Les problèmes de satisfaction de contraintes sont parmi les problèmes fréquents qu'on trouve dans des domaines variés tels que la recherche opérationnelle et l'intelligence artificielle. Dans un problème de satisfaction de contraintes, on cherche à assigner aux variables des valeurs de telle sorte que toutes les contraintes fournies en entrée soient satisfaites. Chaque contrainte est une paire contenant un tuple de variables et une relation définissant les combinaisons de valeurs autorisées pour ce tuple. Ce problème est NP-complet, donc il est important d'identifier des cas particuliers résolubles en temps polynomial. Dans ce travail, on s'intéresse à une approche dite algébrique pour découvrir des classes de problèmes de satisfaction de contraintes traitables efficacement. On se base sur le résultat prouvé par Dalmau "en 2006" qui donne un algorithme polynomial pour une classe assez vaste de problèmes. On analyse et implémente un cas particulier de cet algorithme qui permet de résoudre des instances de 2-SAT. Cette implementation nous aidera à faire des expérimentations et à en apprendre plus sur la nature de l'algorithme de Dalmau et son comportement en pratique.

Le traitement conventionnel pour les brûlures sévères est l'autogreffe. Il s'agit toutefois d'une méthode comportant des limites, notamment dans le cas des patients ayant souffert de brûlures profondes sur une grande superficie de leur corps. Pour pallier le manque de sites donneurs, il est possible de faire appel au génie tissulaire afin de produire des peaux reconstruites bilamellaires (PRB) qui peuvent remplacer les autogreffes. Le système de culture présentement utilisé pour la production des PRB utilise une couche nourricière humaine (CNH) lors de la culture des kératinocytes. Les milieux de culture actuellement utilisés pour la culture des cellules destinées à la production des PRB, soit les kératinocytes et les fibroblastes, contiennent du sérum bovin. Dans un but d'offrir des traitements de très haute qualité et le plus sécuritaire possible, il serait avantageux de remplacer ou de cesser l'utilisation de la CNH et du sérum puisque ceux-ci peuvent présenter des risques potentiels de transmission de pathogènes et de réactions immunitaires à cause de leur nature allogénique ou xénogénique. L'objectif de ce projet de maîtrise est donc de développer un système de culture complètement défini, en plus d'être sans éléments allogéniques ni xénogéniques, et qui permettrait la conservation des cellules souches épithéliales et la production de substituts cutanés de qualité. Il a été possible de produire une protéine, soit la protéine Sp1, qui pourra être utilisée comme additif dans le milieu de culture afin d'éventuellement remplacer la CNH lors de la culture des kératinocytes. Par ailleurs, il a été possible, à l'aide d'un milieu sans sérum pour les kératinocytes développé par notre équipe et d'un milieu sans sérum pour les fibroblastes disponible commercialement, de produire des PRB sans sérum. Celles-ci ont été soumises à des analyses *in vitro* et *in vivo* et présentent des résultats prometteurs quant à la conservation des cellules souches épithéliales et à la qualité des PRB produites. / The conventional method to treat severe burn injuries is autografts. However, it is a method with limitations, especially in the case of patients who have suffered deep burns over a large proportion of their body. To overcome the lack of donor sites, it is possible to use tissue engineering to produce tissue-engineered skin substitutes (TES) that can replace autografts. The culture system currently used for the production of TES uses a human feeder layer (HFL) for the culture of keratinocytes. The culture media currently used for the culture of cells intended for the production of TES, namely keratinocytes and fibroblasts, contain bovine serum. In order to offer treatments of a very high quality and as safe as possible, it would be advantageous to replace or discontinue the use of HFL and serum since these can present potential risks of transmission of pathogens and immune reactions because of their allogenic or xenogeneic nature. The objective of this master's project is therefore to develop a completely defined culture system, in addition to being free of allogenic and xenogeneic elements, and which would allow the conservation of epithelial stem cells and the production of skin substitutes of great quality. It was possible to produce a protein, the Sp1 protein, which could be used as an additive in the culture medium in order to eventually replace the HFL during the culture of keratinocytes. Furthermore, it was possible, using a serum-free medium for keratinocytes developed by our team and a serum-free medium for fibroblasts commercially available, to produce serum-free TESs. These have been subjected to *in vitro* and *in vivo* analyzes and show promising results pertaining the preservation of epithelial stem cells and the quality of the TESs produced.

"Thèse en cotutelle, Université Laval Québec, Canada Philosophiæ doctor (Ph. D.) et Université de Strasbourg Strasbourg, France" / Les réactions immunitaires de la peau sont initiées par les cellules dendritiques cutanées (dendritic cells, DCs). L'effet potentiellement sensibilisateur d'un composé peut être prédit in vitro en utilisant des monocytes humains différenciés en DCs (MonoDCs). Cependant, ces modèles simplistes restent imprécis car l'activation des DCs cutanés par les sensibilisateurs peut être déclenchée ou modulée par des interactions microenvironnementales avec de multiples types de cellules non immunitaires. Notre objectif est de développer une peau immunocompétente qui combinera des MonoDCs avec tous les éléments structurels et fonctionnels de la peau, c'est-à-dire une barrière épidermique posée sur un derme contenant une pseudo-vascularisation et des neurones nociceptifs. Une matrice de collagène a été ensemencée avec des fibroblastes et des cellules endothéliales, puis avec des précurseurs de fibres nerveuses dérivées soit de l'iPSC humaine, soit de la DRG embryonnaire murins. Enfin, nous avons introduit les MonoDC et les kératinocytes. Nous avons observé que les neurones différenciés in situ innervent l'épiderme comme observé habituellement dans la peau humaine normale. De plus, les neurones dérivées d’iPSCs, expriment neuropeptides et canaux calcique spécifiques des fibres nociceptives. Enfin, les Mono-DC intégrés au modèle restent stable pendant toute la durée nécessaire à la formation de l’épiderme et peuvent être stimulé. Le modèle sera utilisé pour prédire le potentiel irritant des composés chimiques et l'impact de l’innervation nociceptive sur l'activation des DCs. / Immune reactions in the skin are initiated by the cutaneous dendritic cells (DCs). The potential sensitizing effect of a compound can be predicted in vitro using human monocytes differentiated into DCs (Mono-DCs). However, these simplistic models remain inaccurate because the activation of cutaneous DCs by sensitizers may be triggered or modulated by microenvironmental interactions with multiple types of nonimmune cells. Our goal is to develop an immunocompetent human tissue-engineered skin that will combine DCs with all structural and functional element of the skin, i.e. an epidermal barrier laid upon a dermis containing a pseudo-vascularization and nociceptive neurons. Collagen matrix was seeded with fibroblasts and endothelial cells, then with precursors of nerve fibers derived from either human iPSC or murine embryonic DRG. Finally, we introduced Mono-DCs and keratinocytes. We observed that in situ differentiated neurons grow axons towards the epidermis as usually observed in normal human skin. What's more, the neurons derive from iPSC, express neuropeptides and calcium channel as normal nociceptive fibers. Moreover, Mono-DCs settled as expected beneath the epidermis and remained sessile to stimulation for several weeks. The model will be used to predict the irritant potential of chemical compounds, and the impact of nerves on DC activation.

Introduction: Le Laboratoire d’Organogenèse Expérimentale (LOEX) utilise une technique de production de substituts cutanés bilamellaires autologues auto-assemblés (SASS) unique. Cette méthode permet la génération d’équivalents cutanés permanents avec une structure et une fonction similaire à la peau normale humaine. Problématique et objectifs: Cette thèse présente d’abord les premiers résultats d’essais cliniques pour le traitement de plaies chroniques complexes traitées avec SASS. Ces résultats démontrent une efficacité et une sécurité d’utilisation de ces SASS. Toutefois, il y a un intérêt de développer une méthode de production plus rapide de ces substituts cutanés afin d’améliorer l’accessibilité clinique et le pronostic des patients grands brûlés, lors de leur utilisation en phase aiguë. En effet, le délai de couverture cutanée définitive essentielle à la thermorégulation et à l’effet de barrière est directement en lien avec les pronostics vital et morbide de cette population. Le délai actuel de 8 semaines pour la production des greffons aurait avantage à être réduit pour améliorer leur utilité quant aux soins des patients. Méthode: Dans un premier temps, le développement et la mise au point d’une méthode de production plus rapide de SASS à partir de matrices dermiques décellularisées (SASS-DM), générant des peaux reconstruites en seulement 4 semaines et demie est présenté. Par la suite, l’équivalence de la méthode de production rapide de ces peaux est d’abord vérifiée in vitro et comparée à la méthode standard quant à ses caractéristiques histologiques, de différenciation cellulaire et la présence d’une membrane basale fonctionnelle. La méthode rapide est finalement comparée in vivo à la méthode standard quant à l’évolution de ces peaux greffées sur les vivants, de façon à compléter le développement préclinique de cette nouvelle méthode innovatrice. Résultats: La méthode rapide de production des peaux bilamellaires autologues auto-assemblées s’est montrée équivalente à la méthode de production standard et ce, autant in vitro qu’in vivo. Conclusion: Ce travail présente d’abord l’utilisation clinique des peaux reconstruites bilamellaires pour le traitement de plaies variqueuses chronique, qui s’avère efficace et sécuritaire. Puis, le développement préclinique d’une méthode plus rapide de production de peaux reconstruites bilamellaires autologues est présenté, permettant de générer des greffons en 4 semaines et demie plutôt que 8 semaines, et ce avec une qualité équivalente à la méthode standard. Cette innovation représente un ajout majeur aux modes de traitement des grands brûlés puisqu’elle a le potentiel de changer la planification chirurgicale et leur pronostic de survie. / Introduction: The Laboratoire d’Organogenèse Expérimentale (LOEX) has developed a unique production technique of self-assembled autologous skin substitute (SASS). This method allows the generation of permanent skin equivalents that display a structure and a function similar to normal human skin. Problematic and objectives: This thesis presents the first results of SASS clinical use in the treatment of chronic complex wounds to demonstrate the clinical efficacy and safety. The need to develop a faster production method in order to improve burn patient prognosis is also outlined. Indeed, the delay before definitive skin coverage to insure proper thermoregulation and protection from the external environment is directly associated to the vital and morbid prognosis of this population of severely traumatised patients. The current eight weeks SASS production delay must be reduced in order to further improve burn patients quality of care and survival. Method: This work describes the development and refinement of a faster production method for SASS using decellularized dermal matrices (SASS-DM) that generated skin substitutes produced in only 4 weeks and a half. These faster produced skin substitutes where compared in vitro to the standard SASS in regard to the histological characteristics, cellular differentiation and the presence of a functional basement membrane. The faster produced SASS-DM were then compared in vivo to standard SASS by following the evolution of grafted mice in order to complete a preclinical trial of this innovative technique. Results: The faster production method for the autologous self-assembled bilayered skin substitutes was shown to be equivalent to the standard production method in vitro and in vivo. Conclusion: This work presents the clinical use of bilayered skin substitutes for the treatment of chronic venous ulcers, which was shown to be efficient as well as safe. Afterwards, the preclinical development of a new faster production method of autologous bilayered self-assembled skin substitutes is presented, allowing the culture of skin grafts in four weeks and a half instead of the previous 8 weeks long protocol, with equivalent quality and characteristics as the standard cultured skins. This innovation represents a major adjunct to severely burned patients treatments and could possibly change their surgical planning and their survival.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objectif principal de cette thèse porte sur la conception d'un système de perception artificiel permettant d'identifier des scènes ou évènements pertinents dans des environnements complexes. Les travaux réalisés ont permis d'étudier et de mettre en œuvre d'un système de perception bio-inspiré basé sur l'attention visuelle et auditive. Les principales contributions de cette thèse concernent la saillance auditive associée à une identification des sons et bruits environnementaux ainsi que la saillance visuelle associée à une reconnaissance d'objets pertinents. La saillance du signal sonore est calculée en fusionnant des informations extraites des représentations temporelles et spectrales du signal acoustique avec une carte de saillance visuelle du spectrogramme du signal concerné. Le système de perception visuelle est quant à lui composé de deux mécanismes distincts. Le premier se base sur des méthodes de saillance visuelle et le deuxième permet d'identifier l'objet en premier plan. D'autre part, l'originalité de notre approche est qu'elle permet d'évaluer la cohérence des observations en fusionnant les informations extraites des signaux auditifs et visuels perçus. Les résultats expérimentaux ont permis de confirmer l'intérêt des méthodes utilisées dans le cadre de l'identification de scènes pertinentes dans un environnement complexe / The main goal of these researches is the design of one artificial perception system allowing to identify events or scenes in a complex environment. The work carried out during this thesis focused on the study and the conception of a bio-inspired perception system based on the both visual and auditory saliency. The main contributions of this thesis are auditory saliency with sound recognition and visual saliency with object recognition. The auditory saliency is computed by merging information from the both temporal and spectral signals with a saliency map of a spectrogram. The visual perception system is based on visual saliency and recognition of foreground object. In addition, the originality of the proposed approach is the possibility to do an evaluation of the coherence between visual and auditory observations using the obtained information from the features extracted from both visual and auditory patters. The experimental results have proven the interest of this method in the framework of scene identification in a complex environment

L'objectif du problème appelé "Ontology-based data access" (OBDA) est d'améliorer la réponse à des requêtes en prenant en compte des connaissances d'ordre général durant l'évaluation des requêtes. Ces connaissances générales sont représentées à l'aide d'une ontologie, qui est exprimée dans cette thèse grâce à des formules logiques du premier ordre, appelées règles existentielles, et aussi connues sous le nom de "tuple-generating dependencies" et Datalog+/-. L'expressivité des formules utilisées est telle que l'évaluation de requêtes devient un problème indécidable, et cela a conduit la communauté à définir de nombreux cas décidables, c'est-à-dire des restrictions sur les ensembles de règles existentielles considérés. La contribution de cette thèse est double : tout d'abord, nous proposons une vue unifiée sur une grande fraction des cas décidables connus, et fournissons par là même une analyse de complexité et un algorithme optimal dans le pire des cas. Nous considérons également l'approche couramment utilisée de réécriture de requêtes, et proposons un algorithme générique qui permet de surmonter certaines causes évidentes d'explosion combinatoire qui rendent les approches classiques pratiquement inapplicables.

Nous proposons dans ce travail une étude de la fusion de connaissances et ses applications aux relevés de fouilles archéologiques sous‐marines. Le cadre de ce travail est la mesure fondée sur la connaissance, pouvant être décrite comme la synthèse entre des modèles théoriques élaborés par des experts du domaine étudié et d'un ensemble d'observations effectuées sur les objets à relever. Lors de l'étude d'un site archéologique, les relevés peuvent être effectués par des opérateurs différents et à des moments différents. Cette multiplication des observations induit des risques d'incohérence lors de l'agrégation de tous les résultats (objets mesurés deux fois, objets mal identifiés, ...). La construction d'un résultat final nécessite la mise en place d'un processus de fusion piloté par le responsable de l'étude. Un tel pilotage doit être automatisé tout en laissant à l'opérateur le choix des méthodes de rétablissement de la cohérence. Ce travail est divisé en trois parties : une étude théorique des méthodes de fusion connues, la mise en place de méthodes de fusion dans le cadre de la mesure fondée sur la connaissance et l'expérimentation des solutions proposées lors de relevés dans des applications grandeur nature. Dans la première partie, nous proposons une étude théorique des techniques de fusion de croyances existantes et nous proposons un nouveau cadre de fusion réversible permettant d'exprimer de manière équivalente ces méthodes de fusion d'un point de vue sémantique et syntaxique. Ce cadre est basé sur des pondérations par des polynômes qui permettent de représenter à la fois les priorités entre les croyances mais aussi l'historique des changements de ces priorités. Dans la deuxième partie, nous détaillons la mesure fondée sur la connaissance en décrivant une représentation des connaissances basée sur la notion d'entité. Cette représentation est exprimée dans le modèle Objet ainsi que sous forme semi‐structurée en XML. Nous proposons ensuite des techniques de fusion adaptées à cette représentation. Ces techniques sont basées sur la logique propositionnelle et la logique des prédicats instanciés. Des algorithmes de fusion sont décrits et étudiés. Dans la dernière partie, nous présentons les expérimentations des techniques de fusion mises en place. Nous proposons une description des outils développés et utilisés dans le cadre du projet Européen VENUS (http://www.venus‐project.eu) mais aussi leurs extensions à l'archéologie du bâti et à la biologie sous‐marine.

Ce texte a comme sujet la confluence entre la création musicale et les sciences cognitives. Le but principal du travail a été de faire de la reconnaissance sur le terrain. Le présent texte est donc forcément incomplet, et ne servira que de point de départ pour une recherche substantielle. J’ai choisi comme thématique l’interactivité musicale, qui sera définie comme le dialogue musicien–machine. Je vais tenter d’approcher ce phénomène par multiples chemins, qui se superposent. Le thème restera au centre, et autour de lui, j’esquisserai sa relation avec plusieurs faits et phénomènes liés, en particulier : les langages naturels et formels, la question de l’interface à la création, l’intelligence artificielle, et les notions de mémoire et de sens. Ces approches mises ensemble constitueront l’étude des aspects des systèmes d’interactivité. Le vaste sujet de l’interactivité musicale est incrusté dans l’histoire de la musique d’ordinateur, une histoire qui date déjà d’un demi-siècle au moins. Par conséquent il sera nécessaire de cerner le cœur du sujet et de parcourir des cercles concentriques ou en spirale, pour gagner des connaissances qui nous permettent de comprendre mieux le phénomène. La procédure est un peu comme quand on observe une étoile avec l’œil nu : si on la regarde tout droit elle disparaît… La rétine est plus sensible à la lumière dans les côtés. Le texte est donc fatalement un collage consistant de plusieurs études d’envergure limitée. Malgré cela, il faut respecter les aspects importants propres au sujet, essayer d’esquiver le superflu et faire le plus possible de liens. La recherche est guidée par trois thématiques. Quelle est la matière, en d’autres termes, les composants et les processus qui constituent le système de proprement dit, utilisé dans la situation de performance musicale ? Deuxièmement, quelle est la relation entre recherche cognitive et outils technologiques à disposition ? Troisièmement, quelles implications est-ce que les technologies ont eues et auront d’autant plus à l’avenir sur la créativité musicale ? Depuis plusieurs années, les concepts qui sous-tiennent ce texte ont influencé mon travail de compositeur et performeur. J’ai fait des expériences en la matière au travers d’œuvres employant des dispositifs électroacoustiques de configuration variable : “Beda+” (1995), “Tusalava” (1999), “Leçons pour un apprenti sourd-muet” (1998-9), “gin/gub” (2000), “Manifest”[1] (2000), “Project Time”[2] (2001), “sxfxs” (2001), “Extra Quality” (2001-2), ”D!sturbances 350–500”[3]… Ces morceaux de musique sont nés d'une curiosité pour le fondement théorique de la cognition et le fonctionnement du cerveau humain. En particulier, je me suis consacré à analyser la situation de jeu dans laquelle a lieu un échange d’informations et d’initiatives musicales entre musicien et machine, qui agissent sur un degré équivalent de participation dans un système complexe. J’éprouve que cette situation ludique peut également servir d’outil de recherche ; elle est un peu comme un laboratoire, ou un banc d’essai, pour tester des hypothèses, qu’elles soient des propos limités à la musique, ou bien plus étendues, élargissant vers des terrains inhabituels. Étant compositeur, j’ai essayé de rendre l’étude ni trop limitée, ni strictement descriptive. J’ai ressenti le besoin d’analyser des travaux contemporains, ayant des composants scientifiques : les trois projets étudiés sont effectivement en cours de développement. Il s’agissait dans cette étude de capter plutôt leur raison d’être que de montrer leurs formes respectives dans un état finalisé, qui de toute façon n’est pas leur destin. Si la musicologie se contentait de démontrer des structures dans des œuvres de répertoire connues depuis longtemps, ou si elle s’enfermait dans un académisme technocrate développant des modèles n’expliquant que des choses qui sont évidentes pour les musiciens, alors elle souffrirait d’anémie. En proposant une hypothèse, elle doit comporter des aspects prédictifs. Ce serait encore mieux si des modèles développés en support à l’hypothèse étaient facilement accessibles et pouvaient servir au développement de nouveaux outils innovants. Cela est souhaitable, non seulement pour stimuler la production créative, mais également pour aider à mieux comprendre le fonctionnement de la créativité lui-même. L’activité musicale, au sens général, pour ceux qui la produisent autant que pour ceux qui l’apprécient, est un exercice essentiellement non-verbal dont le but est l’émergence d'une compréhension de la créativité humaine d’un ordre autre que verbal ou écrit. En étudiant la créativité, et surtout sa formalisation, ne risquerait-on pas de la dénaturer ? Peut-être la créativité ne risque-t-elle pas de s’effondrer dans la recherche ? Que restera-t-il de la création musicale le jour où une machine aura composé une œuvre capable d’émouvoir les auditeurs ignorant tout de son mode de fabrication ? Néanmoins, en suivant l’appel de William Faulkner, “kill your darlings”, espérons transcender la créativité telle qu’on la connaît et aller vers des pays musicaux inouïs. / <p>QC 20151217</p>

Generative models are a large class of machine learning models for unsupervised learning. They have various applications in machine learning and artificial intelligence. In this thesis, we discuss many aspects of generative models and their applications to other machine learning problems. In particular, we discuss several important topics in generative models, including how to stabilize discrete GAN training with importance sampling, how to do better sampling from GANs using a connection with energy-based models, how to better train auto-regressive models with the help of an energy-based model formulation, as well as two applications of generative models to other machine learning problems, one about residual networks, the other about safety verification. / Les modèles génératifs sont une grande classe de modèles d’apprentissage automatique pour l’apprentissage non supervisé. Ils ont diverses applications dans l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle. Dans cette thèse, nous discutons de nombreux aspects des modèles génératifs et de leurs applications à d’autres problèmes d’apprentissage automatique. En particulier, nous discutons de plusieurs sujets importants dans les modèles génératifs, y compris comment stabiliser la formation GAN discrète avec un échantillonnage d’importance, comment faire un meilleur échantillonnage à partir de GAN en utilisant une connexion avec des modèles basés sur l’énergie, comment mieux former des modèles auto-régressifs avec l’aide d’une formulation de modèle basée sur l’énergie, ainsi que deux applications de modèles génératifs à d’autres problèmes d’apprentissage automatique, l’une sur les réseaux résiduels, l’autre sur la vérification de la sécurité.