Les arythmies ventriculaires conduisant à la mort subite ont été précédemment associées àun type de cellules spécialisées, les fibres de Purkinje (FP). Elles font partie du systèmede conduction cardiaque, et possèdent un rôle majeur dans l’impulsion électrique et l’activationsynchrone des ventricules. Néanmoins, elles peuvent être impliquées dans des phénomènespro-arythmogéniques à l’origine de l’initiation ou du maintien de la fibrillation ventriculaire(FV) au sein de structures normales ou dans le cas d’un large spectre de maladies cardiaques.Cependant, les caractéristiques électrophysiologiques et structurelles des FP etles mécanismes sous-jacents des arythmies liées au Purkinje restent inconnus. Le systèmePurkinje semblerait jouer un rôle important de substrat de l’arythmie en raison de son impactsur l’hétérogénéité transmurale de repolarisation.Six études décrivant les propriétés électrophysiologiques et les propriétés macro/microstructurellesde ventricules gauches de brebis et de ventricules gauches humains ont étédéveloppées en utilisant une combinaison de méthodes classiques et innovantes.Les résultats ont permis de montrer que les FP, à travers leurs jonctions avec le myocarde,modulaient localement la durée du potentiel d'action et jouaient un rôle dans la dispersionde la repolarisation, révélant ainsi le rôle potentiel des FP dans le déclenchement etle maintien de la FV.Ce travail ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques dans le traitement préventifde l'arythmie ventriculaire afin de lutter contre la mort subite d'origine cardiaque. / Arrhythmias that lead to sudden death have previously been associated with a specializedcell type, the Purkinje fibers (PF). They form the cardiac conduction system, and have a majorrole in the electrical impulse and synchronous activation of the ventricles. However, they maybe involved in pro-arrhythmic phenomena causing the initiation or maintenance of ventricularfibrillation (VF) in structurally normal and a broad spectrum of cardiac diseases.Nevertheless, electrophysiological and structural characteristics of PF and mechanismsunderlying Purkinje-related arrhythmias are poorly understood. It is hypothesized thatthe Purkinje system plays an important role as a substrate for arrhythmias due to, in part,its impact on transmural repolarization heterogeneity.Here within are six studies describing electrophysiological and macro/micro structuralproperties of sheep and human left ventricles using a combination of conventional andinnovative methods.Results showed that PF, through junctions with the myocardium, locally modulatedthe action potential duration and played a role in the dispersion of repolarization. Therefore,revealing a potential role for PF in both, trigger and maintenance of VF.This work opens new therapeutic perspectives in preventive treatment of ventriculararrhythmia to fight against sudden cardiac death.

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La mentalisation, ou la capacité d’élaborer des hypothèses sur les états mentaux d’autrui, a fait l’objet de nombreuses études durant les 20 dernières années dans le champ des neurosciences sociales. Toutefois, les bases neurales de cette fonction particulièrement complexe restent mal comprises, notamment en termes de connectivité structurale. Récemment, une organisation anatomo-fonctionnelle en double voie a été proposée. Selon ce modèle, les aspects réflexifs, inférentiels, de la mentalisation seraient sous-tendus par le faisceau cingulaire. Les aspects préréflexifs, identificatoires, seraient médiés, quant à eux, par le complexe faisceau arqué/partie latérale du faisceau longitudinal supérieur (FLS). L’objectif général de ce travail est d’apporter des données originales sur l’organisation anatomo-fonctionnelle du réseau neural impliqué dans la mentalisation basée sur les visages. Pour ce faire, nous avons utilisé comme modèle physiopathologique d’étude le gliome diffus de bas grade. Cette tumeur cérébrale primitive s’avère particulièrement intéressante pour l’étude du rôle de la substance blanche dans la cognition et ce pour deux raisons : (i) les cellules tumorales se propagent préférentiellement le long des fibres blanches ; (ii) l’exérèse chirurgicale est souvent réalisée en condition éveillée avec cartographie fonctionnelle peropératoire pour permettre d’identifier, et ainsi de préserver, les structures fonctionnelles, notamment de substance blanche.Dans une première étude, grâce aux stimulations électriques peropératoires, nous avons pu identifier un vaste réseau cortico-sous-cortical impliqué dans la mentalisation. L’analyse des déconnexions induites par les stimulations de la substance blanche nous a permis de mettre clairement en évidence, et ce pour la première fois, le rôle du faisceau occipito-frontal inférieur (FOFI) tout en confirmant celui du FLS. Dans une deuxième étude, en utilisant des techniques de cartographie lésionnelle chez des patients ayant été opérés, nous avons démontré que les troubles permanents, non compensables, de la mentalisation étaient expliqués par l’atteinte du faisceau arqué. Enfin, dans une dernière étude, en combinant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle de repos (IRMfr) et les sites corticaux démasqués pendant la chirurgie, nous avons pu générer de véritables cartographies fonctionnelles du réseau cortical de la mentalisation, très similaires à celles observées en imagerie fonctionnelle classique.De façon générale, nos découvertes suggèrent que la mentalisation basée sur les visages reposerait sur l’intégrité d’au moins deux faisceaux associatifs de substance blanche. Elles permettent également de valider l’utilisation combinée de l’IRMfr et des stimulations corticales en tant qu’approche originale pour cartographier les réseaux neurocognitifs.En plus de ces considérations fondamentales, nos résultats ont des implications cliniques, notamment pour la cartographie fonctionnelle peropératoire. Ils permettent en outre de mieux comprendre les pathologies cérébrales caractérisées par un trouble de la mentalisation et une atteinte des voies de substance blanche. / Mentalizing, or the ability of human beings to make assumptions about other people’s mental states, has been the subject of many studies over the last 20 years. The neural bases and especially the white matter connectivity of this complex cognitive function is still poorly understood. Recently, an anatomo-functional organization into two neural pathways has been proposed. According to this model, it is assumed that the reflective, inferential aspects of mentalizing is underpinned by the cingulum. The reflexive, identificatory aspects of mentalizing are thought to be mediated, for their part, by the arcuate fascicle and the lateral part of the superior longitudinal fascicle. The main purpose of this scientific work is to provide original data on the anatomo-functional organization of the neural network involved in the face-based mentalizing. We used as a pathophysiological study model diffuse low-grade gliomas. These primary brain tumors are particularly interesting for the study of the functional role of the white matter for two reasons: (i) the tumor cells propagate preferentially along the white matter fibers; (ii) the surgical resection is often performed in awake condition with intraoperative functional mapping to identify, and thus to preserve functional structures, including the white matter.In our first study, using intraoperative electrical stimulation, we were able to identify a large cortico-subcortical mentalizing network. The analysis of the disconnections induced by the stimulation of the white matter allowed us to clearly highlight, for the first time, the role of the inferior fronto-occipital fascicle. We also confirmed the already established role of the superior longitudinal fascicle in mentalizing. In a second study, using lesion mapping analyses in patients operated on for a diffuse low-grade glioma, we demonstrated that the long-term, non-compensatory mentalizing deficit was explained by the involvement of the arcuate fascicle. Finally, in a third study combining resting-state functional MRI and the cortical sites unmasked during surgery, we were able to identify a large cortical mentalizing networks, which were very similar to those identified by classical task-based functional imaging.In general, our findings suggest that the face-based mentalizing would require the integrity of at least two associative white matter fascicles. They also validate the combined use of resting-state functional MRI and direct cortical stimulations as an original approach to map neurocognitive networks.In addition to these fundamental considerations, our results have also clinical implications, especially regarding the intraoperative functional mapping. They also provide a better understanding of brain pathologies characterized by both mentalizing deficit and white matter impairment.

Le VIH-1 bourgeonne sous forme immature et doit subir l’étape de maturation afin d’acquérir son caractère infectieux. La maturation protéolytique du précurseur Pr55Gag induit le réarrangement morphologique de la particule alors que le dimère d’ARNg acquiert une compaction optimale. Ces réarrangements conformationnels restent encore inconnus et sont facilités par l’activité chaperonne de la protéine NCp7. Notre but a été de déterminer les différentes étapes menant à l’obtention d’un dimère d’ARNg mature. Nous avons donc étudié la structure des 550 premiers nucléotides du génome par cartographie chimique, à la fois 1. in vitro en présence des protéines Pr55Gag, GagΔp6, intermédiaires contenant le domaine NC et NCp7 et 2. in viro par l’approche hSHAPE-Seq que nous avons développé. Les particules matures et bloquées aux différentes étapes de maturation de Pr55Gag ont été analysées ainsi que des particules matures et totalement immatures traitées avec l’éjecteur de zinc AT-2. Ce traitement permet d’identifier les sites de protection de Pr55Gag et NCp7 ainsi que leur activité déstabilisatrice. / The HIV-1 particle buds from the infected cell as an immature particle and has to undergo a maturation process to become infectious. Proteolytic processing of Pr55Gag triggers morphological rearrangements of the particle whereas the gRNA dimer becomes more stable. Genomic rearrangements remain poorly understood and are facilitated by the RNA chaperone activity of the NCp7 protein. Our goal was to determining the different steps leading to the formation of the mature dimeric gRNA. To this end, the structure of the first 550 nucleotides of the HIV-1 genome was assessed by chemical probing 1. in vitro with Pr55Gag, GagΔp6, NC-containing intermediates and NCp7 proteins and 2. in viro with the hSHAPE-Seq approach we developed. Wild type and mutant viruses mimicking the sequential processing of Pr55Gag were analysed, as well as immature PR- and mature particles treated with the AT-2 zinc ejector, in order to identify the Pr55Gag and NCp7 binding sites and their gRNA destabilising activity.

Les versants viticoles en Côte-d’Or (Bourgogne, France) présentent une forte diversité de sols résultant d’interactions entre des facteurs naturels et des facteurs anthropiques opérant à diverses échelles spatio-temporelles. Le sol représente un enjeu majeur en viticulture, car il détermine en partie la qualité de la production viticole. Or, il est soumis à d’importantes dégradations causées par l’érosion. Pour mieux gérer ce patrimoine sol et pérenniser la viticulture côte d’orienne, une meilleure connaissance de celui-ci est nécessaire. Ce travail a pour objectifs de caractériser les sols viticoles et d’identifier les facteurs qui contribuent à leur diversité par une approche interdisciplinaire croisant la géologie, la géomorphologie, la pédologie, l’histoire de l’occupation du sol et des pratiques. Les données ont été acquises à très haute résolution spatiale à partir de diverses méthodes d’imagerie i.e. télédétection par imagerie, géophysique de subsurface et modèle numérique de terrain. À l’échelle du versant, les cartes pédologiques produites à grande échelle permettent de discuter du modèle d’organisation des sols. À l’échelle de la parcelle, ces cartes mettent en évidence l’impact de l’homme sur la diversité des sols, par son rôle sur la structure du parcellaire et l’intensité de l’érosion notamment. La diversité des sols viticoles dépend de l’échelle spatiale à laquelle ils sont observés. À l’échelle du versant, les sols évoluent en fonction des variations du substrat géologique et de la topographie, suivant le modèle de topolithoséquence. À l’échelle de la parcelle, les variations du sol, telles que son épaisseur et son statut organique, peuvent être appréhendées, permettant d’en prédire le comportement agronomique. L’influence de l’homme se marque à la fois sur la structure du parcellaire et par les pratiques culturales anciennes et actuelles. Il participe ainsi à la construction des terroirs, à travers son action sur la diversité des sols. / The Burgundian vineyard hillslopes (Côte-d’Or, France) exhibit a high diversity of soils resulting from the combination of several natural and anthropogenic factors acting at various spatio-temporal scales. The soil types have major role in viticulture, since they partly determine wine-growing quality. However, soil undergoes important degradation caused by hydric erosion and vineyard management practices. To control this soil heritage for a sustained viticulture in Côte-d’Or, a better knowledge of soil is necessary. The objectives of this work is to characterise vineyard soils and to identify the factors governing their diversity using an interdisciplinary approach crossing geology, geomorphology, pedology and history of soil land use and vineyard management practices. Data have been acquired at a high spatial resolution from different imagery methods i.e. remote sensing, subsurface geophysics, and digital terrain model. At the hillslope scale, high resolution soil maps permit to predict soil agronomical comportment and discuss the spatial soil organisation of vineyard hillslope soils. At the plot scale, these maps highlight the human impact on soil diversity through its role on landscape structure and erosion intensity. Our work shows that the soil diversity of the vineyard hillslopes depends on the spatial scale used to analyse this diversity. At the hillslope scale, soil is gradually evolving along the slope, and is controlled by the geological substrate and topographical variations, and responds to topolithosequence model. At the plot scale, variations of soil thickness and organic status are taken into account and permit to predict soil agronomic behaviour. This soil diversity is partly related to human impact, due by both historical and present vineyard management practices. It appears that human activities have a past and present influence on the terroir construction in Côte-d’Or, through its action on soil diversity.

Notre travail de thèse vise à établir un diagnostic des potentialités scientifiques marocaines et à concevoir de nouveaux dispositifs pour la mesure, la cartographie et l’open access à la science locale.Pour bâtir des systèmes nationaux de recherche et garantir le développement socioéconomique du Maroc, les décideurs des universités ont besoin d’indicateurs d’analyse et d’évaluation de leur patrimoine scientifique. Les principales sources utilisées pour effectuer cette analyse sont les bases de données internationales « Scopus » et « Web of Science », en dépit de leurs biais d’indexation et de couverture de la science des pays du Sud. Cela induit un questionnement quant au manque hypothétique de la visibilité de la science marocaine. Ce manque de visibilité serait-il dû à la faible présence des revues nationales dans les bases de données internationales ? Ou relèverait-il de la faible qualité des publications marocaines ? La science marocaine est-elle une science à visée locale, abordant des thèmes qui ne figurent pas dans l’agenda de la science universelle ? Les apports de l’open access quant à l’augmentation de la visibilité et de l’impact de la recherche sont-ils méconnus des universitaires marocains ? La réponse à ces questions est accomplie à travers l’étude de cas de la Faculté de Médecine et de Pharmacie de Casablanca (FMPC). Elle s’articule autour de trois objectifs spécifiques : 1/ Recenser la production scientifique ; 2/ cartographier la production scientifique et explorer l’existence d’une relation entre l’indexation des publications dans les bases de données internationales et leur visibilité 3/ évaluer les comportements et les usages de l’open access par les chercheurs.Les principaux résultats de l’analyse et de la cartographie de la production scientifique de la FMPC, attestent que celle-ci jouit d’une grande visibilité à l’échelle internationale. La juxtaposition des publications nationales et internationales permet de confirmer que 70% des publications scientifiques de la FMPC sont intégrées dans les bases de données internationales et que 74.21 % de l’ensemble des articles sont publiés en anglais. Par ailleurs, on ne pourrait exclure 30% des publications nationales de l’évaluation bibliométrique au risque de biaiser les politiques scientifiques du pays.D’autres résultats de la thèse sont constitués par la mise en place du dépôt institutionnel de l’Université et du portail de revues médicales, créés afin d’assurer une large diffusion de la production des chercheurs de la FMPC et d’augmenter sa visibilité et son impact. Néanmoins, les résultats de l’enquête menée auprès des chercheurs ont montré que la principale barrière à l’adoption de l’open access est la méconnaissance des avantages des dispositifs de libre accès à l’IST quant à l’augmentation de leur impact et de leur visibilité. Les résultats de la cartographie de la FMPC et de l’étude des comportements des chercheurs à l’égard de l’open access, nous ont permis de proposer des fondements pour l’édification d’indicateurs adaptés au contexte marocain. / Our thesis aims to establish a diagnosis of Moroccan scientific potential in the medical area and to conceptualize new devices for measurement, mapping and open access to local science.To build national research systems and ensure Morocco’s socio-economic development, university decision-makers need analytic and evaluation indicators of their scientific heritage. The main sources used to perform this analysis are the international databases "Scopus" and "Web of Science", despite their biased indexing and coverage of southern countries.This impedes the accessibility and visibility of Moroccan science. A few questions then arise: is this lack of visibility due to the low presence of national journals in international databases? Is it due to the quality of Moroccan publications? Is Moroccan science locally focused, addressing themes which are not on the global agenda? Do Moroccan universities lack awareness of the contribution of open access to increasing research visibility and impact? Our case study of the Faculty of Medicine and Pharmacy of Casablanca (FMPC) is based on three specific objectives: 1/ Identifying scientific production; 2/ characterizing scientific production and exploring the existence of a relationship between the indexing of publications in international databases and their visibility and 3/ evaluating the behaviors and uses of open access by researchers.The main results of our thesis are the analysis and characterization of the scientific output of the FMPC, which is highly visible on an international scale: the juxtaposition of national and international publications confirms that 70% of the FMPC’s scientific publications are integrated into international databases and that 74.21% of all articles are published in English. Furthermore, 30% of national publications cannot be excluded from bibliometric evaluation, at the risk of biasing the country's science policies.The establishment of the University’s institutional repository and of the medical journal portal makes it possible to widely disseminate FMPC researcher production and to increase its visibility and impact. Nevertheless, the results of the survey of researchers showed that the main impediment to the adoption of open access is the lack of awareness of the benefits of STIs with regards to increasing their impact and visibility. The results of the FMPC’s science mapping and the study of researcher behavior with regard to open access have allowed us to propose bases for the definition of indicators adapted to the Moroccan context.

Dans le cadre de la robotique mobile en environnement extérieur, les concepts de localisation et de perception sont au coeur de toute réalisation. Aussi, les travaux menés au sein de cette thèse visent à rendre plus robustes des processus de localisation existants sans pour autant augmenter de manière notable leur complexité. La problématique proposée place un robot au sein d'un environnement potentiellement dangereux avec pour objectif de suivre une trajectoire établie comme sécurisée avec une carte aussi simple que possible. De plus, des contraintes fortes sont imposées tant dans la réalisation (système peu onéreux, indétectable) que dans le résultat (une exécution temps-réel et une localisation en permanence dans une tolérance de 10 cm autour de la trajectoire de référence). Le capteur extéroceptif choisi pour mener à bien ce projet est une caméra tandis que l'estimation de la pose du véhicule à chaque instant est réalisée par un filtre de Kalman dans sa version étendue. Les principaux problèmes d'estimation résident dans la non-linéarité des modèles d'observation et les contributions apportées apportent quelques solutions : - une méthode de calcul exacte de la propagation des incertitudes de l'espace monde vers l'espace capteur (caméra) ; - une méthode de détection des principaux cas de divergence du filtre de Kalman dans le calcul de la phase de mise à jour ; - une méthode de correction du gain de Kalman. Ce projet avait deux objectifs : réaliser une fonction de localisation répondant aux contraintes fortes préalablement évoquées, et permettre à un véhicule de quitter temporairement la trajectoire de référence, suite à la prise en main de l'opérateur pour ensuite reprendre le cours normal de sa mission au plus près de la trajectoire de référence. Ce deuxième volet fait intervenir un cadre plus large dans lequel il faut, en plus de la localisation, cartographier son environnement. Cette problématique, identifiée par l'acronyme SLAM (Simultaneous Localization And Mapping), fait le lien avec les deux dernières contributions de ces travaux de thèse : - une méthode d'initialisation des points qui constitueront la carte SLAM ; - une méthode pour maintenir la cohérence entre la carte de référence et la carte SLAM. Des résultats sur des données réelles, étayant chacune des contributions, sont présentés et illustrent la réalisation des deux principaux objectifs. / In the context of outdoor mobile robotics, concepts of localization and perception are central to any achievement. Also, the work in this thesis improves an existing localization process more robust without signicantly increasing their complexity. The proposed problematic addresses a robot in a potentially dangerous field with the aim to follow a path established as safe with a map as simple as possible. In addition, strong constraints are imposed as in the realization (inexpensive system, undetectable) as in the result (a real-time process execution and a localization continuously within a tolerance of 10 cm closed to the reference trajectory). The exteroceptive sensor chosen to carry this project is a camera while the pose estimation of the vehicle at each moment is achieved with an Extended Kalman filter. The main estimation problems are due to the non-linearity of the models and contributions provide some solutions : - an exact calculation method of the propagation of uncertainties in space world into space sensor (camera) ; - a method to detect the main event of a divergence of the update step of the Kalman filter ; - a method to correct the Kalman gain. This project had two objectives : to achieve a localization function with respect to strong constraints previously mentioned, and allow a vehicle to leave temporarily the reference trajectory, while the operator modify the robot trajectory and then resume the normal course of its mission to the reference path. This second part involves a broader context in which it is necessary, in addition to the localization, to map the environment. This problem, identifed by the acronym SLAM (Simultaneous Localization And Mapping), made the connection with the last two contributions of this thesis work : - an initialization method of the points which will constitute the SLAM map ; - a method to maintain consistency between the reference map and the SLAM map. Results on real data, supporting each contribution, are presented and illustrate the realization of the two main objectives.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse s’inscrivent dans la problématique de localisation en temps réel d’une caméra par vision monoculaire. Dans la littérature, il existe différentes méthodes qui peuvent être classées en trois catégories. La première catégorie de méthodes considère une caméra évoluant dans un environnement complètement inconnu (SLAM). Cette méthode réalise une reconstruction enligne de primitives observées dans des images d’une séquence vidéo et utilise cette reconstruction pour localiser la caméra. Les deux autres permettent une localisation par rapport à un objet 3D de la scène en s’appuyant sur la connaissance, a priori, d’un modèle de cet objet (suivi basé modèle). L’une utilise uniquement l’information du modèle 3D de l’objet pour localiser la caméra, l’autre peut être considérée comme l’intermédiaire entre le SLAM et le suivi basé modèle. Cette dernière méthode consiste à localiser une caméra par rapport à un objet en utilisant, d’une part, le modèle de ce dernier et d’autre part, une reconstruction en ligne des primitives de l’objet d’intérêt. Cette reconstruction peut être assimilée à une mise à jour du modèle initial (suivi basé modèle avec mise à jour). Chacune de ces méthodes possède des avantages et des inconvénients. Dans le cadre de ces travaux de thèse, nous proposons une solution unifiant l’ensemble de ces méthodes de localisation dans un unique cadre désigné sous le terme de SLAM contraint. Cette solution, qui unifie ces différentes méthodes, permet de tirer profit de leurs avantages tout en limitant leurs inconvénients respectifs. En particulier, nous considérons que la caméra évolue dans un environnement partiellement connu, c’est-à-dire pour lequel un modèle (géométrique ou photométrique) 3D d’un objet statique de la scène est disponible. L’objectif est alors d’estimer de manière précise la pose de la caméra par rapport à cet objet 3D. L’information absolue issue du modèle 3D de l’objet d’intérêt est utilisée pour améliorer la localisation de type SLAM en incluant cette information additionnelle directement dans le processus d’ajustement de faisceaux. Afin de pouvoir gérer un large panel d’objets 3D et de scènes, plusieurs types de contraintes sont proposées dans ce mémoire. Ces différentes contraintes sont regroupées en deux approches. La première permet d’unifier les méthodes SLAM et de suivi basé modèle, en contraignant le déplacement de la caméra via la projection de primitives existantes extraites du modèle 3D dans les images. La seconde unifie les méthodes SLAM et de suivi basé modèle avec mise à jour en contraignant les primitives reconstruites par le SLAM à appartenir à la surface du modèle (unification SLAM et mise à jour du modèle). Les avantages de ces différents ajustements de faisceaux contraints, en terme de précision, de stabilité de recalage et de robustesse aux occultations, sont démontrés sur un grand nombre de données de synthèse et de données réelles. Des applications temps réel de réalité augmentée sont également présentées sur différents types d’objets 3D. Ces travaux ont fait l’objet de 4 publications internationales, de 2 publications nationales et d’un dépôt de brevet. / This thesis tackles the problem of real time location of a monocular camera. In the literature, there are different methods which can be classified into three categories. The first category considers a camera moving in a completely unknown environment (SLAM). This method performs an online reconstruction of the observed primitives in the images and uses this reconstruction to estimate the location of the camera. The two other categories of methods estimate the location of the camera with respect to a 3D object in the scene. The estimation is based on an a priori knowledge of a model of the object (Model-based). One of these two methods uses only the information of the 3D model of the object to locate the camera. The other method may be considered as an intermediary between the SLAM and Model-based approaches. It consists in locating the camera with respect to the object of interest by using, on one hand the 3D model of this object, and on the other hand an online reconstruction of the primitives of the latter. This last online reconstruction can be regarded as an update of the initial 3D model (Model-based with update). Each of these methods has advantages and disadvantages. In the context of this thesis, we propose a solution in order to unify all these localization methods in a single framework referred to as the constrained SLAM, by taking parts of their benefits and limiting their disadvantages. We, particularly, consider that the camera moves in a partially known environment, i.e. for which a 3D model (geometric or photometric) of a static object in the scene is available. The objective is then to accurately estimate the pose (position and orientation) of the camera with respect to this object. The absolute information provided by the 3D model of the object is used to improve the localization of the SLAM by directly including this additional information in the bundle adjustment process. In order to manage a wide range of 3D objets and scenes, various types of constraints are proposed in this study and grouped into two approaches. The first one allows to unify the SLAM and Model-based methods by constraining the trajectory of the camera through the projection, in the images, of the 3D primitives extracted from the model. The second one unifies the SLAM and Model-based with update methods, by constraining the reconstructed 3D primitives of the object to belong to the surface of the model (unification SLAM and model update). The benefits of the constrained bundle adjustment framework in terms of accuracy, stability, robustness to occlusions, are demonstrated on synthetic and real data. Real time applications of augmented reality are also presented on different types of 3D objects. This work has been the subject of four international publications, two national publications and one patent.

La spectrométrie gamma à haute résolution offre un outil d’analyse performant pour effectuer des mesurages environnementaux. Dans le cadre de la caractérisation radiologique d’un site (naturelle ou artificielle) ainsi que pour le démantèlement d’installations nucléaires, la cartographie des radionucléides est un atout important. Le principe consiste à déplacer un spectromètre HPGe sur le site à étudier et, à partir des données nucléaires et de positionnements, d’identifier, de localiser et de quantifier les radionucléides présents dans le sol. Le développement de cet outil fait suite à une intercomparaison où un exercice orienté intervention a montré les limites des outils actuels. Une partie de ce travail s’est portée sur la représentation cartographique des données nucléaires. La connaissance des paramètres d’un spectre in situ a permis la création d’un simulateur modélisant la réponse d’un spectromètre se déplaçant au-dessus d’un sol contaminé. Ce simulateur a lui-même permis de développer les algorithmes de cartographie et de les tester dans des situations extrêmes et non réalisables. Ainsi, ce travail ouvre sur la réalisation d’un prototype viable donnant en temps réel les informations nécessaires sur l’identité et la position possible des radionucléides. La recherche réalisée sur la déconvolution des données permet de rendre en post traitement une carte de l’activité du sol par radionucléide mais également une indication sur la profondeur de la source. Le prototype nommé OSCAR (Outil Spectrométrique de Cartographie de Radionucléides) a ainsi été testé sur des sites contaminés (Suisse et Japon) et les résultats obtenus sont en accord avec des mesures de référence. / The high-resolution gamma spectrometry currently provides a powerful analytical tool for performing environmental measurements. In the context of radiological characterization of a site (natural or artificial radioactivity) and for the dismantling of nuclear installations, mapping of radionuclides is an important asset. The idea is to move a HPGe spectrometer to study the site and from nuclear and position data, to identify, to locate and to quantify the radionuclides present in the soil. The development of this tool follows an intercomparaison (ISIS 2007) where an intervention / crisis exercise showed the limits of current tools. The main part of this research project has focused on mapping of nuclear data. Knowledge of the parameters of an in situ spectrum helped to create a simulator modeling the response of a spectrometer moving over contaminated soil. The simulator itself helped to develop algorithms for mapping and to test them in extreme situations and not realizable. A large part of this research leads to the creation of a viable prototype providing real-time information concerning the identity and locality as possible radionuclides. The work performed on the deconvolution of data can make in post processing a map of the activity of radionuclide soil but also an indication of the depth distribution of the source. The prototype named OSCAR was tested on contaminated sites (Switzerland and Japan) and the results are in agreement with reference measurements.

Au XXIe siècle, la prévision de l'aléa hydrométéorologique et des impacts associés aux crues rapides demeurent un défi pour les prévisionnistes et les services de secours. Les mesures structurelles et / ou les avancées des systèmes de prévision hydrologique ne garantissent pas, à elles seules, la réduction des décès lors de ces phénomènes d'inondation rapide. La littérature souligne la nécessité d'intégrer d'autres facteurs, liés aux processus de vulnérabilité sociaux et comportementaux, afin de mieux prendre en compte les risques encourus par les populations lors de ces épisodes extrêmes. Cette dissertation conduit une analyse théorique couplés à ceux de une analyse des accidents historiques mortels afin d'expliquer les interactions qui existent entre les processus hydrométéorologiques et sociaux responsables de l'apparition de vulnérabilités humaines lors de crues rapides aux États-Unis. Des données d'enquêtes liées aux crues rapides sont examinées afin d'élaborer un système de classification des circonstances du décès (en voiture, à l'extérieur, à proximité d'un cours d'eau, dans un camping, dans un bâtiment ou en mobile-home). L'objectif est d'établir un lien entre la conception des vulnérabilités et l'estimation des pertes humaines liées à ces catastrophes naturelles. "Random forest" est utilisé et est basé sur un arbre de décision, qui permet d'évaluer la probabilité d'occurrence de décès pour une circonstance donnée en fonction d'indicateurs spatio-temporels. Un système de prévision des décès liés à l'usage de la voiture lors des crues rapides, circonstance la plus répandue, est donc proposé en s'appuyant sur les indicateurs initialement identifiés lors de l'étude théorique. Les résultats confirment que la vulnérabilité humaine et le risque associé varient de façon dynamique et infra journalière, et en fonction de la résonance spatio-temporelle entre la dynamique sociale et la dynamique d'exposition aux dangers. Par exemple, on constate que les jeunes et les personnes d'âge moyen sont plus susceptibles de se retrouver pris au piège des crues rapides particulièrement soudaines(par exemple, une durée de près de 5 heures) pendant les horaires de travail ou de loisirs en extérieur. Les personnes âgées sont quant à elles plus susceptibles de périr à l'intérieur des bâtiments, lors d'inondations plus longues, et surtout pendant la nuit lorsque les opérations de sauvetage et / ou d'évacuation sont rendues difficiles. Ces résultats mettent en évidence l'importance d'examiner la situation d'exposition aux risques en tenant compte de la vulnérabilité dynamique, plutôt que de se concentrer sur les conceptualisations génériques et statiques. Ce concept de vulnérabilité dynamique est l'objectif de modélisation développée dans cette thèse pour des vulnérabilités liés aux véhicules. À partir de l'étude de cas sur les crues rapides survenues en mai 2015, et en analysant principalement les états du Texas et de l'Oklahoma, principaux états infectés par ces évènements,le modèle montre des résultats prometteurs en termes d'identification spatio-temporelle des circonstances dangereuses. Cependant, des seuils critiques pour la prédiction des incidents liés aux véhicules doivent être étudiés plus en profondeur en intégrant des sensibilités locales non encore résolues par le modèle. Le modèle établi peut être appliqué, à une résolution journalière ou horaire, pour chaque comté du continent américain. Nous envisageons cette approche comme une première étape afin de fournir un système de prévision des crues rapides et des risques associés sur le continent américain. Il est important que la communauté scientifique spécialisée dans l'étude des crues éclairs récoltent des données à plus haute résolution lorsque ces épisodes entrainement des risques mortels, et ce afin d'appuyer la modélisation des complexités temporelles et spatiales associées aux pertes humaines causées par les futures inondations soudaines. / In the 21st century the prediction of and subsequent response to impacts due to sudden onset and localized flash flooding events remain a challenge for forecasters and emergency managers. Structural measures and/or advances in hydrological forecasting systems alone do not guarantee reduction of fatalities during short-fuse flood events. The literature highlights the need for the integration of additional factors related to social and behavioral vulnerability processes to better capture risk of people during flash floods. This dissertation conducts a theoretical analysis as well as an analysis of flash flood-specific historic fatalities to explain complex and dynamic interactions between hydrometeorological, spatial and social processes responsible for the occurrence of human life-threatening situations during the "event" phase of flash floods in the United States (U.S.). Individual-by-individual fatality records are examined in order to develop a classification system of circumstances (i.e., vehicle-related, outside/close to streams, campsite, permanent buildings, and mobile homes). The ultimate goal is to link human vulnerability conceptualizations with realistic forecasts of prominent human losses from flash flood hazards. Random forest, a well-known decision-tree based ensemble machine learning algorithm for classification is adopted to assess the likelihood of fatality occurrence for a given circumstance as a function of representative indicators at the county-level and daily or hourly time steps. Starting from the most prevalent circumstance of fatalities raised from both the literature review and the impact-based analysis, flash flood events with lethal vehicle-related accidents are the subject to predict. The findings confirm that human vulnerability and the subsequent risk to flash flooding, vary dynamically depending on the space-time resonance between that social and hazard dynamics. For example, it is found that younger and middle-aged people are more probable to get trapped from very fast flash floods (e.g., duration close to 5 hours) while participating in daytime outdoor activities (e.g., vehicle-related, recreational). In contrary, older people are more likely to perish from longer flooding inside buildings, and especially in twilight and darkness hours when rescue and/or evacuation operations are hindered. This reasoning places the importance of situational examination of dynamic vulnerability over generic and static conceptualizations, and guides the development of flash flood-specific modeling of vehicle-related human risk in this thesis. Based on the case study of May 2015 flash floods with a focus in Texas and Oklahoma, the model shows promising results in terms of identifying dangerous circumstances in space and time. Though, critical thresholds for the prediction of vehicle-related incidents need to be further investigated integrating local sensitivities, not yet captured by the model. The developed model can be applied on a daily or hourly basis for every U.S. county. We vision this approach as a first effort to provide a prediction system to support emergency preparedness and response to flash flood disasters over the conterminous U.S. It is recommended that the flash flood disaster science community and practitioners conduct data collection with more details for the life-threatening scene, and at finer resolutions to support modeling of local temporal and spatial complexities associated with human losses from flash flooding in the future.