Les Machines de Boltzmann restreintes (RBM) sont des modèles graphiques capables d’apprendre simultanément une distribution de probabilité et une représentation des données. Malgré leur architecture relativement simple, les RBM peuvent reproduire très fidèlement des données complexes telles que la base de données de chiffres écrits à la main MNIST. Il a par ailleurs été montré empiriquement qu’elles peuvent produire des représentations compositionnelles des données, i.e. qui décomposent les configurations en leurs différentes parties constitutives. Cependant, toutes les variantes de ce modèle ne sont pas aussi performantes les unes que les autres, et il n’y a pas d’explication théorique justifiant ces observations empiriques. Dans la première partie de ma thèse, nous avons cherché à comprendre comment un modèle si simple peut produire des distributions de probabilité si complexes. Pour cela, nous avons analysé un modèle simplifié de RBM à poids aléatoires à l’aide de la méthode des répliques. Nous avons pu caractériser théoriquement un régime compositionnel pour les RBM, et montré sous quelles conditions (statistique des poids, choix de la fonction de transfert) ce régime peut ou ne peut pas émerger. Les prédictions qualitatives et quantitatives de cette analyse théorique sont en accord avec les observations réalisées sur des RBM entraînées sur des données réelles. Nous avons ensuite appliqué les RBM à l’analyse et à la conception de séquences de protéines. De part leur grande taille, il est en effet très difficile de simuler physiquement les protéines, et donc de prédire leur structure et leur fonction. Il est cependant possible d’obtenir des informations sur la structure d’une protéine en étudiant la façon dont sa séquence varie selon les organismes. Par exemple, deux sites présentant des corrélations de mutations importantes sont souvent physiquement proches sur la structure. A l’aide de modèles graphiques tels que les Machine de Boltzmann, on peut exploiter ces signaux pour prédire la proximité spatiale des acides-aminés d’une séquence. Dans le même esprit, nous avons montré sur plusieurs familles de protéines que les RBM peuvent aller au-delà de la structure, et extraire des motifs étendus d’acides aminés en coévolution qui reflètent les contraintes phylogénétiques, structurelles et fonctionnelles des protéines. De plus, on peut utiliser les RBM pour concevoir de nouvelles séquences avec des propriétés fonctionnelles putatives par recombinaison de ces motifs. Enfin, nous avons développé de nouveaux algorithmes d’entraînement et des nouvelles formes paramétriques qui améliorent significativement la performance générative des RBM. Ces améliorations les rendent compétitives avec l’état de l’art des modèles génératifs tels que les réseaux génératifs adversariaux ou les auto-encodeurs variationnels pour des données de taille intermédiaires. / Restricted Boltzmann machines (RBM) are graphical models that learn jointly a probability distribution and a representation of data. Despite their simple architecture, they can learn very well complex data distributions such the handwritten digits data base MNIST. Moreover, they are empirically known to learn compositional representations of data, i.e. representations that effectively decompose configurations into their constitutive parts. However, not all variants of RBM perform equally well, and little theoretical arguments exist for these empirical observations. In the first part of this thesis, we ask how come such a simple model can learn such complex probability distributions and representations. By analyzing an ensemble of RBM with random weights using the replica method, we have characterised a compositional regime for RBM, and shown under which conditions (statistics of weights, choice of transfer function) it can and cannot arise. Both qualitative and quantitative predictions obtained with our theoretical analysis are in agreement with observations from RBM trained on real data. In a second part, we present an application of RBM to protein sequence analysis and design. Owe to their large size, it is very difficult to run physical simulations of proteins, and to predict their structure and function. It is however possible to infer information about a protein structure from the way its sequence varies across organisms. For instance, Boltzmann Machines can leverage correlations of mutations to predict spatial proximity of the sequence amino-acids. Here, we have shown on several synthetic and real protein families that provided a compositional regime is enforced, RBM can go beyond structure and extract extended motifs of coevolving amino-acids that reflect phylogenic, structural and functional constraints within proteins. Moreover, RBM can be used to design new protein sequences with putative functional properties by recombining these motifs at will. Lastly, we have designed new training algorithms and model parametrizations that significantly improve RBM generative performance, to the point where it can compete with state-of-the-art generative models such as Generative Adversarial Networks or Variational Autoencoders on medium-scale data.

Dans cette thèse, nous développons un système d'asservissement visuel pour une caméra montée sur une tourelle commandable en pan et tilt et embarquée sur un drone. Ceci afin de réaliser des tâches telles que le suivi d'objets fixes et quelconques au sol quels que soient les mouvements du drone. Dans une première partie, un algorithme d'analyse d'image est proposé. Il est basé sur une estimation globale/locale permettant d'estimer la position de l'objet. Dans une seconde partie, une loi de commande classique fonctionnant avec une double boucle d'asservissement est proposée. Pour diminuer le temps de réponse du système, une nouvelle loi de commande sur-échantillonnée utilisant les résultats intermédiaires de l'analyse d'image est proposée. Nous nous intéressons aussi aux problèmes de non-linéarité du système et proposons une solution basée sur un contrôleur LQR. Des simulations et des expérimentations en conditions réelles montrent la validité de notre approche.

Les réarrangements chromosomiques sont des mutations qui modifient la structure et l'organisation des génomes. Ils sont ici étudiés dans le cadre de l'évolution des génomes de mammifères. L'objectif de ces travaux est de caractériser les régions du génome qui ont subi de tels évènements; elles sont appelées des points de cassure. Dans un premier temps, nous avons développé une méthode permettant d'identifier précisément ces régions sur un génome par comparaison avec un génome d'espèce différente. Nous montrons qu'elle améliore nettement la résolution par rapport aux méthodes existantes. Cela permet, dans un deuxième temps, d'analyser le contenu des séquences de points de cassure et leur répartition le long du génome. Plusieurs caractéristiques de séquences ont ainsi été identifiées dans les points de cassure chez l'homme, comme la perte de similarité avec les génomes comparés et la présence de duplications et d'éléments transposables. Enfin, nous montrons que les points de cassure ne sont pas répartis uniformément le long du génome, mais leur localisation serait fortement influencée par l'organisation des gènes et la structuration du génome en isochores.

En considérant le cas britannique, cette thèse étudie les mutations du travail universitaire dans un contexte marqué par la montée en puissance des pratiques de gestion du personnel et l'instauration de mécanismes de " quasi-marchés " par des politiques inspirées du New Public Management. À partir d'une enquête dans deux universités britanniques croisant entretiens biographiques, analyse de séquences des mobilités académiques et dépouillement d'archives, cette thèse révèle un important " travail d'organisation " effectué au sein des établissements qui a conduit à un encastrement organisationnel des carrières académiques et à une formalisation du contrôle professionnel. Cette " mise en gestion " du travail et des carrières s'est traduite par une différenciation professionnelle accrue et par l'émergence de nouvelles formes de flexibilité fonctionnelle, salariale et contractuelle. Pour autant, la profession académique n'a rien perdu de son monopole sur les opérations de jugement des pairs et de reproduction du corps. Toutefois, l'exercice de ce pouvoir est encadré par les prescriptions formelles des politiques de gestion du personnel. La gestion bureaucratique des carrières, si elle ne supplante pas la gestion paritaire, construit en revanche les cadres dans lesquels elle s'effectue. Cette thèse invite ainsi à réinterroger le concept de contrôle professionnel en le considérant non pas uniquement comme contrôle de la réalisation, de la division et de l'évaluation des tâches, mais également comme capacité à définir l'économie du travail dans laquelle ces tâches sont effectuées. Enfin, l'expansion des services du personnel des universités et leur légitimité reposent sur un discours modernisateur qui présente la différenciation des universitaires comme un défi majeur pour la gestion des universités. Le fait que cette différenciation résulte en réalité de la " mise en gestion " du travail et des carrières académiques conduit à s'interroger sur le sens de ce discours : s'agit-il de manager une profession de plus en plus diversifiée, ou de différencier une profession pour mieux la manager ?

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neurologique chronique du jeune adulte affectant environ 100 000 personnes en France. Au cours des deux dernières décennies, les stratégies thérapeutiques ont fortement évolué avec l’apparition de nouvelles molécules dont les premières formes orales. Le parcours de soins dans la SEP implique plusieurs professionnels de santé médicaux (généralistes, neurologues) et paramédicaux (kinésithérapeutes, infirmiers). Actuellement, aucune recommandation sur ces parcours n’a été définie, et peu de données existent sur le recours aux soins des individus ayant une SEP et l’utilisation des traitements spécifiques à la SEP en France. L’utilisation des données du Système National des Données de Santé (SNDS), c’est-à-dire les bases de l'Assurance Maladie, couplée avec les méthodes d’analyse de séquences donne l’opportunité d’étudier ces parcours de soins. L’objectif principal de cette thèse était d’étudier les parcours de soins des personnes ayant une SEP en France, à partir du SNDS, afin de décrire les consommations de soins et de mettre en évidence une typologie de parcours. Les objectifs secondaires étaient d’étudier l’utilisation des traitements de fond de la SEP en France (fréquence et place dans la séquence thérapeutique), et d’étudier la faisabilité de mesurer le niveau de handicap moteur dans ces bases. Au total sur la période de suivi de 2010 à 2015, 112 745 patients ont été identifiés, dont 47,4% avaient reçu au moins une délivrance d’un traitement de fond spécifique à la SEP. Une typologie a été obtenue identifiant cinq groupes cliniquement distincts. En parallèle, un indicateur de quantification du niveau de handicap moteur, pouvant être répliqué dans d’autres études, a été proposé afin d’enrichir les données du SNDS. Au travers des différentes analyses réalisées et des questions méthodologiques soulevées, des éléments clés permettant l’utilisation des méthodes d’analyse de séquences en santé, notamment la multichannel sequence analysis, ont pu être mis en évidence. / Multiple sclerosis (MS) is a chronic neurological disease starting in young adulthood and affecting about 100,000 persons in France. During the last two decades, therapeutic practices have evolved with the release of new substances, especially oral disease-modifying therapies (DMTs). Care pathways in MS involve both medical (general practitioners, neurologists) and paramedical (physiotherapists and nurses) health care professionals. However, no recommendation on care pathways in MS exists so far in France. Moreover, few data are available on care-seeking of persons with MS (PwMS) and the utilization of DMTs in France. The use of state sequence analysis (SSA) on data issued from the French National Health Data System (SNDS, i.e. databases from the French Health Insurance System) offers the opportunity to study care pathways. The main objective of this PhD thesis was to study the care pathways of PwMS in France using data from SNDS, in order to describe care-seeking and to create a typology of pathways. The secondary objectives were to study MS DMTs utilization in France (frequency and therapeutic sequences), and the feasibility to measure the level of motor disability in SNDS. Over the 2010-2015 study period, 112,745 PwMS were identified. Amongst them, 47.4% had at least one delivery of a MS-specific DMT. A typology was obtained allowing the identification of five clinically distinct groups of patients. In parallel, a parameter quantifying the level of motor disability in SNDS, which could be replicated in other studies, was defined. Thanks to the different analyses and raised methodological questions, key-elements allowing the use of SSA in health field, especially multichannel sequence analysis, were highlighted.

Les hélitrons constituent un groupe d'éléments transposables découverts récemment dans les génome eucaryotes. A travers une étude bioinformatique, nous avons étudié leur mode d'invasion, la modularité de leur séquence et leurs impacts sur les gènes à leur proximité dans le génome d'Arabidopsis thaliana. Les hélitrons sont les éléments transposables les plus répandus dans ce génome ; néanmoins ils ne sont que partiellement reconnus par des logiciels d'alignement. Nous avons modélisé ces éléments sous la forme d'une grammaire formelle. Cette grammaire est constituée des deux extrémités terminales séparées par une séquence nucléotidique quelconque de taille fixée. Nous avons créé une matrice d'occurrences des modèles associant toutes les combinaisons possibles d'extrémités. La matrice a fait apparaître des associations préférentielles entre certaines extrémités et a permis la découverte de nouvelles familles d'hélitrons chimériques. La détection des ORFs contenant les protéines de transposition a permis de confirmer la relation hélitron autonome non-autonome et de comprendre le mécanisme de création des chimères d'hélitrons. Nous avons proposé une nouvelle nomenclature des hélitrons basée sur leurs extrémités et non sur leur séquence globale. L'étude de la séquence d'une famille d'hélitrons a montré une réorganisation constante des domaines nucléiques entre les différentes copies de cette famille. Pour comprendre cette organisation, nous avons mis au point le logiciel DomainOrganizer qui permet d'observer la composition en domaines des éléments transposables. DomainOrganizer détecte les frontières entre domaines à partir d'un alignement multiple et crée la liste des domaines. A partir de cette liste, il recherche, par un algorithme d'optimisation combinatoire, le nombre minimal de domaines qui recouvrent au maximum l'ensemble des séquences. Enfin, DomainOrganizer visualise et classe les séquences en fonction de leurs domaines. L'analyse par domaines de la famille AtREP21 a permis de comprendre la nature de cette variabilité et de retracer l'histoire évolutive de cette famille à partir de l'identification des domaines. L'étude de la localisation des hélitrons AtREP3 dans ce génome de plante a montré une insertion préférentielle de ceux-ci dans les promoteurs de gènes. Les profils d'expression de ces gènes, nous a permis d'identifier plusieurs clusters. Par ailleurs, les motifs de régulation ont montré une grande variabilité de motifs dans les promoteurs mais pas dans les hélitrons. Ces résultats ont montré que les hélitrons non-autonomes transportent dans leurs séquences internes des motifs de liaisons aux facteurs de transcription. Des analyses complémentaires devront être réalisées pour comprendre l'action régulatrice des hélitrons sur les gènes situés à leur proximité.

La seconde moitié du XXe siècle donna lieu à un accroissement des tentatives de redéfinir en termes opérationnels divers domaines de l'activité sociale tant scientifique, militaire, administratif ou industriel. Ces tentatives tirèrent parti des innovations scientifiques et techniques de la Deuxième Guerre mondiale, puis de la généralisation de l'automatique. Cette thèse en propose une sociologie historique, menée à partir du cas particulier de l’archéologie. Ce domaine scientifique fait alors l’objet d’efforts accrus de disciplinarisation et de professionnalisation. C’est également le cas des mathématiques appliquées puis de l’informatique : cette étude porte précisément sur les rapports établis à l’intersection de ces trois domaines. En France, au cours des années 1950 et 1960, les innovations méthodologiques et conceptuelles y ont été particulièrement importantes. Pourtant, par la suite, leur réception s’est révélée relativement mineure. En archéologie, les innovations relatives aux mathématiques appliquées, à la formalisation du langage et à l’automatique n’ont pas donné lieu au développement d’une spécialité fondée sur le calcul. Cette situation contraste avec celle d’autres disciplines ou d’autres pays, et ceci alors même que les redéfinitions théoriques et méthodologiques de la « New Archaeology » anglophone se diffusaient à l’échelle internationale. La thèse explore les cas de trois entreprises collectives, menées respectivement autour de Georges Laplace, Jean-Claude Gardin et Jean Lesage, entre France, Espagne et Italie. Ces cas sont complétés par ceux d’un ensemble d’acteurs ayant été à la fois ingénieurs et archéologues. D’un point de vue général, cette étude porte sur les statuts cognitifs et sociaux des contributions méthodologiques dans l’activité scientifique. Trois modèles de relations entre spécialistes d’un domaine scientifique et spécialistes des sciences formelles sont identifiés et décrits. Les transformations entraînées par l’introduction des mathématiques et de l’automatique dans la division du travail et la distribution des formes de reconnaissance sont analysées. La réception de ces propositions méthodologiques est discutée à l’aune de différents facteurs et modèles de l’innovation scientifique. Ce sont, au final, des éclairages nouveaux sur le développement de l’archéologie de sauvetage puis préventive et sur la genèse des recours aux technologies « numériques » en sciences de l'homme qui sont proposés.L’analyse tire parti de 82 entretiens, 23 fonds d’archives et de plusieurs jeux de données bibliométriques (pré-existants ou constitués pour cette étude). En écho aux travaux pris pour objets, cette thèse entend également être une proposition et une illustration d’un usage possible de la formalisation et de l’informatique en sciences sociales. Fondées sur l’emploi d’un wiki et les principes de la programmation lettrée et de la reproductibilité des analyses, les architectures documentaire et démonstrative de cette étude font elles-mêmes l’objet d’une analyse. / During the second half of the 20th century, attempts were made to operationally redefine various social activities, including those related to science, the military, administration and industry. These attempts were aided by scientific and technical innovations developed in the Second World War, and subsequently by the increase in use of automation in various domains. This Ph.D. thesis addresses these attempts from a sociohistorical perspective, focusing on the specific case of archaeology. During this period, the domain of archaeology underwent a process of disciplinarisation and professionalisation. The same occurred in applied mathematics and then computer science: this thesis focuses on the relationships between these three domains. In France, during the 1950's and 1960's, there were significant methodological and conceptual innovations. Their subsequent scientific recognition, was, however, relatively minor. In archaeology, innovations related to applied mathematics and automatics did not lead to the emergence of an archaeological speciality based on computation. This situation was in striking contrast to what happened in other scientific domains and in archaeology in other countries, where new theoretical and methodological Anglophone definitions in ‘New Archaeology’ were spreading worldwide.This thesis explores three collective attempts to redefine the conceptual and methodological basis of archaeology, led by Georges Laplace, Jean-Claude Gardin and Jean Lesage, across France, Spain and Italy. These cases are completed by other people who had significant careers in both engineering and archaeology. In general, this thesis studies a scientific activity by investigating the cognitive and social aspects of peoples’ methodological contributions. Three models of the relationships between experts in a scientific domain and experts in an applied science (here mathematics and computing) are empirically identified and described. The effects of introducing mathematical and automation procedures on the division of labour and the distribution of recognition are analysed. The success or failure of the methodological propositions are discussed with reference to several factors and models of scientific innovation. This thesis generates new information on the development of rescue and preventive archaeology and on the use of digital technologies in human sciences.The analysis draws on 82 interviews, 23 archives and several bibliometric datasets (extracted from pre-existing databases or constructed for the purpose of this research). Mirroring the archaeological propositions under study, this research also intends to illustrate the possible use of computing and formalised procedures in social sciences. The documentation and demonstrative principles underlying this work, implemented by using Wiki, the methods of literate programming and reproducible research, are themselves analysed.