Le travail présenté dans cette thèse vise à étudier la coordination entre gestes manuels et parole lors de la production d'énoncés multimodaux. Les études menées s'intéressent plus particulièrement aux relations temporelles entre les deux modalités. Cette coordination a été étudiée plus précisément dans le cadre de la désignation qui est réalisable à la fois dans la modalité manuelle (geste de pointage) et dans la modalité parole (" montrer avec la voix ", en utilisant la focalisation et/ou les démonstratifs par exemple). Les études présentées ont été menées dans un environnement contrôlé de laboratoire afin d'obtenir des mesures précises et reproductibles en minimisant les facteurs extérieurs de variations intra- et inter-participants. Les productions des locuteurs peuvent ainsi être comparées entre-elles en se focalisant sur les facteurs d'intérêt toutes choses maintenues le plus possible égales par ailleurs. Un travail particulier de mise en place des protocoles a néanmoins permis de maintenir une tâche assez naturelle afin de ne pas induire des productions trop artificielles. Les deux premières études se sont intéressées à la production conjointe de gestes manuels et de parole contenant de la focalisation. Plusieurs types de gestes ont été comparés (geste de pointage, geste de battement et geste d'appui sur un bouton) lors d'une tâche de désignation. Il a été montré que la production de focalisation attire le geste manuel quel que soit son type mais que l'attraction est plus " précise " et fine pour le pointage. Par ailleurs, l'apex du geste de pointage semble être cooccurent à une cible articulatoire plutôt qu'acoustique. La seconde étude manipule le lien de désignation le geste de pointage et la parole. Elle montre, en exhibant deux stratégies adoptées par les participants, la complexité des mécanismes mis en jeu dans cette coordination. Finalement, une troisième étude s'intéresse à la coordination dans une tâche interactive et collaborative plus naturelle. Dans cette tâche les locuteurs utilisent naturellement des gestes de pointage pour désigner à leur interlocuteur l'emplacement d'une carte à poser grâce à une phrase porteuse contenant un démonstratif. Les résultats montrent une cooccurrence de la partie du geste qui montre avec l'information qui lui est complémentaire en parole, i.e. avec le nom de l'objet à poser à l'endroit désigné par le geste de pointage, plutôt qu'avec la partie de la parole qui désigne, i.e. le démonstratif. L'effet de la perturbation de l'interaction par un bruit ambiant est également testé et il est montré que, si la parole subit un effet Lombard classique, la production de gestes est peu modifiée mis à part une adaptation de la durée de la partie du geste qui montre à l'allongement de la parole. Ce mémoire propose par ailleurs une exploration des procédés d'annotation multimodaux mis en place pour l'annotation de tâches semi-contrôlées mais applicables à des cas plus généraux. Le manuscrit se conclut par une mise en perspective des résultats pour l'amélioration de certains modèles de production conjointe gestes manuels/parole et fournit quelques pistes utilisables dans le domaine des agents conversationnels ainsi que pour la détection de pathologies.

Le travail présenté dans cette thèse vise à étudier la coordination entre gestes manuels et parole lors de la production d'énoncés multimodaux. Les études menées s'intéressent plus particulièrement aux relations temporelles entre les deux modalités. Cette coordination a été étudiée plus précisément dans le cadre de la désignation qui est réalisable à la fois dans la modalité manuelle (geste de pointage) et dans la modalité parole (« montrer avec la voix », en utilisant la focalisation et/ou les démonstratifs par exemple). Les études présentées ont été menées dans un environnement contrôlé de laboratoire afin d'obtenir des mesures précises et reproductibles en minimisant les facteurs extérieurs de variations intra- et inter-participants. Les productions des locuteurs peuvent ainsi être comparées entre-elles en se focalisant sur les facteurs d'intérêt toutes choses maintenues le plus possible égales par ailleurs. Un travail particulier de mise en place des protocoles a néanmoins permis de maintenir une tâche assez naturelle afin de ne pas induire des productions trop artificielles. Les deux premières études se sont intéressées à la production conjointe de gestes manuels et de parole contenant de la focalisation. Plusieurs types de gestes ont été comparés (geste de pointage, geste de battement et geste d'appui sur un bouton) lors d'une tâche de désignation. Il a été montré que la production de focalisation attire le geste manuel quel que soit son type mais que l'attraction est plus « précise » et fine pour le pointage. Par ailleurs, l'apex du geste de pointage semble être cooccurent à une cible articulatoire plutôt qu'acoustique. La seconde étude manipule le lien de désignation le geste de pointage et la parole. Elle montre, en exhibant deux stratégies adoptées par les participants, la complexité des mécanismes mis en jeu dans cette coordination. Finalement, une troisième étude s'intéresse à la coordination dans une tâche interactive et collaborative plus naturelle. Dans cette tâche les locuteurs utilisent naturellement des gestes de pointage pour désigner à leur interlocuteur l'emplacement d'une carte à poser grâce à une phrase porteuse contenant un démonstratif. Les résultats montrent une cooccurrence de la partie du geste qui montre avec l'information qui lui est complémentaire en parole, i.e. avec le nom de l'objet à poser à l'endroit désigné par le geste de pointage, plutôt qu'avec la partie de la parole qui désigne, i.e. le démonstratif. L'effet de la perturbation de l'interaction par un bruit ambiant est également testé et il est montré que, si la parole subit un effet Lombard classique, la production de gestes est peu modifiée mis à part une adaptation de la durée de la partie du geste qui montre à l'allongement de la parole. Ce mémoire propose par ailleurs une exploration des procédés d'annotation multimodaux mis en place pour l'annotation de tâches semi-contrôlées mais applicables à des cas plus généraux. Le manuscrit se conclut par une mise en perspective des résultats pour l'amélioration de certains modèles de production conjointe gestes manuels/parole et fournit quelques pistes utilisables dans le domaine des agents conversationnels ainsi que pour la détection de pathologies. / The work synthesized in this thesis aims at studying the coordination between manual gestures and speech during multimodal utterances production. More precisely, the temporal relationship between the two modalities is considered. The coordination is studied in a designation framework since designating is possible both manually (pointing gesture) and using speech (one can "show with the voice" using focus and/or demonstratives for example). All the studies presented in this work are done in a lab setting thus allowing to get precise and reproducible measurements while minimizing potential external sources of variation (either between or within participants). Participants' productions were then compared to each other focusing on factors of interest while keeping other sources of variation as low as possible. A part of the work consisted in designing rather natural experimental protocols so as to ensure productions were not too artificial. The first two experiments studied to co-production of manual gestures and speech containing a focused part. Different types of gestures were compared (pointing gesture, beat, button-push) in a designation task. It has been shown that producing focus did temporally attract manual gesture whichever its type but that this attraction was finer and less variable for pointing gesture. Another interesting finding was that the apex of pointing gesture seems to be cooccurring with articulatory targets rather than acoustic ones. The second study manipulates the designation link between manual gestures and speech. By showing that participants can be split up into two groups using different multimodal coordination strategies, it put forward the complexity of underlying mechanisms of this coordination. The last experiment focuses on the coordination in a more natural interactive and collaborative task. In this task, participants used pointing gestures as a natural way to show where a card should be placed on a playing board. They also produced accompanying sentences containing demonstratives. Results show a co-ocurrence of the part of the gesture that shows and with the complementary information in speech (ie. the name of the object to be placed at the spot pointed at by the manual gesture) rather than with the part of speech that shows (ie. demonstrative). The influence of impairing interaction by broadcasting a surrounding noise is also an issue which is addressed. However speech production shows a classical Lombard effect, the production of manual gesture undergoes only slight changes: mainly, the part of the manual gesture that shows lasts longer and this lengthening is related to the lengthening observed in speech. The work presented in this manuscript moreover put forward a systematic way of labeling semi-constrained interactive tasks which can be generalized. The conclusion puts in perspective the results so as to improve some manual gestures/speech co-production models and indicates paths for reflection about embodied conversational agents and early detection of pathological cases.

Les théories sur le soi ont postulé que celui-ci serait ancré dans le suivi des signaux viscéraux par le cerveau. Cependant, peu de preuves expérimentales soutiennent ce postulat. L’objectif de cette thèse était de tester si on peut trouver un lien entre couplage cœur-cerveau et soi. Nous avons opérationnalisé le concept de soi en définissant deux dimensions: le «Je», expérientiel, et le «Moi», introspectif.Nous avons d’abord montré, en magnétoencéphalographie, que le rapport au soi des pensées spontanées est encodé dans l’amplitude des réponses évoquées aux battements cardiaques (heartbeat-evoked responses, HERs), dans les régions médiales du réseau du mode par défaut. Les HERs dans le cortex cingulaire postérieur et precuneus ventral encodent le «Je», alors que la dimension «Moi» est associée à des HERs dans le cortex préfrontal ventromédian. De plus, ces résultats sont spécifiques de chacune des dimensions du soi.Nous avons ensuite étendu ces résultats à l’aide d’enregistrements intracérébraux. Nous avons montré une covariation entre l’amplitude des HERs et le rapport au soi des pensées, essai par essai. Une analyse de l’insula antérieure droite a démontré que les HERs dans cette région sont modulés par la dimension «Je».Dans une tâche d’imagination, nous avons trouvé que dans les régions motrices médiales et le cortex préfrontal ventromédian, l’amplitude des HERs varie en fonction de la personne imaginée, soi-même ou un ami.Les signaux cardiaques pourraient donc contribuer à l’établissement d’un référentiel centré sur le corps, utilisé par le cerveau pour attribuer un «label soi» aux pensées. Ceci pourrait constituer un mécanisme pour l’implémentation du soi. / The self has been hypothesized to be anchored in the neural monitoring of visceral signals; yet experimental evidence is scarce. The goal of this thesis was to address this question, by testing whether we could find a link between heart-brain coupling and the self. We operationalized the concept of self by defining two self-dimensions: the experiential “I” and the introspective “Me”. We showed in a first magnetoencephalography (MEG) experiment, that the self-relatedness of spontaneous thoughts was encoded in the amplitude of heartbeat-evoked responses (HERs), in midline regions of the default-network. HERs in the posterior cingulate cortex / ventral precuneus encoded the “I” dimension, whereas the “Me” dimension was associated with HERs in the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC). In addition, these results were specific to each self-dimension.In a second study, we extended these results using intracranial recordings and new analyses of the MEG data. Here, HER amplitude co-varied with the self-relatedness of spontaneous thoughts, at the single trial level. Moreover, an analysis of the right anterior insula showed that HERs in this region were also associated with the “I”. A third study aimed at testing these results in the context of oriented thoughts, in an imagination task. We found that HER amplitude in medial motor regions (anterior precuneus, mid-cingulate and supplementary motor area), and vmPFC, varied depending on whether the self or a friend was being imagined. Cardiac signals could contribute to a body-centered reference frame, to which the brain would refer to in order to tag thoughts as being self-related. This could be a mechanism for implementing the self.

Les activités liées au développement d’objets connectés munis d’intelligence embarquée ont connu un essor considérable ces dernières années, en particulier pour les applications médicales. Dans ce contexte, une course effrénée s’est engagée entre les pionniers de l’IoT afin d’offrir des produits toujours plus performants. Smartphones, bracelets ou textile intelligent, tous intègrent un panel de capteurs multifonctionnels. Il est envisageable alors d’implémenter dans ces produits des solutions permettant de mesurer les signaux physiologiques en continu. En effet, ces signaux émis par le corps humain représentent une source riche d’informations que peut exploiter le corps médical pour le diagnostic ou la prévention d’une pathologie. Les maladies cardiovasculaires, étant la première cause de mortalité dans le monde, le diagnostic précoce de ces maladies est important et des solutions peuvent être apportées par les nouvelles technologies. Ainsi, les pathologies liées aux troubles du rythme cardiaque peuvent être décelées par une analyse inter-battements cardiaques en continu. En effet, l’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque représente un indicateur pertinent sur le fonctionnement cardiovasculaire. Or, cette pertinence dépend en grande partie de l’intelligibilité de l’information mesurée. La pertinence des algorithmes utilisés n’ayant pas été étudiée dans la littérature en fonction du niveau de bruit, la détection des battements cardiaques constitue donc un défi de taille lorsque celle-ci est effectuée en environnement non-maitrisé à partir de dispositifs embarqués et ce travail de thèse a essayé d’apporter des réponses concrètes à cette problématique. / Activities related to the development of connected objects with on-board intelligence have undergone considerable growth in recent years, especially for medical applications. In this context, a frantic race has begun between the pioneers of the IoT in order to offer ever moreefficient and intelligent products. Smartphones, wristbands or smart textiles all incorporate a panel of multifunctional sensors. According to the predictions of the Allied Market Research, the annual growth rate for sensors will reach 11.3% by 2022. The vital signs emitted by thehuman body represent a rich source of information that can be exploited by the medical corps for the diagnosis or prevention of a pathology of interest. Cardiovascular disease, being the second cause of death in the world, reminds us of the importance of a rigorous diagnosis.Pathologies related to heart rhythm disorders are generally detected by cardiac cross-heartbeat analysis. The detection of these beats is one of the most important axes of research in the field of electrocardiogram treatment. Indeed, the analysis of heart rate variability is a relevantindicator of cardiovascular functioning. This relevance depends, in large part, on the intelligibility of the measured information and the signal-to-noise ratio of the parameter of interest. The detection of heartbeats is a daunting challenge when it is carried out from onboarddevices especially in noisy environments.

Ce mémoire décrit plusieurs expériences pour lesquelles la quantification du champ électromagnétique joue un rôle essentiel dans la description théorique et la compréhension physique des phénomènes observés. En particulier, la nécessité de cette quantification apparaît à travers la mise en évidence d'un état d'un champ très proche d'un état de Fock, dans lequel un seul quantum est excité (état à un seul photon). Un état à un seul photon peut être caractérisé en utilisant deux photomultiplicateurs placés de part et d'autre d'une lame semi-réfléchissante : la probabilité d'observer deux photodétections pendant un temps w doit être beaucoup plus petite que le produit des probabilités de photodétections simples pendant le même temps. Cette propriété "non-classique", que nous désignons par le terme d'anticorrélation, est mise en évidence expérimentalement pour une cascade radiative du Calcium, en utilisant des techniques de comptages rapides. Nous avons ensuite réalisé une expérience d'interférences, avec la lumière ayant permis d'observer l'effet d'anticorrélation. En utilisant un interféromètre de Mach-Zehnder réglé au voisinage de la teinte plate, le contraste mesuré des franges d'interférences a été supérieur à 98%, en parfait accord avec les performances calculées de l'interféromètre. Nous présentons enfin deux autres expériences, qui illustrent de façon plus générale la notion d'interférence à un photon : une expérience de battements quantiques dans une cascade radiative excitée de façon continue, et un effet d'interférence apparaissant dans la fluorescence d'un système de deux atomes, obtenus par photodissociation d'une molécule Ca2 par une impulsion laser.

Une interaction entre une onde de choc oblique et une couche limite turbulente sur plaque plane, à un nombre de Mach de 2.3 a été étudiée expérimentalement.<br />Ces interactions, pour des ondes de choc assez fortes, engendrent le décollement et le recollement de la couche limite, et sont le siège d'instationnarités basses fréquences dont les origines sont mal connues. Ces instationnarités ont été caractérisées expérimentalement en partie dans des travaux précédents, et des similarités entre l'interaction étudiée ici et d'autres configurations d'interactions ainsi qu'avec les décollements de couche limite subsonique ont été mis en évidence, suggérant que les mécanismes responsables des instationnarités sont de même nature.<br />Pour ces travaux, la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV) a été utilisée afin de décrire spatialement l'organisation longitudinale et transversale de cette interaction. L'exploitation des mesures a mis en évidence un lien statistique fort entre les mouvements basses fréquences du choc réfléchi et les contractions/dilatations successives du bulbe décollé. L'interprétation proposée est que les grands mouvements du choc sont liés aux pulsations basses fréquences du décollement, associées à sa réalimentation intermittente en air frais.<br />Un modèle aérodynamique en a été déduit et permet de préciser les principaux paramètres contrôlant l'échelle de temps du phénomène. En particulier, il permet de déterminer la fréquence des battements du choc. Ce modèle a été appliqué aux interactions sur plaques planes ainsi que pour d'autres configurations expérimentales, pour un éventail de nombres de Mach allant de M=0 à 5, et montre un bon accord avec les mesures.

Ce travail concerne tout d'abord deux techniques originales de caractérisation monocoup d'impulsions lumineuses brèves. un autocorrélateur à deux photons à fibre optique à coeur liquide fluorescent est tout d'abord présenté. La seconde méthode, nommée SPIRIT, s'appuie sur l'interférométrie spectrale à décalage résolue temporellement sans référence. Elle met en oeuvre une étape interférométrique suivie d'une étape non-linéaire d'échantillonnage temporel tout optique. Une évolution bi-dimensionnelle de SPIRIT profitant des dimensions spectrale et temporelle et également démontrée.<br />La seconde partie de ce travail concerne une technique d'acheminement d'impulsions femtosecondes énergétiques par fibre optique en vue d'une application à l'endomicroscopie non-linéaire. La mise en forme temporelle et spectrale du signal permet de pré-compenser la dipersion chromatique et l'automodulation de phase se produisant dans la fibre endoscopique constituée d'un faisceau de milliers de fibres optiques. L'endomicroscope non-linéaire a permis l'enregistrement d'images bi-photoniques de cellules de colon humain pour une puissance moyenne faible.

Nous développons un mécanisme robuste et réaliste pour la génération de photons uniques indiscernables avec des impulsions de fréquence et de polarisation identiques. Ils sont produits à la demande à partir d'un système couplé atome- cavité double-Raman en interaction avec une séquence d'impulsions laser de pompe. Ce processus combine un rendement élevé, la capacité de produire une séquence d'impulsions de photons uniques à bande étroite avec un retard déterminé seulement par le taux de répétition de la pompe, avec la simplicité du système libre de complications comme le repompage et le déphasage de l'environnement.Nous proposons et analysons un schéma simple de conversion paramétrique de fréquence pour l'information quantique optique dans des ensembles atomiques froids. Ses propriétés remarquables sont des pertes réduites, une distorsion de la forme des impulsions minimale, ainsi que la persistance de la cohérence quantique et de l’intrication. Une conversion efficace de fréquence entre les différentes régions spectrales est montrée. Une méthode de génération d’états caractérisant des photons uniques intriqués en fréquence est discutée.Nous proposons un mécanisme robuste et simple d'excitation cohérente de molécules et d’atomes en une superposition d'états pré-sélectionnés par un train d'impulsions laser femtoseconde, combinée avec un champ de couplage à largeur de bande étroite.La théorie des battements quantiques pour la génération du rayonnement ultra-violet par mélange à quatre ondes dans des expériences pompe-sonde est développée. Les résultats sont en bon accord avec les données expérimentales observées dans la vapeur de Rb lorsque les fluctuations de phase laser sont importantes. / We develop a robust and realistic mechanism for the generation of indistinguishable single-photon (SP) pulses with identical frequency and polarization. They are produced on demand from a coupled double-Raman atom-cavity system driven by a sequence of laser pump pulses. This scheme features a high efficiency, the ability to produce a sequence of narrow-band SP pulses with a delay determined only by the pump repetition rate, and simplicity of the system free from complications such as repumping process and environmental dephasing. We propose and analyze a simple scheme of parametric frequency conversion for optical quantum information in cold atomic ensembles. Its remarkable properties are minimal losses and distortion of the pulse shape, and the persistence of quantum coherence and entanglement. Efficient conversion of frequency between different spectral regions is shown. A method for the generation of frequency-entangled single photon states is discussed. We suggest a robust and simple mechanism for the coherent excitation of molecules or atoms to a superposition of pre-selected states by a train of femtosecond laser pulses, combined with narrow-band coupling field. The theory of quantum beatings in the generation of ultra-violet radiation via a four wave mixing in pump-probe experiments is developed. The results are in good agreement with experimental data observed in Rb vapor when the laser phase fluctuations are significant.