Dans le cadre de la vitrification des déchets nucléaires de haute activité à vie longue, un nouveau procédé a été mis en service à l'usine de La Hague en 2010 : le procédé creuset froid. Dans ce procédé, des gradients thermiques apparaissent au sein du bain de verre. Celui-ci forme une couche solide au contact de la paroi froide, appelée " auto-creuset ". Dans cette zone, le verre est soumis à des températures où il peut potentiellement cristalliser. L'objectif de ce travail était de déterminer la microstructure de cet auto-creuset en précisant les zones de cristallisation. Parallèlement, il s'agissait d'évaluer l'impact du gradient thermique sur la cristallisation des verres considérés. La cristallisation de deux verres d'intérêt nucléaire a donc été étudiée à l'aide d'une méthode basée sur l'analyse d'images MEB en conditions de traitements isotherme et sous gradient thermique. Les analyses en isotherme mettent en évidence la cristallisation de cristaux d'apatite (660°C-900°C) et de powellite (630°C-900°C) et permettent de quantifier cette cristallisation (vitesses de croissance et de nucléation, fraction cristallisée) qui reste très limitée (< 3%). La comparaison des résultats issus de ces deux types d'expérimentations montre que le gradient thermique n'a pas d'impact mesurable sur les cristallisations observées. Afin de compléter les analyses surfaciques de la cristallisation, des mesures par microtomographie in et ex situ ont été réalisées à l'ESRF sur la ligne ID19. Cette étude a permis de suivre la cristallisation d'apatites dans un verre simplifié et de confirmer la fiabilité de la méthode de quantification de la cristallisation basée sur l'analyse d'images 2D.

Thèse (Ph.D.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2008. / Titre de l'écran-titre (visionné le 7 avril 2009). In ProQuest dissertations and theses. Publié aussi en version papier.

L'objectif de la thèse est d'étudier l'évolution de la morphologie de flocs soumis à des conditions hydrodynamiques turbulentes. A cet effet, des expériences de floculation par neutralisation de charge en présence de sels sont mises en œuvre, dans deux géométries de réacteurs, sous différentes conditions hydrodynamiques. Dans un premier temps, des expériences de floculation sont réalisées sous conditions hydrodynamiques fixées. D'une part, un suivi en ligne de la floculation de microsphères de latex en jar test est effectué par granulométrie à diffraction laser. Plus le taux de cisaillement moyen G caractéristique de l'hydrodynamique globale du réacteur est élevé, plus la cinétique de floculation est rapide ; la distribution de diamètres équivalents demeure alors monomodale et présente une autosimilarité. L'évolution de la dimension fractale Df représentative de l'ensemble de la population montre une compaction des agrégats au cours du temps, d'autant plus marquée que G est élevé. D'autre part, la caractérisation de nombreuses propriétés morphologiques de flocs de bentonite formés dans un réacteur de Taylor-Couette est effectuée par analyse d'images (méthode in situ non intrusive). Un grand nombre d'images sont acquises, permettant de déterminer avec précision l'évolution temporelle des distributions des propriétés morphologiques ainsi que de leurs moments. Bien que les caractéristiques de taille et de forme soient liées, leur dépendance à l'hydrodynamique n'est pas la même. Des flocs produits dans des conditions hydrodynamiques différentes, et dont les distributions de tailles sont similaires, présentent des formes différentes. Le rayon de giration des flocs est corrélé à la micro-échelle de Kolmogorov tandis que leur circularité semble corrélée à la vitesse de rotation du cylindre interne. Dans un second temps, un séquençage des conditions hydrodynamiques consistant en deux cycles de rupture-refloculation est effectué après une première étape de floculation dans le réacteur de Taylor-Couette. L'irréversibilité après rupture est montrée. La refloculation produit des flocs de tailles plus réduites et de formes plus régulières et l'état stationnaire est atteint plus rapidement, sans phase de restructuration significative, contrairement à ce qui est observé après la première étape de croissance. Si la contrainte appliquée lors de la rupture est suffisamment élevée, le second cycle a peu d'influence sur la population de flocs. En revanche si la contrainte de rupture est moins importante, chacun des deux cycles forme des flocs plus compacts et plus lisses, mais aussi plus petits. L'étape de rupture produit des floculi qui deviennent alors les briques élémentaires pour l'étape de refloculation suivante. La taille des flocs obtenus lors de ces étapes de refloculation est limitée par l'hydrodynamique, mais leur structure est déterminée par la taille et la structure des floculi. Enfin, la problématique de la modélisation de la floculation par Bilan de Population (BP) est abordée. Une équation de BP tenant compte de la dimension fractale est formulée pour modéliser les expériences de floculation de latex en jar test. Les seuls paramètres variables du modèle sont les valeurs expérimentales de G et Df. Basée sur la méthode de la quadrature des moments (QMOM), la résolution du BP permet de décrire convenablement l'évolution des six premiers moments de la distribution de tailles expérimentale et de certains diamètres caractéristiques, aux différentes conditions hydrodynamiques mises en œuvre. / The objective of this work is to study the time evolution of floc morphology under turbulent hydrodynamic conditions. For this purpose, flocculation by charge neutralization in the presence of salts is realized within two reactor geometries under various hydrodynamic conditions. As a first step, flocculation experiments under constant hydrodynamic conditions were realized. On the one hand, a laser light scattering technique is used for an on-line monitoring of latex microsphere flocculation conducted in a jar. The higher the global shear gradient G, the faster the flocculation kinetics, and thus the equivalent diameter distribution tends to keep monomodal and autosimilar. The time evolution of the fractal dimension Df, representative for the whole population, shows that aggregates get more compact with time, and this trend is more pronounced when G is higher. . On the other hand, bentonite flocculation is realized in a Taylor-Couette reactor. Various morphological properties are measured by an in situ non-intrusive method of image acquisition and analysis. Each measurement consists of a large number of images, allowing the precise calculation of property distributions and their moments over time. Although size and shape are obviously correlated, their dependency to hydrodynamics is different. Flocs of similar sizes produced under different hydrodynamic conditions exhibit different shapes. The sizes are calibrated by the turbulence as the double radius of gyration is close to Kolmogorov microscale, whereas the circularity seems correlated to the rotation speed. As a second step, a hydrodynamic sequencing is imposed in the Taylor-Couette reactor, in order to realize two breakup and reflocculation cycles after a first flocculation phase. The irreversibility is shown. Reflocculation after breakup produces smaller sizes, more regular shapes, and the steady state is reached faster since there is no restructuration phase such as the one observed after the initial growth step. When the breakup shear is high enough, the second cycle has very little impact. However, if the breakup shear is lower, each of the two cycles produces more compact and smoother, but also smaller flocs. The breakup step produces flocculi that are the building blocks for the next re-flocculation step. The, floc size is conditioned by hydrodynamics, whereas floc structure is determined by flocculi size and structure. Finally, the issue of modelling is addressed. A population balance (PB) equation accounting for the fractal dimension is formulated, in order to model the latex flocculation experiments. The only varying model parameters are the experimental values of G and Df. The PB, solved using the quadrature method of moments, allows to adequately describe the temporal evolution of the first six moments of the experimental distribution obtained under three hydrodynamic conditions.

L’objectif de ce travail était d’étudier l’évolution de la morphologie des agrégats soumis à des conditions hydrodynamiques turbulentes. Pour cela, des expériences de floculation de particules de latex ont été réalisées dans un réacteur de Taylor-Couette en mettant en œuvre un séquençage des conditions hydrodynamiques, consistant en six étapes effectuées alternativement à faible et fort taux de cisaillement. Pour l’ensemble des expériences, un suivi en ligne de la taille des flocs a été réalisé par granulométrie laser. Par ailleurs, des paramètres caractéristiques de la forme des agrégats, ont été déterminés par analyse d’images sur des échantillons de suspension prélevés à la fin des différentes étapes du séquençage hydrodynamique. Dans le cas où le mécanisme de floculation est la neutralisation de charges (par ajout de NaCl ou de Al2(SO4)3), les résultats ont permis de confirmer la forte influence de l’hydrodynamique sur la taille des agrégats mais ont aussi révélé l’existence d’un lien entre la forme des agrégats et leur histoire. Contrairement à la taille, la morphologie des flocs, caractérisée par leur circularité ou leur convexité est peu sensible à l’hydrodynamique. L’étude des distributions surfaciques de ces paramètres de forme ainsi que la représentation des résultats expérimentaux sous forme bidimensionnelle (reliant taille et forme) ont en effet montré qu’après un certain nombre de cycles rupture-refloculation, la circularité comme la convexité évoluent vers une distribution unique, indépendante de l’hydrodynamique. Dans le cas où le mécanisme de floculation est le pontage (le polymère utilisé étant le PolyDADMAC), pour des taux de cisaillement faible, les agrégats sont plus grands, mais plus circulaires et plus résistants à la rupture que ceux créés par neutralisation de charge. Une analyse complémentaire est ensuite proposée permettant d’analyser l’effet des conditions hydrodynamiques sur la dimension fractale des flocs déduite des mesures par diffraction laser ou de l’analyse d’images. A des fins de comparaison, une nouvelle expression de la dimension fractale issue de l’analyse morphologique Df* a été introduite. Enfin, la modélisation de la floculation par résolution de l’équation de bilan de population basée sur la méthode de la quadrature des moments (QMOM) a été abordée ; les paramètres variables du modèle étant les valeurs expérimentales du taux de cisaillement moyen et la dimension fractale. Les résultats préliminaires montrent qu’il est possible de reproduire correctement l’évolution des six premiers moments de la distribution en taille des agrégats pour une phase d’agrégation du séquençage hydrodynamique. / The aim of this work was to investigate the evolution of the morphology of aggregates under turbulent hydrodynamic conditions. For this purpose, latex particles flocculation experiments were conducted in a Taylor-Couette reactor by carrying out a sequencing of the hydrodynamic conditions, consisting of six steps performed alternately at low and high shear rate. For all the experiments, an on-line monitoring of the size of the flocs was carried out by laser diffraction. Moreover, characteristic parameters of the shape of the aggregates were determined by image analysis on suspension samples taken at the end of the various stages of the hydrodynamic sequencing. When the flocculation mechanism is the charge neutralization (by addition of NaCl or Al2(SO4)3), the results have confirmed the strong influence of hydrodynamics on aggregate size but also revealed the existence of a relationship between the shape of the aggregates and their history. Contrary to size, the morphology of the flocs, characterized either by their circularity or convexity, is not sensitive to hydrodynamics. The study of the surface distributions of these shape parameters as well as the representation of the experimental results in two-dimensional form (linking size and shape) have shown that, after a number of breakage-reflocculation cycles, both circularity and convexity evolve towards a single distribution which is independent of hydrodynamics. When the bridging flocculation is the main mechanism (the polymer used being PolyDADMAC), at low shear rates, the aggregates are larger, but more circular and more resistant to breakage than those issued from charge neutralization. A complementary analysis is then proposed to analyze the effect of hydrodynamics on the fractal dimension measured either by laser diffraction or by image analysis. In order to compare both results, a new expression of the fractal dimension derived from the morphological analysis Df * was introduced. Finally, the modeling of the flocculation by solving the population balance equation using the quadrature method of moments (QMOM) is presented; the only variable parameters being the experimental values of the average shear rate and the fractal dimension. The preliminary results show that it is possible to reproduce correctly the evolution of the first six moments of the aggregate size distribution for an aggregation phase of the hydrodynamic sequencing.

Les travaux de cette thèse concernent la détection des changements dans des séries chronologiques de photographies de paysages prises depuis le sol. Ce contexte de comparaison d'images successives est celui que rencontrent les géographes de l'environnement qui ont recours aux observatoires photographiques du paysage. Ces outils d'analyse et d'aide à la décision sont des bases de données de photographies constituées selon une méthodologie stricte de rephotographie de la même scène, à des pas de temps réguliers. Le nombre de clichés est parfois très important, et l'analyse humaine fastidieuse et relativement imprécise, aussi un outil automatisant la comparaison de photos de paysage deux à deux pour mettre en évidence les changements serait une aide considérable dans l'exploitation des observatoires photographiques du paysage. Bien entendu, les variations dans l'éclairement, la saisonnalité, l'heure du jour, produisent fatalement des clichés entièrement différents à l'échelle du pixel. Notre objectif était donc de concevoir un système robuste face à ces changements mineurs, mais capable de détecter les changements pertinents de l'environnement. De nombreux travaux autour de la détection des changements ont été effectués pour des images provenant de satellites. Mais l'utilisation d'appareils photographiques numériques classiques depuis le sol pose des problèmes spécifiques comme la limitation du nombre de bandes spectrales et la forte variation de profondeur dans une même image qui induit des apparences différentes des mêmes catégories d'objets en fonction de leurs positions dans la scène. Dans un premier temps, nous avons exploré la voie de la détection automatique des changements. Nous avons proposé une méthode reposant sur le recalage et la sur-segmentation des images en superpixels. Ces derniers sont ensuite décrits par leur niveau de gris moyen ainsi que par leur texture au travers d'une représentation sous la forme d'histogrammes de textons. La distance de Mahalanobis entre ces descripteurs permet de comparer les superpixels correspondants entre deux images prises à des dates différentes. Nous avons évalué les performances de cette approche sur des images de l'observatoire photographique du paysage constitué lors de la construction de l'autoroute A89. Parmi les méthodes de segmentation utilisées pour produire les superpixels, les expérimentations que nous avons menées ont mis en évidence le bon comportement de la méthode de segmentation d'Achanta. La pertinence d'un changement étant fortement liée à l'application visée, nous avons exploré dans un second temps une piste faisant intervenir l'utilisateur. Nous avons proposé une méthode interactive de détection des changements reposant sur une phase d'apprentissage. Afin de détecter les changements entre deux images, l'utilisateur désigne, grâce à un outil de sélection, des échantillons constitués d'ensembles de pixels correspondant à des zones de changement et à des zones d'absence de changement. Chaque couple de pixels correspondants, c'est-à-dire situés au même endroit dans les deux images, est décrit par un vecteur de 16 valeurs principalement calculées à partir de l'image des dissemblances. Cette dernière est obtenue en mesurant, pour chaque couple de pixels correspondants, la dissemblance des niveaux de gris de leurs voisinages. Les échantillons désignés par l'utilisateur permettent de constituer des données d'apprentissage qui sont utilisées pour entraîner un classifieur. Parmi les méthodes de classification évaluées, les résultats expérimentaux montrent que les forêts d'arbres décisionnels donnent les meilleurs résultats sur les séries photographiques que nous avons utilisées. / This work deals with change detection from chronological series of photographs acquired from the ground. This context of consecutive images comparison is the one encountered in the field of integrated geography where photographic landscape observatories are widely used. These tools for analysis and decision-making consist of databases of photographic images obtained by strictly rephotographing the same scene at regular time intervals. With a large number of images, the human analysis is tedious and inaccurate. So a tool for automatically comparing pairs of landscape photographs in order to highlight changes would be a great help for exploiting photographic landscape observatories. Obviously, lighting variations, seasonality, time of day induce completely different images at the pixel level. Our goal is to design a system which would be robust to these insignificant changes and able to detect relevant changes of the scene. Numerous studies have been conducted on change detection from satellite images. But the utilization of classic digital cameras from the ground raise some specific problems like the limitation of the spectral band number and the strong variation of the depth in a same image which induces various appearance of the same object categories depending on their position in the scene. In the first part of our work, we investigate the track of automatic change detection. We propose a method lying on the registration and the over-segmentation of the images into superpixels. Then we describe each superpixel by its texture using texton histogram and its gray-level mean. A distance measure, such as Mahalanobis distance, allows to compare corresponding superpixels between two images acquired at different dates. We evaluate the performance of the proposed approach on images taken from the photographic landscape observatory produced during the construction of the French A89 highway. Among the image segmentation methods we have tested for superpixel extraction, our experiments show the relatively good behavior of Achanta segmentation method. The relevance of a change is strongly related to the intended application, we thus investigate a second track involving a user intervention. We propose an interactive change detection method based on a learning step. In order to detect changes between two images, the user designates with a selection tool some samples consisting of pixel sets in "changed" and "unchanged" areas. Each corresponding pixel pair, i.e., located at the same coordinates in the two images, is described by a 16-dimensional feature vector mainly calculated from the dissimilarity image. The latter is computed by measuring, for each corresponding pixel pair, the dissimilarity of the gray-levels of the neighbors of the two pixels. Samples selected by the user are used as learning data to train a classifier. Among the classification methods we have tried, experimental results indicate that random forests give the better results for the tested image series.

Cette thèse contribue au manque d'outils informatiques pour l'analyse d'images médicales et le diagnostic, en particulier en ce qui concerne l'étude des volumes du liquide cérébrospinal. La première partie concerne la mesure du volume des compartiments du liquide à partir d'images corps entier, pour une population composée d'adultes sains et de patients atteints d'hydrocéphalie. Les images sont obtenues à partir d'une séquence IRM développée récemment et mettant en évidence le liquide par rapport aux structures voisines, de manière à faciliter sa segmentation. Nous proposons une méthode automatique de segmentation et de séparation des volumes permettant une quantification efficace et reproductible. Le ratio des volumes des compartiments sous-arachnoïdien et ventriculaire est constant chez l'adulte sain, ce qui permet de conserver une pression intracrânienne stable. En revanche, il diminue et varie fortement chez les patients atteints d'hydrocéphalie. Ce ratio fournit un index physiologique fiable pour l'aide au diagnostic de la maladie. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'analyse de la distribution du liquide dans le compartiment sous-arachnoïdien intracrânial supérieur. Il convient de souligner que ce compartiment, particulièrement complexe d'un point de vue anatomique, demeure peu étudié. Nous proposons deux techniques de visualisation de la distribution du volume liquidien contenu dans ce compartiment, qui produisent des images bidimensionnelles à partir des images d'origine. Ces images permettent de caractériser la distribution du volume liquidien et de son réseau, tout en distinguant les adultes sains des patients souffrant d'hydrocéphalie / This work aims to contribute to the lack of computational methods for medical image analysis and diagnosis about the study of cerebrospinal fluid volumes. In the first part, we focus on the volume assessment of the fluid spaces, from whole body images, in a population consisting of healthy adults and hydrocephalus patients. To help segmentation, these images, obtained from a recent "tissue-specific" magnetic resonance imaging sequence, highlight cerebrospinal fluid unlike its neigh borhood structures. We propose automatic segmentation and separation methods of the different spaces, which allow efficient and reproducible quantification. We show that the ratio of the total subarachnoid space volume to the ventricular one is a proportionality constant for healthy adults, to support a stable intracranial pressure. However, this ratio decreases and varies significantly among patients suffering from hydrocephalus. This ratio provides a reliable physiological index to help in the diagnosis of hydrocephalus. The second part of this work is dedicated to the fluid volume distribution analysis within the superior cortical subarachnoid space. Anatomical complexity of this space induces that it remains poorly studied. We propose two complementary methods to visualize the fluid volume distribution, and which both produce two-dimensional images from the original ones. These images, called relief maps, are used to characterize respectively, the fluid volume distribution and the fluid network, to classify healthy adults and patients with hydrocephalus, and to perform patient monitoring before and after surgery

Cette thèse présente les travaux réalisés en vue de l’élaboration d’un modèle cardiaque associant croissance, mouvement et circulation sanguine pour permettre ensuite la construction d’un modèle patient à partir d’un modèle de population. Le premier axe de ce travail est la simulation de la croissance bi-ventriculaire. Un modèle existant de surface unique, calculé à l’aide de méthodes statistiques, a été généralisé à un modèle bi-ventriculaire puis appliqué à la tétralogie de Fallot (ToF). Le deuxième axe concerne la modélisation du mouvement cardiaque au niveau de la population. Un modèle d’ordre réduit basé sur un modèle Polyaffine et LogDemons a été proposé. Il simule la dynamique cardiaque avec peu de paramètres. Les paramètres de transformation sont analysés par des méthodes statistiques. Un modèle de mouvement moyen a été calculé pour représenter le mouvement standard de la population. Le troisième axe s'intéresse à la simulation de l’écoulement sanguin à l’échelle de la population. La complexité des simulations spécifiques à un patient a été réduite grâce à l’utilisation de méthodes d’analyse d’image, de dynamique des fluides numérique et de réduction d’ordre de modèle. La simulation du flux sanguin dans l’artère pulmonaire pour des patients ToF a permis de mieux comprendre l’impact du sang régurgité sur la pression et la vitesse. Étant donné nos contributions sur ces trois axes, nous sommes maintenant en bonne position pour élaborer le modèle couplé des contributions interdépendantes de la croissance, du mouvement et de l'écoulement sanguin. Ce modèle pourrait être utilisé afin d'aider la planification de la thérapie chez les patients atteints de maladies cardiaques. / This thesis presents work towards a coupled model of cardiac growth, motion, and blood flow to enable predictive patient-specific models to be built from a population-based model. The first axis of this work is to simulate bi-ventricular growth through aging. A previously proposed single surface model computed using statistical methods was extended to a bi-ventricular model and applied to Tetralogy of Fallot patients to model the complex evolution of the ventricles due to the pathology. The second axis concerns the development of a model to simulate cardiac motion at a population level. A reduced-order cardiac-specific motion model was proposed to simulate the motion dynamics with a small number of parameters using a Polyaffine and LogDemons based model. From the computed transformations, the parameters were analysed using statistical methods to obtain population-based measures of normality. A mean motion model was derived to represent the normal motion for a given population. The third axis is to develop a model of population-based flow dynamics. The complexity of patient-specific simulations was reduced by combining image analysis, computational fluid dynamics and model order reduction techniques. Blood flow through the pulmonary artery in Tetralogy of Fallot patients was simulated to better understand the impact of regurgitated blood on pressure and velocity. Given our contributions on these three axes, we are now in a good position to couple the models in order to capture the interrelated contributions of growth, motion and flow. Such a model could be used to aid in therapy planning and decision making for patients with heart disease.

L'objectif de la thèse était de développer une méthode de prédiction de l’origine tissulaire de particules dans des poudres issues de plantes lignocellulosiques en exploitant les propriétés d’autofluorescence des parois. L’entrenœud sous épi de la tige de maïs a été utilisé comme modèle. Le macroscope à fluorescence a été validé comme outil pour acquérir rapidement des grandes images multispectrales avec des champs de vue représentatifs de l’ordre du cm². Une approche chimiométrique par analyse d’images multispectrales a été retenue pour construire le modèle de prédiction des tissus à partir de leurs propriétés d’autofluorescence observées dans des coupes d’entrenœuds. La collection étalon comprenait 40 coupes transversales et longitudinales prélevées à différentes positions de l’entrenœud pour 10 tiges d’une même variété. Nous avons validé par analyse supervisée que la variabilité de fluorescence des tissus était prépondérante devant la variabilité inter et intra tiges. Afin de prendre en compte sans a priori toute la variabilité de fluorescence des tissus dans le maïs, le modèle de prédiction a été construit à partir d’une classification non supervisée des pixels des 40 images. Le grand nombre de pixels a conduit à développer une méthode de classification multiéchelle basée sur la méthode des K-means en utilisant des pyramides d’images. Le modèle a permis d’identifier les principaux tissus constitutifs de la tige : parenchymes lignifiés et non lignifiés, gaines de sclérenchyme des faisceaux dans la moelle et dans l’écorce, épiderme, fibres de xylème. L’étape suivante sera de tester le modèle de prédiction sur des poudres / The objective of the thesis was to develop a method for predicting the tissue origin of particles in powders of lignocellulosic plants using the autofluorescence properties of cell walls. The internode under the ear of maize stems was used as a model. Fluorescence macroscopy has been validated for acquiring large multispectral images with representative fields of view about 1 cm². A chemometric approach by multispectral image analysis was applied to build the predictive model of tissues based on their autofluorescence properties observed in stem sections. The calibration set consisted of 40 transverse and longitudinal sections taken at different positions from 10 stems of the same variety. Variability of fluorescence in tissues was found preponderant compared to inter and intra-stems variability by supervised analysis. In order to take into account all the fluorescence variability of the tissues in maize stem without any a priori, the prediction model was built from an unsupervised clustering of all the pixels from the 40 images. The large number of pixels led to the development of a multi-scale clustering method based on K-means method using image pyramids. The model made it possible to identify the main tissues of the stem: lignified and non-lignified parenchyma, sclerenchyma sheaths in vascular bundles in the pith and in the rind, epidermis, fibers of xylem. The next step will be to test the prediction model on powders.

Les parasitoïdes du genre Trichogramma sont des micro-hyménoptères oophages très utilisés comme auxiliaires de lutte biologique. Ma thèse a pour objet la caractérisation phénotypique des stratégies de mouvement de cet auxiliaire, spécifiquement les mouvements impliqués dans l’exploration de l’espace et la recherche des œufs hôtes. Ces derniers sont des phénotypes de grande importance dans le cycle de vie des trichogrammes, et aussi des caractères d’intérêt pour évaluer leur efficacité en lutte biologique. Les trichogrammes étant des organismes de très petite taille (moins de 0,5 mm), difficilement observables, l’étude de leur mouvement peut tirer profit des avancées technologiques dans l’acquisition et l’analyse automatique des images. C’est cette stratégie que j’ai suivi en combinant un volet de développement méthodologique et un volet expérimental. Dans une première partie méthodologique, je présente trois grands types de méthodes d’analyse d’images que j’ai utilisées et contribué à développer au cours de ma thèse. Dans un second temps, je présente trois applications de ces méthodes à l’étude du mouvement chez le trichogramme. Premièrement, nous avons caractérisé au laboratoire les préférences d’orientation (phototaxie, géotaxie et leur interaction) lors de la ponte chez 18 souches de trichogramme, appartenant à 6 espèces. Ce type d’étude requérant le dénombrement d’un très grand nombre d’œufs (sains et parasités), il a été développé un nouvel outil dédié, sous forme d’un plugin ImageJ/FIJI mis à disposition de la communauté. Ce plugin flexible automatise et rend plus productible les tâches de dénombrement et d’évaluation de taux de parasitisme, rendant possible des screenings de plus grande ampleur. Une grande variabilité a pu être mise en évidence au sein du genre, y compris entre souches d’une même espèce. Cela suggère qu’en fonction de la strate végétale à protéger (herbacée, arbustive, arborée), il serait possible de sélectionner des souches afin d’optimiser leur exploitation de la zone ciblée. Dans un second temps, nous avons caractérisé les stratégies d’exploration (vitesses, trajectoires, ...) d’un ensemble de souches et d’espèces de trichogramme pour rechercher des traits propres à chaque souche ou espèce. Pour cela, j’ai mis en œuvre une méthode de tracking de groupes de trichogrammes sur enregistrement vidéo sur de courtes échelles de temps à l’aide du logiciel Ctrax et de scripts R. L’objectif était de développer un protocole de caractérisation haut-débit du mouvement de souches de trichogrammes et d’étudier la variabilité de ces traits au sein du genre. Enfin, nous avons conduit une étude de la dynamique de propagation dans l’espace de groupes de trichogrammes chez l’espèce T. cacoeciae, en mettant au point un dispositif expérimental innovant permettant de couvrir des échelles de temps et d’espace supérieures à celles habituellement imposées par les contraintes de laboratoire.Grâce à l’utilisation de prises de vue très haute résolution / basse fréquence et d’un pipeline d’analyse dédié, la diffusion des individus peut être suivie dans un tunnel de plus 6 mètres de long pendant toute une journée. J’ai notamment pu identifier un effet de la densité en individus ainsi que de la distribution des ressources sur la dynamique de propagation (coefficient de diffusion) des trichogrammes testés. / Parasitoids of the genus Trichogramma are oophagous micro-hymenoptera widely used as biological control agents. My PhD is about the phenotypic characterization of this auxiliary's movement strategies, specifically the movements involved in the exploration of space and the search for host eggs. These phenotypes have great importance in the life cycle of trichogramma, and also of characters of interest to evaluate their effectiveness in biological control program. Trichogramma being very small organisms (less than 0.5 mm), difficult to observe, the study of their movement can take advantage of technological advances in the acquisition and automatic analysis of images. This is the strategy I followed by combining a methodological development component and an experimental component. In a first methodological part, I present three main types of image analysis methods that I used and helped to develop during my thesis. In a second time, I present three applications of these methods to the study of the movement of Trichogramma. First, we characterized in the laboratory the orientation preferences (phototaxis, geotaxis and their interaction) during egg laying in 22 trichogram strains belonging to 6 species. This type of study requires the counting of a large number of eggs (healthy and parasitized), it was developed a new dedicated tool in the form of an ImageJ / FIJI plugin made available to the community. This flexible plugin automates and makes more productive the tasks of counting and evaluation of parasitism rate, making possible screenings of greater magnitude. A great variability could be highlighted within the genus, including between strains of the same species. This suggests that depending on the plant layer to be protected (grass, shrub, tree), it would be possible to select trichogramma’s strains to optimize their exploitation of the targeted area. In a second time, we characterized the exploration strategies (velocities, trajectories, ...) of a set of 22 strains from 7 trichogramma species to look for traits specific to each strain or species. I implemented a method for tracking a trichogramma group on video recorded on short time scales using the Ctrax software and R scripts. The aim was to develop a protocol for high-throughput characterization of trichogramma strains movement and to study the variability of these traits within the genus. Finally, we conducted a study of the propagation dynamics in trichogramma group from the species T. cacoeciae, by developing an innovative experimental device to cover scales of time and space greater than those usually imposed by laboratory constraints. Through the use of pictures taken at very high resolution / low frequency and a dedicated analysis pipeline, the diffusion of individuals can be followed in a tunnel longer than 6 meters during a whole day. In particular, I was able to identify the effect of the population density as well as the distribution of resources on the propagation dynamics (diffusion coefficient) and the parasitism efficiency of the tested strain.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / L'analyse de mouvements par un système de vision numérique fait l'objet de plusieurs recherches depuis quelques années et plusieurs y ont déjà apporté des solutions intéressantes. Toutefois, dans un bon nombre de ces recherches, les solutions proposées fonctionnent sous l'hypothèse que la séquence vidéo analysée ne comporte qu'un seul mouvement, cyclique ou non cyclique, aussi appelé activité. Par contre, dans une application réelle d'analyse de mouvements, qu'il s'agisse d'un système de surveillance automatisé, d'un système produisant automatiquement des résumés de bandes vidéo ou autre, les séquences vidéo analysées peuvent comporter un grand nombre d'activités exécutées les unes après les autres, entrecoupées ou non de pauses. Dans ce contexte, cet ouvrage propose, analyse et compare plusieurs variantes d'une méthode visant à extraire automatiquement les mouvements cycliques d'une séquence vidéo. Dans un premier temps, on y présente le problème sous-jacent qu'est la segmentation des parties cycliques d'un signal et on y propose des solutions. Dans un second temps, on y traite du problème de représentation des mouvements par des signaux et de la fusion des segmentations obtenues sur ces signaux. La méthode présentée utilise l'information fournie par un modèle de squelette représentant l'évolution temporelle d'un être humain dans la séquence vidéo. Elle s'applique à n'importe quel format de squelette décrit en terme de joints reliés par des segments de droite et ne requiert aucune connaissance a priori sur les mouvements effectués. / Automated motion analysis and recognition has been the object of numerous researches for a good number of years now. Many of these researches generated interesting solutions to the problem, many of which requires that the analyzed video sequence contains a single cyclic or non-cyclic motion, also referred to as an activity. This hypothesis is however not consistent with many real life applications where such algorithms could be of use. For instance, automated surveillance Systems, automated video summarizers or other such applications would evidently need to process video sequences containing more than one activity, potentially interleaved with pauses. In this regard, this dissertation presents, analyses and compares many variations of a general approach to the problem of extracting single cyclic activities from video sequences. To that end, we first address the underlying problem of cyclic component segmentation from one-dimensional signals. We then address the problem of motion representation through such signals and the problem of merging a number of signal segmentations in order to obtain a single segmentation coherent with the activity content of the original video sequence. The method therein presented uses the information provided by a skeleton sequence representing the motion of a human subject. This method can be applied to any type of skeleton described by nodes linked by straight edges. Moreover, no prior knowledge of the activities to be segmented is required.