be generated from a point cloud.The precision of the method for surveying daylit environments surveyed through one and several scans is also verified by comparing lighting patterns between HDR and point cloud imageries. Moreover, it explores tridimensional laser scanning as a method for rendering new lighting ambiances in existing spaces.

Cette thèse se propose de mettre au point, grâce aux nouveaux outils informatiques, une méthode d’étude originale de l’espace funéraire en offrant une restitution tridimensionnelle de la sépulture, de l’architecture aux sujets. La découverte en 2003, d’un secteur de la catacombe des Saints Pierre-et-Marcelin (Rome, Italie), encore inexploré et original dans son organisation, a initié ce travail. Plusieurs tombes, datées des Ier-IIIe s. ap. J.-C, accueillent une succession de dépôts d’un grand nombre d’inhumés. La complexité des ensembles funéraires de ce secteur a nécessité le recours à de nouvelles formes de représentation pour l’analyse. L’objectif de cette thèse est d’établir un protocole de modélisation des sépultures multiples adapté à la stratification complexe des dépôts. Nos recherches ont porté, dans un premier temps sur l’élaboration et le test d’un processus de modélisation adaptés aux deux tombes étudiées et dans un second temps sur l’analyse des temps chronologiques et de la gestion des dépôts. Nos recherches ont abouti à la mise au point d’une méthodologie d’acquisition et de restitution de l’ensemble des vestiges osseux, de l’appareil funéraire et de l’espace funéraire. La modélisation 3D a permis par la visualisation tridimensionnelle une étude fine individuelle, une analyse des relations entre les différents sujets et de l’évolution taphonomique des dépôts confirmant la simultanéité des dépôts au sein des niveaux et entre les niveaux en rapport avec une crise de mortalité.L’application d'un protocole d'enregistrement puis de restitutions sur cette catacombe pourra contribuer à l'élaboration d'une méthode pour l'approche des sépultures plurielles. / The aim of this thesis is to perform, with the help of new informatics tools, an original study method of funerary space and offers a three-dimensional modelling of burial from architecture to individuals. This work was initiated by the discovery in 2003 of Saint Peter and Marcellinus catacombs parts, unexplored and original in its organisation. Several tombs, dated of 1st-3rd s A.D, received many buried. The complexity of tombs of central sector catacombs needs a new type of representation for analysis. The thesis goal is to establish a modelling process for several burials, adapt with deposit complex stratification. At first, our study was about the conception and the test of a modelling protocol adapted to the two study tombs, and after, to analyze chronological times and deposit management. Our research has result to acquisition and restitution process development of all human remains, funerary device and funerary space. The 3D modelling permits by the 3D visualisation, an advanced study, analyses of relations between different individuals and taphonomic evolution of deposit which confirmed the simultaneous deposit into levels and between levels linked to death's crisis.The application of a record protocol then restitution on these catacombs must contribute to a conception method for the approach of plural burials.