Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thèse diffusée initialement dans le cadre d'un projet pilote des Presses de l'Université de Montréal/Centre d'édition numérique UdeM (1997-2008) avec l'autorisation de l'auteur.

Jusqu'au début des années 1980, la spectrométrie gamma aéroportée a avant tout été utilisée pour des applications géophysiques et ne concernait que la mesure des concentrations dans les sols des trois radionucléides naturels (K40, U238 et Th232). Durant les quinze dernières années, un grand nombre de dispositifs de mesures a été développé, la plupart après l'accident de Tchernobyl, pour intervenir en cas d'incidents nucléaires ou de surveillance de l'environnement. Les algorithmes développés ont suivi les différentes missions de ces systèmes. La plupart sont dédiés à l'extraction des signaux à moyenne et haute énergie, où les radionucléides naturels (K40, les chaînes U238 et Th232) et les produits de fission (Cs137 et Co60 principalement) sont présents. A plus basse énergie (< 400 keV), ces méthodes peuvent toujours être utilisées mais les particularités du fond de diffusion, très intense, les rendent peu précises. Cette zone énergétique est importante : les SNM émettent à ces énergies. Un algorithme, appelé 2-fenêtres (étendu à 3), a été développé permettant une extraction précise et tenant compte des conditions de vol. La surveillance du trafic de matières radioactives dans le cadre de la sécurité globale a fait son apparition depuis quelques années. Cette utilisation nécessite non plus des méthodes sensibles à un élément particulier mais des critères d'anomalie prenant en compte l'ensemble du spectre enregistré. Il faut être sensible à la fois aux radionucléides médicaux, industriels et nucléaires. Ce travail a permis d'identifier deux familles d'algorithmes permettant de telles utilisations. Enfin, les anomalies détectées doivent être identifiées. La liste des radionucléides nécessitant une surveillance particulière, recommandée par l'AIEA, contient une trentaine d'émetteurs. Un nouvel algorithme d'identification a été entièrement développé, permettant de s'appuyer sur plusieurs raies d'absorption par élément et de lever les conflits d'identification.

Notre recherche est une contribution à l’étude des indices acoustiques secondaires des tons lexicaux en mandarin, comparant les données recueillies en parole modale avec celles obtenues en parole chuchotée. Selon la littérature, ces indices devraient se présenter en tant qu’un ensemble d’attributs dans les dimensions acoustiques du spectre, outre que dans la fréquence fondamentale. Nous avons analysé des attributs temporels, des attributs au niveau de l’intensité, des attributs spectraux, ainsi que leur corrélation avec les tons. Les résultats montrent que certains paramètres temporels et la quatrième résonance du spectre sont étroitement liés au ton. Leurs rapports dépendent de la caractéristique intrinsèque de la voyelle qui porte le ton (équivalente de la rime dans notre recherche). / Our research is a contribution to studies on secondary acoustic cues in Mandarin tone identification, by comparing acoustic data collected in modal speech and in whispered speech. According to the literature on the same issue, theses cues could be found in acoustic dimensions other than in the fundamental frequency, as a set of attributes. We have analyzed these attributes in the temporal domain, at the intensity level and in the spectrum, as well as their relations with tones. Our results show that some temporal parameters and the fourth resonance in the spectrum are very closely related to tones. These relations are dependent on the intrinsic characteristics of the vowel that carries the tone (which is equivalent to the rime in our research).

L'instrument principal de la mission GOCE est un gradiométre triaxial contenant 6 paires d'accéléromètres électrostatiques ultrasensibles conçus par l'ONERA. chaque accéléromètre est constitue d'une masse d'épreuve entourée par 8 paires d'électrodes permettant de la contrôler en position grâce a une boucle d'asservissement électronique. il est possible de recombiner les mesures accélérométriques pour en déduire les composantes du gradient de gravite. il s'agit de la grandeur fondamentale d'intérêt dans la mission GOCE. malgré son succès, la communauté scientifique s'est aperçue que le bruit contenu dans le terme vzz est 2 fois plus élevés que prévu. ce niveau de bruit est reste inexpliqué. la qualité des données GOCE dépend directement de celle des mesures accélérométriques. l'ONERA détenant l'expertise sur la technologie des accéléromètres électrostatiques ultrasensibles, une étude approfondie au plus proche de l'instrument s'est avérée nécessaire. dans un premier temps, une méthode d'estimation d'un majorant du niveau de bruit empirique des mesures accélérométriques est proposée a partir de la différence des modes communs. dans un second temps, ces estimations a partir des données empiriques sont reliées aux sources de bruit. en prenant en compte les sources de bruit qui ont été vérifiées, on a analyse deux scenarios qui pourraient aboutir au niveau empirique du bruit total de mesure. enfin, on a identifie que le bruit du facteur d'échelle n'a pas été inclus dans le calcul du niveau de bruit attendu. on montre que, dans le cas des axes de mesure sensible, la prise en compte du bruit de facteur d'échelle aboutit a l'augmentation du niveau de bruit de mesure attendu. / The payload of the space mission goce is a 3 axis gradiometer containing 6 ultrasensitive electrostatic accelerometers designed by onera – the french aerospace lab. each accelerometer contains a proof mass surrounded by 8 pairs of electrodes allowing the control of its position thanks to a feedback control loop. the recombination of the accelerometer measurements leads to the estimation of the terms of the gravity gradient matrix. it is the target quantity of the mission goce. despite the success of the mission, the scientific community discovered that the noise level of the term vzz is twice as high as the level expceted. this remains unexplained. the quality of the data is directly related to the quality of the accelerometer measurements. because onera has the expertise on the accelerometer technology, an in-depth study proved to be necessary. we first provide a way to estimate an upper bound of the empirical noise in the measurements. then, we analyse two scenarios that could lead to the empirical noise observed. finally, we show that taking into account the scale factor noise leads to a higher noise than expected.

Les infections urinaires (IUs) sont un motif très fréquent de consultation et de prescription d’antibiotique en médecine générale. Le choix de l’antibiotique repose sur les caractéristiques du patient, la susceptibilité des germes aux antibiotiques et des analyses de coût. Cette démarche thérapeutique est devenue de plus en plus complexe en raison de l’augmentation des résistantes aux antibiotiques. Dans ce contexte, mon travail de thèse repose sur deux principales études :A partir des données d’IMS-health France, une analyse spectrale des ventes d’antibiotiques urinaires a montré l’existence d’une saisonnalité annuelle entre 2001 et 2012 avec des pics estivaux. A partir des données de recherche de Google en France et dans six autres pays, le même phénomène a été observé. Ceci représente un argument en faveur d’une saisonnalité des cystites aigues simples.Une étude a été mise en place, visant à estimer l’incidence des IUs à germes résistants et à déterminer les facteurs associés à l’acquisition de ces germes. Un taux d'incidence annuel des IUs présumées en médecine générale a été estimé à 3 200 pour 100 000 femmes en France [IC 95%: 2 400-4 000], avec un taux d'incidence annuel des infections urinaires à E. coli résistant au fluoroquinolone en médecine générale à 102 pour 100 000 femmes en France [IC 95%: 30-50]. Les facteurs associés aux IU à entérobactéries résistantes à plus de trois classes d’antibiotique étaient l'utilisation de la pénicilline par la patiente (OR = 3,1 ; [1,2-8,0]), avoir fourni un hébergement à un résident d'un pays à haut risque de résistance aux antibiotiques (OR = 4,0 [1,2-15,1]) et la consommation de viande crue (OR = 0,3 ; [0,1-0,9]). / Urinary tract infections (IUs) are a frequent reason for consultation and prescription of antibiotics in general practice. The choice of the antibiotic is based on the patient’s characteristics, the antibiotic susceptibility of bacteria and cost analyzes. This therapeutic approach has become increasingly complex due to the increase in antibiotic resistance. In this context, my thesis is based on two main studies:From the data of IMS health France, a spectral analysis of urinary antibiotic sales was shown the existence of an annual seasonality between 2001 and 2012 with summer peaks. The same phenomenon was been observed from Google search data in France and in six other countries. This is an argument for seasonality in acute cystitis.Another study was set up, to estimate the incidence of resistant germs in IUs and identify factors associated with the acquisition of these germs. An annual incidence rate of IUs in general practice was estimated at 3,200 per 100,000 women in France [95% CI: 2,400-4,000], with an annual incidence rate of IUs due to E. coli resistant to fluoroquinolone in general practice at 102 per 100,000 women in France [95% CI: 30-50]. Factors associated with IU due to Enterobacteriaceae resistant to more than three classes of antibiotic were having used penicillin by the patient (OR = 3.1; [1.2 to 8.0]), having provided accommodation to a resident of a country at high risk for antibiotic resistance (OR = 4.0 [1.2 to 15.1]) and raw meat consumption (OR = 0.3; [0.1-0.9] ).

L'amélioration de la vie des personnes en situation d'handicap est un défi majeur dans notre société. Dans le cas d'un handicap dû à des déficiences du système sensori-moteur, les solutions chirurgicales ou médicamenteuses peuvent rarement restaurer les fonctions altérées. Des solutions plus technologiques peuvent, dans certains cas, être utilisées afin de contourner les problématiques de dysfonctionnement du système nerveux. Une des solutions envisageables consiste à contrôler certaines fonctions par stimulation électrique fonctionnelle. Pour que cette stimulation soit efficace et se rapproche du contrôle naturel une approche intéressante consiste à utiliser les capteurs sensoriels naturels dans la boucle de contrôle du système. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous intéressons aux systèmes d'acquisition électriques des signaux neurologiques provenant du système nerveux périphérique. L’idée est que les informations issues des fibres nerveuses afférentes obtenues à l’aide d’électrodes extra-neurales (ex. Cuff) pourraient permettre de « capter » l’information sensorielle provenant de plusieurs capteurs naturels sans être trop invasif.La principale difficulté de cette technique et de discriminer l'activité d'une fibre ou d’un groupe de fibres à partir du signal composite recueilli par l’électrode. Ce signal regroupe, en effet, l’information provenant d’un grand nombre de fibres afférentes et efférentes d’origine très différentes. Une des approches envisageables consiste à discriminer l’information des différentes fibres à partir de leurs caractéristiques physiologiques ou anatomiques. Les travaux présentés dans ce manuscrit cherchent à améliorer la sélectivité du recueil en fonction de la vitesse de propagation des différentes fibres. A noter qu’aucune solution réellement viable n’existe dans la littérature sur ce principe de sélectivité. Le premier objectif a donc été de prouver que dans un cas idéal (filtre parfait), il serait possible d’effectuer une discrimination efficace. Nos travaux sont basés sur des études temporelles, spatiales et spatio-temporelles afin d’évaluer les possibilités d'extraction de l'information utile à partir des potentiels extracellulaires simulés. Les simulations ont été effectuées à partir d'un modèle de système d'acquisition réaliste développé à partir des paramètres du modèle biophysiologique et du modèle d’électrode et du préamplificateur associé. Partant des résultats prometteurs obtenus dans un cas d’un filtre idéal, des implémentations de filtres IIR et FIR spatio-temporel du premier et second ordre ont été proposées. Les paramètres de stabilité des filtres proposés ont été étudiés et permettent d’envisager une implémentation physique efficace. / Improving the lives of people with disabilities is a major challenge in our society. In the case of a handicap due to deficiencies of the sensory-motor system, surgical or drug solutions can rarely restore the altered functions. More technological solutions may in some cases be used to bypass problematic malfunction of the nervous system. One solution is to control certain functions by functional electrical stimulation. For this to be effective stimulation and approaches the natural control an interesting approach is to use natural touch sensors in the system control loop. As part of this thesis, we focus on electrical systems acquisition neurological signals from the peripheral nervous system. The idea is that the information from the afferent nerve fibers obtained using extra-neural electrodes (eg. Cuff) could help to "capture" the sensory information from several sensors natural without being too invasive. The main difficulty of this technique and to discriminate the activity of a fiber or group of fibers from the composite signal received by the electrode. This signal includes, in fact, information from a large number of afferent and efferent very different origin. One possible approach is to discriminate the information of different fibers from their physiological and anatomical features. The work presented in this manuscript are looking to improve the selectivity of the collection based on the propagation speed of the different fibers. Note that no truly viable solution exists in the literature on this principle of selectivity. The first objective was therefore to prove that in an ideal case (ideal filter), it would be possible to make effective discrimination. Our work is based on studies of temporal, spatial and spatio-temporal order to assess the possibilities of extracting useful information from the simulated extracellular potentials. The simulations were performed from a realistic acquisition system model developed from the parameters of the model and biophysiological electrode model and associated preamplifier. Based on the promising results obtained in a case of an ideal filter, IIR filter implementations and spatiotemporal FIR of first and second order have been proposed. The proposed filter stability parameters have been studied and possible to envisage an effective physical implementation.

Les futurs sondages à grande échelle, comme la mission Euclid, produiront un large set de données qui nécessitera la mise en place de chaînes de traitement complètement automatisées pour analyser les données, extraire l'information et s'assurer que l'ensemble des exigences est respecté. À partir des données collectées, le redshift est une quantité essentielle à mesurer. Des méthodes distinctes pour l'estimation de redshift existent dans la littérature, mais il n'y a pas à l'heure actuelle une définition d'un critère de qualité automatisé pour juger de la fiabilité d'une mesure de redshift spectroscopique. Dans ce travail, nous avons présenté les techniques usuelles de l'analyse spectrale, comme le filtrage et l'extraction du continu, qui peuvent être réalisées en amont de l'estimation du redshift. Puis, nous nous sommes en grande partie intéressés à la problématique de prise de décision quant à l'évaluation de la fiabilité d'une mesure de redshift en développant une nouvelle méthodologie qui exploite les algorithmes de Machine Learning (ML) et les caractéristiques de la fonction de densité en probabilité du redshift (zPDF) définie dans un cadre bayésien.Notre idée consiste à quantifier, via le ML et des descripteurs des zPDFs, la fiabilité d'une mesure de redshift au sein de partitions distinctes qui décrivent différents niveaux de confiance. Par ex. une estimation de redshift obtenue à partir d'une zPDF multimodale ne dépeint pas le même niveau de confiance que celle obtenue à partir d'une zPDF unimodale. Nous estimons que cette nouvelle méthodologie pourra être exploitée dans le cadre de futurs sondages spectroscopiques à grande échelle comme Euclid. / Large-scale surveys, as Euclid, will produce a large set of data that will require the development of fully automated data-processing pipelines to analyze the data, extract crucial information and ensure that all requirements are met. From a survey, the redshift is an essential quantity to measure. Distinct methods to estimate redshifts exist in the literature but there is no fully-automated definition of a reliability criterion for redshift measurements. In this work, we first explored common techniques of spectral analysis, as filtering and continuum extraction, that could be used as preprocessing to improve the accuracy of spectral features measurements, then focused on developing a new methodology to automate the reliability assessment of spectroscopic redshift measurements by exploiting Machine Learning (ML) algorithms and features of the posterior redshift probability distribution function (PDF). Our idea consists in quantifying, through ML and zPDFs descriptors, the reliability of a redshift measurement into distinct partitions that describe different levels of confidence. For example, a multimodal zPDF refers to multiple (plausible) redshift solutions possibly with similar probabilities, while a strong unimodal zPDF with a low dispersion and a unique and prominent peak depicts of a more "reliable" redshift estimate. We assess that this new methodology could be very promising for next-generation large spectroscopic surveys on the ground and space such as Euclid and WFIRST.

L'agriculture verticale en bâtiment est un nouveau mode de production innovant en pleine expansion. Elle permet de recréer des conditions optimales de culture et a comme avantage d'augmenter la productivité et la qualité des légumes produits. Aux vues de l'importance de la lumière dans le processus de photosynthèse et du coût économique relié à l'éclairage artificiel en agriculture verticale, l'objectif de cette étude était d'établir une stratégie d'éclairage artificiel pour la production de légumes-feuilles biologiques en production verticale en milieu contrôlé. Plus précisément, d'identifier l'effet de l'intégrale d'énergie lumineuse journalière (IEJ), soit la photopériode par la densité de flux photonique photosynthétique (DFPP), du fractionnement de la photopériode, de l'utilisation d'une phase de faible intensité lumineuse en remplacement de la phase nocturne et de la composition spectrale sur la performance agronomique et la qualité de verdurettes. Trois séries d'expériences ont été réalisées ; la première portait sur l'étude de la photopériode et de l'intensité lumineuse sur la croissance de légumes-feuilles jusqu'au stade adulte, la seconde étudiait le fractionnement de la photopériode sur 12 espèces ou cultivars de verdurettes au stade juvénile et la troisième, réalisée en milieu commercial à la ferme l'Abri Végétal, évaluait l'impact de la qualité spectrale sur les mêmes 12 espèces ou cultivars de verdurettes. Cette étude a démontré que la fragmentation et l'allongement de la photopériode à 20-h par jour par rapport à une photopériode conventionnelle de 18 h pour une même IEJ a permis d'augmenter de 20 à 23 % la productivité des verdurettes cultivées, et ce, sans causer de désordres physiologiques. L'effet de la phase de faible intensité lumineuse, correspondant au point de compensation lumineux, sur les légumes-feuilles au stade adulte et verdurette n'a toutefois pas augmenté la productivité. Les réponses des légumes-feuilles au stade adulte et juvénile ont été spécifiques à l'espèce ou cultivar.

Dans le cadre de la certification de ses moteurs d'hélicoptères, Safran Helicopter Engines réalise des essais en fonctionnement lors desquels les réponses vibratoires de turbomachines (compresseurs et turbines) sont mesurées. Les réponses vibratoires contiennent des modes (ou raies spectrales) dont les fréquences et amplitudes doivent être caractérisées. Les mesures sont réalisées par la technologie tip-timing qui permet d'observer les vibrations de toutes les pales d'un aubage en rotation.Cependant, la technologie tip-timing présente deux spécificités importantes. Premièrement, l'échantillonnage des signaux de vibrations est irrégulier quasi-périodique. Deuxièmement, l'ordre de grandeur des fréquences de vibration est généralement supérieur à la fréquence d'échantillonnage équivalente. Ces deux caractéristiques donnent lieu à des artefacts des composantes fréquentielles sur les spectres des signaux de vibrations. Ceux-ci gênent alors fortement l'identification du contenu spectral et perturbent donc l'interprétation du comportement vibratoire des pales.La nouvelle méthode d'analyse spectrale proposée s'appuie sur une modélisation parcimonieuse des signaux tip-timing et prend en compte les variations de la fréquence de rotation. L'analyse spectrale des signaux est alors réalisée par la minimisation d'un critère des moindres carrés linéaires régularisé par une pénalisation de "norme-l0" par l'algorithme Block-OMP.À l'aide de résultats numériques sur signaux synthétiques, il est démontré que cette méthode fournit de bonnes performances d'estimations des composantes spectrales et réalise une réduction importante de leurs artefacts. La prise en compte des variations de la fréquence de rotation permet en effet de tirer profit de l'utilisation de longues durées d'observation afin de réduire significativement les artefacts des composantes fréquentielles contenus dans les spectres. Par ailleurs, avec des performances légèrement meilleures à celles de l'ESMV (méthode reconnue pour l'analyse spectrale des signaux tip-timing), la méthode proposée est environ cent fois plus rapide.Deux cas de données réelles sont étudiés. À travers une détection de crique de pale, le premier cas d'étude montre que la méthode proposée est pertinente et réalise des estimations comparables aux méthodes industrielles. Le second cas d'étude présente plusieurs vibrations synchrones et asynchrones simultanées. Cela met en avant la capacité de réduction des artefacts des composantes fréquentielles de la méthode développée afin de faciliter l'interprétation du contenu vibratoire complexe de ce signal.L'optimisation du placement des sondes tip-timing est également étudiée pour faciliter l'identification des composantes synchrones. À partir de résultats numériques, il est démontré qu'éloigner les capteurs améliore l'estimation des amplitudes ce type de composantes. / As part of the certification of its helicopter engines, Safran Helicopter Engines performs operational tests in which the vibrations responses of turbomachines (compressors and turbines) are measured. The vibratory responses contain modes (or spectral lines) whose frequencies and amplitudes must be characterized. The measurements are provided by the tip-timing technology which can observe the vibrations of all the blades while rotating.However, tip-timing technology has two important features. Firstly, the sampling of the vibrating signals is irregular quasi-periodic. Secondly, the vibrating frequencies are generally higher than the equivalent sampling frequency. These two characteristics generate frequency components artefacts onto the vibrating signals spectrum. As a consequence, they strongly hinder the identification of the spectral content and thus disturb the interpretation of the blades vibratory behaviour.The proposed new spectral analysis method relies on sparse modelling of the tip-timing signals and considers the variations of the rotational frequency. The spectral analysis of the signals is then performed by the minimization of a linear least squares criterion regularized by a penalty of "norm-l0" by the Block-OMP algorithm.Using numerical results from synthetic signals, it is shown that this method provides good spectral component estimation performances and achieves a significant reduction of their artefacts. Considering the variations of the rotational frequency allows to take advantage of the use of long observation periods in order to significantly reduce the frequency components artefacts contained in the spectrum. In addition, with slightly better performances than the ESMV (acknowledged method for the tip-timing signals spectral analysis), the proposed method is about a hundred times faster.Two cases of real data are studied. Through a detection of a blade crack, the first studied case shows that the proposed method is relevant and makes equivalent estimates with respect to industrial methods. The second studied case presents several simultaneous synchronous and asynchronous vibrations. That highlights the ability to reduce the frequency components artefacts of the developed method in order to simplify the interpretation of the complex vibratory content of this signal.The optimization of the positioning of the tip-timing probes is also studied in order to simplify the identification of synchronous components. From numerical results, it is demonstrated that moving away the probes improves the amplitudes estimation of this type of components.