L'objectif de cette thèse porte sur la validation d'un modèle biomécanique du cœur à base de mesures expérimentales, et sur des investigations concernant des applications cliniques en modélisation personnalisée. Dans le cadre 1D, nous avons reproduit des expériences physiologiques de contraction d'une fibre cardiaque. Concernant la validation 3D, nous avons effectué dans une collaboration clinique une expérience avec des animaux (cochons), afin d'obtenir des données saines et après création d'infarctus. Nous avons démontré que notre modèle est capable de représenter le cœur sain, et que l'infarctus peut être correctement modélisé en modifiant uniquement les paramètres directement concernés par la pathologie. Dans la première application clinique nous avons démontré que le modèle est prédictif sur l'effet immédiat d'une "Cardiac Resynchronization Therapy" (CRT), sur le critère du "max LV dp/dt". La personnalisation du modèle a été réalisée au moyen des données d'IRM et de pressions au stade 'baseline' (avant la CRT). Puis, tous les paramètres du modèle étant figés, nous avons appliqué les schémas d'activation électrique correspondant aux modes de CRT. Nous avons obtenu une prédiction très proche des indicateurs mesurés sur 3 patients avec plusieurs schémas d'activation. Cette étude clinique préliminaire montre que la modélisation de CRT est très prometteuse comme assistance à la planification thérapeutique. Dans une deuxième application nous avons adapté des méthodes d'assimilation de données développées dans l'Equipe-Projet MACS à l'INRIA, à des fins d'aide au diagnostic. Nous avons ainsi réalisé une estimation conjointe état-paramètres en utilisant des données réelles (IRM). Nous avons démontré l'efficacité de ces méthodes, et l'intérêt des paramètres de contractilité estimés comme indicateurs de la fonction du myocarde.

Ce travail traite de la modélisation de systèmes complexes constitués de plusieurs composants impliquant des domaines techniques différents. Il se place dans le contexte de la modélisation hétérogène hiérarchique, selon l'approche à base de modèles de calcul. Chaque composant faisant appel à un domaine technique particulier, son comportement peut être modélisé selon un paradigme de modélisation approprié, avec une sémantique différente de celle des autres composants. La modélisation du système global, qui intègre les modèles hétérogènes de ces composants, nécessite donc une adaptation sémantique permettant l'échange entre les divers sous-modèles.Ce travail propose une approche de modélisation de l'adaptation sémantique où les sémantiques du temps et du contrôle sont explicitement spécifiées par le concepteur en définissant des relations sur les occurrences d'évènements d'une part et sur les étiquettes temporelles de ces occurrences d'autre part. Cette approche est intégrée dans la plateforme ModHel'X et testée sur un cas d'étude : un modèle de lève-vitre électrique.

Cette thèse est une contribution à la modélisation imbriquée de systèmes complexes. Elle propose une méthodologie globale pour quantifier les incertitudes et leurs origines dans une chaîne de calcul formée par plusieurs modèles pouvant être reliés les uns aux autres de façon complexe. Ce travail est organisé selon trois axes. D'abord, la structure dedépendance des paramètres du modèle, induite par la modélisation imbriquée, est modélisée de façon rigoureuse grâce à la théorie des copules. Puis, deux méthodes d'analyse de sensibilité adaptées aux modèles à paramètres d'entrée corrélés sont présentées : l'une est basée sur l'analyse de la distribution de la réponse du modèle, l'autre sur la décomposition de la covariance. Enfin, un cadre de travail inspiré de la théorie des graphes est proposé pour la description de l'imbrication des modèles. La méthodologie proposée est appliquée à des exemples industriels d'envergure : un modèle multiéchelles de calcul des propriétés mécaniques du béton par une méthode d'homogénéisation et un modèle multiphysique de calcul de dommage sur la culasse d'un moteur diesel. Les résultats obtenus fournissent des indications importantes pour une amélioration significative de la performance d'une structure.

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans un projet de grande envergure, le projet 3D-IDEAS, financé par l'ANR. Le but de ce projet est d'établir la chaîne complète de l'intégration de circuits en technologie 3D. Les densités de puissance dans ces circuits sont telles que les problèmes liés à la température - électromigration, désappariement des courants et tensions de polarisation, etc. - sont susceptibles de remettre en cause la conception du circuit. Le coût élevé de la fabrication de ces circuits oblige le concepteur à valider le comportement électrothermique des circuits préalablement à l'envoi en fabrication. Pour répondre à ce besoin, un simulateur électrothermique précis et fiable doit être à disposition. En outre, en raison de la complexité extrême de ces circuits, il est judicieux que ce simulateur soit compatible avec l'approche de modélisation haut niveau. L'objectif de cette thèse est de développer un tel simulateur. La solution proposée intègre ce simulateur dans un environnement de développement CAO pour circuit intégré standard, Cadence®. La contrainte sur la précision des résultats nous a amené à développer une nouvelle méthodologie spécifique à la modélisation électrothermique haut-niveau. Ce manuscrit comporte deux grandes parties. Dans la première, la démarche adoptée pour concevoir le simulateur est détaillée. Ensuite, dans la seconde partie, le fonctionnement du simulateur ainsi que la méthode de modélisation haut-niveau mise en place sont présentées, puis validées.

Ce travail de thèse étudie la combinaison des processus visuels et sémantiques dans le traitement d'interfaces textuelles, comme des pages web. La méthodologie employée est la simulation de modèles cognitifs, une approche visant à concevoir un programme informatique s'inspirant de modèles cognitifs théoriques et reproduisant au mieux le comportement humain. Notre modèle simule les trajets oculomoteurs d'un utilisateur moyen lors d'une recherche d'information. Les processus mis en jeu dans ce type de tâche sont modélisés afin de reproduire les mouvements oculaires humains enregistrés lors de différentes expérimentations. Aux modèles des processus visuels et sémantiques est ajouté un modèle des processus mnésiques sous-jacents à la recherche d'information. Pour la partie visuelle, le modèle s'inspire des cartes de saillance qui prédisent les zones de l'écran susceptibles d'attirer l'attention, en fonction des informations à bas niveau (couleur, orientation et contraste), ainsi que des propriétés physiologiques de l'œil humain. Pour la partie sémantique, la technique de mesure de similarités sémantiques entre le but de l'utilisateur et les différentes parties de la page employée est LSA (Latent Semantic Analysis) (Landauer, 1998). Pour la partie mnésique, le mécanisme d'Inhibition of Return (Klein, 1999) et le Variable Memory Model (Horowitz, 2006) sont utilisés. Le travail de thèse intègre trois parties: conception d'un modèle théorique d'interaction, conception de l'outil de simulation, et mise en place d'expérimentations psychophysiques de relevés oculométriques permettant de valider et d'affiner le modèle proposé.

Cette thèse a pour but de proposer toutes les avancées possibles dans l'utilisation du modèle de propagation Multi-Resolution Frequency-Domain ParFlow (MR-FDPF). Etant un modèle de propagation radio déterministe, le modèle MR-FDPF possède un haut niveau de précision, mais souffre des limitations communes à tous les modèles déterministes. Par exemple, un canal radio réel n'est pas déterministe, mais un processus aléatoire à cause par exemple des personnes ou objets mobiles, et ne peut donc être décrit fidèlement par un modèle purement déterministe. Dans cette thèse, un modèle semi-déterministe est proposé, basé sur le modèle MR-FDPF, qui introduit une part stochastique pour tenir compte des aspects aléatoires du canal radio réaliste. La partie déterministe du modèle est composée du path loss (atténuation d'espace), et la partie stochastique venant du shadow fading (masquage) et du small scale fading (évanouissement). De même, de nombreux simulateurs de propagation radio ne proposent que la prédiction de la puissance moyenne. Mais pour une simulation précise de la propagation radio il convient de prédire également des informations de fading permettant dès lors une prédiction précise du taux d'erreur binaire (BER) potentiel. Dans cette thèse, l'information de fading est déduite des simulations MR-FDPF et par la suite des valeurs réalistes de BER sont données. Enfin, ces données réalistes de BER permettent d'évaluer l'impact de schémas de modulation adaptatifs. Des résultats sont présentés dans trois configurations : systèmes SISO (mono-antenne à l'émission et à la réception), systèmes à diversité de type MRC, et systèmes large bande de type OFDM.

Dans une vision de transports plus économiques, l'apport des matériaux composites est une solution technologique importante pour l'industrie aéronautique, même si cela ouvre de nouvelles questions de compatibilité électromagnétique sur l'ensemble du système et nécessite l'utilisation d'outils de simulation adaptés. Cette thèse présente l'évaluation de cette mutation technologique vis-à-vis de la problématique foudre. Les méthodes conventionnellement utiliséesdans le cadre de la modélisation électromagnétique en 3D des effets indirects de foudre sur les aéronefs s'avèrent limitées car la prise en compte de toutes les particularités géométriques ouphysiques des dispositifs étudiés est difficile. Dans le cadre du Projet PREFACE (PRojet d'ÉtudeFoudre sur Avion Composite plus Électrique), ces travaux de thèse proposent d'évaluer desméthodes de modélisation non conventionnelles dans le domaine de l'aéronautique et enparticulier la méthode intégrale de recherche de schémas électriques équivalents localisés (PEEC).Une maquette composite de type caisson a été conçue et réalisée afin de représenter la structureminimale d'une section de fuselage, incluant du câblage intérieur. Des mesures ont été effectuéespour étudier et évaluer les mécanismes de couplages électromagnétiques entre les structurescomposites et les dispositifs internes après injection d'un courant, en particulier dans le cadre dela problématique de l'agression foudre. Une comparaison avec des modélisations PEEC (codeInCa3D) dans différentes configurations a permis avec succès de comprendre les phénomènesphysiques mis en jeu. Les avantages de cette approche apparaissent très nettement quand il s'agitde prendre en compte les différents paramètres dimensionnant pour déterminer la répartition descourants sur la structure et sur les câbles connectés à l'intérieur. Ceci permet de formuler desrègles générales de conception des protections des équipements internes qui peuvent êtreappliquées sur les avions à moindre coût.

Cette thèse explore l'utilisation des modèles bayésiens dans les IA de jeux vidéo multi-joueurs, particulièrement l'IA des jeux de stratégie en temps réel (STR). Les jeux vidéo se situent entre la robotique et la simulation totale, car les autres joueurs ne sont pas simulés, et l'IA n'a pas de contrôle sur la simulation. Les jeux de STR demandent simultanément d'effectuer des actions reactives (contrôle d'unités) et de prendre des décisions stratégiques (technologiques, économiques) et tactiques (spatiales, temporelles). Nous avons utilisé la modélisation bayésienne comme une alternative à la logique (booléenne), étant capable de travailler avec des informations incomplètes, et donc incertaines. En effet, la spécification incomplète des comportement "scriptés", ou la spécification incomplète des états possibles dans la recherche de plans, demandent une solution qui peut gérer cette incertitude. L'apprentissage artificiel aide à réduire la complexité de spécifier de tels modèles. Nous montrons que la programmation bayésienne peut intégrer toutes sortes de sources d'incertitudes (états cachés, intentions, stochasticité) par la réalisation d'un joueur de StarCraft complètement robotique. Les distributions de probabilité sont un moyen de transporter, sans perte, l'information que l'on a et qui peut représenter au choix: des contraintes, une connaissance partielle, une estimation de l'espace des états et l'incomplétude du modèle lui-même. Dans la première partie de cette thèse, nous détaillons les solutions actuelles aux problèmes qui se posent lors de la réalisation d'une IA de jeu multi-joueur, en donnant un aperçu des caractéristiques calculatoires et cognitives complexes des principaux types de jeux. En partant de ce constat, nous résumons les catégories transversales de problèmes, et nous introduisons comment elles peuvent être résolues par la modélisation bayésienne. Nous expliquons alors comment construire un programme bayésien en partant de connaissances et d'observations du domaine à travers un exemple simple de jeu de rôle. Dans la deuxième partie de la thèse, nous détaillons l'application de cette approche à l'IA de STR, ainsi que les modèles auxquels nous sommes parvenus. Pour le comportement réactif (micro-management), nous présentons un controleur multi-agent décentralisé et temps réel inspiré de la fusion sensori-motrice. Ensuite, nous accomplissons les adaptation dynamiques de nos stratégies et tactiques à celles de l'adversaire en le modélisant à l'aide de l'apprentissage artificiel (supervisé et non supervisé) depuis des traces de joueurs de haut niveau. Ces modèles probabilistes de joueurs peuvent être utilisés à la fois pour la prédiction des décisions/actions de l'adversaire, mais aussi à nous-même pour la prise de décision si on substitue les entrées par les notres. Enfin, nous expliquons l'architecture de notre joueur robotique de StarCraft, et nous précisions quelques détails techniques d'implémentation. Au delà des modèles et de leurs implémentations, il y a trois contributions principales: la reconnaissance de plan et la modélisation de l'adversaire par apprentissage artificiel, en tirant partie de la structure du jeu, la prise de décision multi-échelles en présence d'informations incertaines, et l'intégration des modèles bayésiens au contrôle temps réel d'un joueur artificiel.

La conception de produits a pour objectif de définir techniquement un produit en satisfaisant les besoins de l'ensemble des clients du cycle de vie du produit. Les enjeux industriels conduisent à développer des modèles et des outils d'aide à la conception afin de répondre aux besoins clients tout en optimisant le triptyque coût-qualité délais. L'objectif de cette thèse est de proposer une vision globale permettant d'appréhender les différents types de modélisation. Pour atteindre cet objectif, une analyse globale de ces notions est nécessaire afin d'obtenir une représentation commune du système pour les différentes activités de conception et de simulation. L'intérêt de cette approche est de pouvoir mettre en évidence les dépendances et les relations entre ces activités. Cette approche doit permettre d'appréhender les différents niveaux de détails (systémique) lors de la décomposition fonctionnelle et structurelle du produit. Elle doit également permettre de suivre l'élaboration des modèles physiques pour la simulation. Nous proposons une traçabilité du processus de conception et du processus de modélisation permettant de remettre en cause, le cas échéant, les choix de conception et les hypothèses de modélisation. Ce travail est fondé sur des concepts de GeoSpelling comme le " skin modèle ", les opérations et les propriétés. Ils sont enrichis d'autres concepts comme les modèles finis et infinis et les modèles primitif et de simulation.

Ce travail de thèse est consacré au développement d'un capteur acoustique miniature à transduction capacitive destiné à être intégré dans un système RFID afin de dépasser certaines des limitations actuelles de ce dernier. La configuration originale du capteur acoustique étudié lui offre les avantages d'avoir une bonne performance tout en gardant une forme simple qui peut être aisément réalisée avec les techniques MEMS pour une production à grande échelle. Ce transducteur est constitué d'une membrane circulaire ou carrée et une électrode arrière centrée, de même forme mais de dimensions plus petites, séparées par une très fine couche de fluide, ainsi qu'une petite cavité située à la périphérie de l'électrode, de dimensions extérieures très proches de celles de la membrane. Le comportement de ce capteur est analysé en détail. Cette étude se base sur deux approches mathématiques originales (analytique et numérique), dont les résultats convergent malgré un niveau différent des hypothèses-simplificatrices sur lesquelles reposent ces deux modèles.Finalement, une méthode de réalisation du transducteur en technologie hybride, qui associe le procédé MEMS avec les techniques classiques des circuits imprimé, est présentée. Le prototype développé est aussi caractérisé expérimentalement et les résultats obtenus correspondent bien aux caractéristiques fournies par les modèles théoriques. / This work is devoted to the development of capacitive miniature acoustic sensor to be integrated in an RFID system in order to exceed some of its current limitations.The unusual configuration of the studied sensor offers the benefits of having a significant performance while keeping a simple form that can be easily achieved with standard MEMS techniques and thus successively marketed in perspective. This transducer consists of a circular or square membrane, a centered backing electrode with the same shape, but with smaller dimensions which define a thin fluid layer between them, and a small cavity at the periphery of the backing electrode whose external dimensions are very close to the ones of the membrane. The architecture of the developed sensor is the subject of a deep theoretical study of its behavior. This investigation is based upon two original mathematical approaches (analytical and numerical ones) whose results show a high convergence despite the different-levels of simplifying assumptions on which these models are based.Finally, the transducer is made with the use of a hybrid technology, that includes the MEMS process associated with conventional printed circuit manufacturing techniques, which is presented step by step. The developed prototype is characterized experimentally and the measured results correspond to the ones predicted by theoretical models.