L'électroencéphalographie (EEG) est une technique qui est couramment utilisée pour le diagnostic et le suivi de l'épilepsie. L'objectif de cette thèse consiste à fournir des algorithmes pour l'extraction, la séparation, et la localisation de sources épileptiques à partir de données EEG. D'abord, nous considérons deux étapes de prétraitement. La première étape vise à éliminer les artéfacts musculaires à l'aide de l'analyse en composantes indépendantes (ACI). Dans ce contexte, nous proposons un nouvel algorithme par déflation semi-algébrique qui extrait les sources épileptiques de manière plus efficace que les méthodes conventionnelles, ce que nous démontrons sur données EEG simulées et réelles. La deuxième étape consiste à séparer des sources corrélées. A cette fin, nous étudions des méthodes de décomposition tensorielle déterministe exploitant des données espace-temps-fréquence ou espace-temps-vecteur-d'onde. Nous comparons les deux méthodes de prétraitement à l'aide de simulations pour déterminer dans quels cas l'ACI, la décomposition tensorielle, ou une combinaison des deux approches devraient être utilisées. Ensuite, nous traitons la localisation de sources distribuées. Après avoir présenté et classifié les méthodes de l'état de l'art, nous proposons un algorithme pour la localisation de sources distribuées qui s'appuie sur les résultats du prétraitement tensoriel. L'algorithme est évalué sur données EEG simulées et réelles. En plus, nous apportons quelques améliorations à une méthode de localisation de sources basée sur la parcimonie structurée. Enfin, une étude des performances de diverses méthodes de localisation de sources est conduite sur données EEG simulées. / Electroencephalography (EEG) is a routinely used technique for the diagnosis and management of epilepsy. In this context, the objective of this thesis consists in providing algorithms for the extraction, separation, and localization of epileptic sources from the EEG recordings. In the first part of the thesis, we consider two preprocessing steps applied to raw EEG data. The first step aims at removing muscle artifacts by means of Independent Component Analysis (ICA). In this context, we propose a new semi-algebraic deflation algorithm that extracts the epileptic sources more efficiently than conventional methods as we demonstrate on simulated and real EEG data. The second step consists in separating correlated sources that can be involved in the propagation of epileptic phenomena. To this end, we explore deterministic tensor decomposition methods exploiting space-time-frequency or space-time-wave-vector data. We compare the two preprocessing methods using computer simulations to determine in which cases ICA, tensor decomposition, or a combination of both should be used. The second part of the thesis is devoted to distributed source localization techniques. After providing a survey and a classification of current state-of-the-art methods, we present an algorithm for distributed source localization that builds on the results of the tensor-based preprocessing methods. The algorithm is evaluated on simulated and real EEG data. Furthermore, we propose several improvements of a source imaging method based on structured sparsity. Finally, a comprehensive performance study of various brain source imaging methods is conducted on physiologically plausible, simulated EEG data.

Dans cette thèse, nous étudions les décompositions arborescentes qui satisfont certaines contraintes supplémentaires et nous proposons des algorithmes pour les calculer dans certaines classes de graphes. Finalement, nous résolvons des problèmes liés au routage en utilisant ces décompositions ainsi que des propriétés structurelles des graphes. Cette thèse est divisée en deux parties. Dans la première partie, nous étudions les décompositions arborescentes satisfaisant des propriétés spécifiques. Dans le Chapitre 2, nous étudions les décompositions de taille minimum, c’est-À-Dire avec un nombre minimum de sacs. Etant donné une entier k 4 fixé, nous prouvons que le problème de calculer une décomposition arborescente de largeur au plus k et de taille minimum est NP-Complet dans les graphes de largeur arborescente au plus 4. Nous décrivons ensuite des algorithmes qui calculent des décompositions de taille minimum dans certaines classes de graphes de largeur arborescente au plus 3. Ces résultats ont été présentés au workshop international ICGT 2014. Dans le Chapitre 3, nous étudions la cordalité des graphes et nous introduisons la notion de k-Good décomposition arborescente. Nous étudions tout d’abord les jeux de Gendarmes et Voleur dans les graphes sans long cycle induit. Notre résultat principal est un algorithme polynomial qui, étant donné un graphe G, soit trouve un cycle induit de longueur au moins k+1, ou calcule une k-Good décomposition de G. Ces résultats ont été publiés à la conférence internationale ICALP’12 et dans la revue internationale Algorithmica. Dans la seconde partie de la thèse, nous nous concentrons sur des problèmes de routage. / A tree decomposition of a graph is a way to represent it as a tree by preserving some connectivity properties of the initial graph. Tree decompositions have been widely studied for their algorithmic applications, in particular using dynamic programming approach. In this thesis, we study tree decompositions satisfying various constraints and design algorithms to compute them in some graph classes. We then use tree decompositions or specific graph properties to solve several problems related to routing. The thesis is divided into two parts. In the first part, we study tree decompositions satisfying some properties. In Chapter 2, we investigate minimum size tree decompositions, i.e., with minimum number of bags. Given a fixed k 4, we prove it is NP-Hard to compute a minimum size decomposition with width at most k in the class of graphs with treewidth at least 4. We design polynomial time algorithms to compute minimum size tree decompositions in some classes of graphs with treewidth at most 3 (including trees). Part of these results will be presented in ICGT 2014. In Chapter 3, we study the chordality (longest induced cycle) of graphs and introduce the notion of good tree decomposition (where each bag must satisfy some particular structure). Precisely, we study the Cops and Robber games in graphs with no long induced cycles. Our main result is the design of a polynomial-Time algorithm that either returns an induced cycle of length at least k+1 of a graph G or compute a k-Good tree decomposition of G. These results have been published in ICALP 2012 and Algorithmica. In the second part of the thesis, we focus on routing problems.

L'eutrophisation est une des principales menaces pesant sur les écosystèmes aquatiques. Cette thèse a pour objectifs de déterminer le rôle des paramètres abiotiques liés à l'eutrophisation, notamment la concentration en phosphore total, sur 1) la composition chimique des communautés végétales aquatiques, 2) leur décomposition et 3) les flux de C dans les zones humides. 1. Trois espèces aquatiques représentatives des trois stratégies adaptatives de Grime (i.e. compétitive, rudérale et stress tolérante) sont sélectionnées dans des zones humides distribuées le long d'un gradient de phosphore. Les espèces compétitives et rudérales ont une concentration en lignine significativement plus faible que l'espèce stress tolérante. Pour une même espèce, la teneur en eau augmente avec la concentration en phosphore de l'habitat et l'allocation en composés carbonés (amidon et/ou lignine) varie également significativement. 2. La composition des plantes aquatiques a un fort effet sur leur décomposition, les espèces rudérales et compétitives se décomposant plus vite, d'autant plus si elles se sont développées dans des sites riches en nutriments. 3. Dans les milieux eutrophes, les communautés végétales contribuent à l'augmentation des émissions de CH4 et diminuent les émissions de CO2 mesurées pendant la journée, probablement directement, au travers de leur qualité, de leur vitesse de décomposition, et des quantités de matières produites, et indirectement, au travers de leur position dans la lame d'eau. Le niveau d'eutrophisation des écosystèmes doit donc être pris plus explicitement en compte dans les modèles d'estimation des flux de carbone des milieux aquatiques d'eau douce / Eutrophication is a current threat for wetlands. This phD thesis aims at determining the role of the abiotic parameters of eutrophication, mainly the phosphorus content, 1) on aquatic plant quality, 2) on aquatic plant decomposition, and 3) on carbon fluxes. 1. Three aquatic plant species representative of the Grime strategies, i.e. competitive, ruderal and stress tolerant, were collected in wetlands dispatched along a phosphorus gradient. For the three species, water content of populations increased with the nutrient content of the habitat. Carbon allocation (starch and/or lignin) also varied according to habitat. 2. The three species were collected and decomposed in wetlands dispatched along a nutrient gradient. Aquatic plant quality significantly affected their decomposition, in particular the ruderal and competitive species were more rapidly decomposed when they grew in nutrient rich sites. 3. Daytime CO2 and CH4 fluxes were measured in 6 floristic zones. Daytime CO2 emissions were negatively correlated with net primary productivity and CH4 emissions were positively correlated. The abundance of floating vegetation also increased CH4 emissions probably because macroalgae and to a lower extent vascular plants with floating leaves favor anoxic conditions. Eutrophication may affect aquatic plant chemical composition and increase their decomposition rate. Moreover, in eutrophic wetlands, floating vegetation may affect carbon fluxes because of their quality, their decomposition rate and the quantities produced, and indirectly because of their location in water column. Therefore the eutrophication should be taken into account in the global C budgets of softwater ecosystems

Les aciers martensitique inoxydables à durcissement structural sont un des matériaux constitutifs des mats réacteurs d'avion. Cette pièce est soumise aussi bien à des contraintes mécaniques qu'à des contraintes thermiques. Cette dernière engendre le vieillissement de ces aciers, du fait de la présence d'une lacune de miscibilité dans le diagramme Fe-Cr. Deux mécanismes sont possibles dans cette lacune de miscibilité, la précipitation d'une phase riche en chrome α' ou une démixtion suivant un mécanisme de décomposition spinodale. Cette thématique est l'objet du projet PREVISIA financé par l'ANR, dont cette thèse fait partie. Des vieillissements ont été effectués sur l'acier 15 5 PH jusqu'à 15 000 h afin d'étudier la cinétique de vieillissement par décomposition spinodale et son effet sur les propriétés mécaniques de l'alliage en traction, résilience et ténacité. Le vieillissement de l'acier engendre ainsi un durcissement et une fragilisation de l'alliage. De plus, des analyses microstructurales ont permis de mettre en lumière les différents stades de vieillissement, qui correspondent aussi bien à la décomposition spinodale qu'à un complément de phase durcissante. La dureté permet aussi bien de suivre le niveau de vieillissement de l'acier que de déterminer les différentes phases de durcissement. L'effet d'une contrainte appliquée tout au long du vieillissement sur la cinétique de vieillissement a été étudié. Une contrainte de type traction semble ainsi augmenter pour des contraintes élevées le durcissement induit par le complément de précipitation de la phase durcissante, mais aussi accélérer le vieillissement sur les temps de vieillissement plus longs. Une analyse multi échelle est ainsi proposée afin d'expliquer ces différents résultats. / Precipitation hardened martensitic stainless steels are constitutive of aircraft pylons. During there lifetime , these parts are subjected to mechanical loading and work in temperature. This last induces embrittlement of the steels, because of the miscibility gap in the Fe-Cr phase diagram. Two mechanisms are possible to lead to the demixing of the matrix, either precipitation of α', a chromium rich phase, or spinodal decomposition mechanism. This phenomena is the topic of the project PREVISIA, funded by the ANR, this work is part of. Long term agings have been performed on 15 5 PH stainless steel up to 15 000 hours in order to study the aging kinetic and its effect on the mechanical properties in tensile, resilience and toughness. An embrittlement of the alloy is observed. Furthermore, microstructural analyses have been conducted and lead to the definition of different stages of long term aging corresponding to spinodal decomposition and complementary precipitation of hardening phase. Hardness tests is a usefull tool in order to follow the aging and to detect the different stages of aging. The effect of a stress applied during the long term aging has been studied. A tensile stress seems to have an influence on the complementary precipitation of the hardening phase and to increase the rate of hardening. A multi-scale analysise is proposed in order to explain all these results.

L’électroencéphalographie permet de mesurer l’activité du cerveau à partir des variations du champ électrique à la surface du crâne. Cette mesure est utilisée pour le diagnostic médical, la compréhension du fonctionnement du cerveau ou dans les systèmes d’interface cerveau-machine. De nombreux travaux se sont attachés au développement de méthodes d’analyse de ces signaux en vue d’en extraire différentes composantes d’intérêt, néanmoins leur traitement pose encore de nombreux problèmes. Cette thèse s’intéresse à la mise en place de méthodes permettant l’obtention de représentations redondantes pour ces signaux. Ces représentations se sont avérées particulièrement efficaces ces dernières années pour la description de nombreuses classes de signaux grâce à leur grande flexibilité. L’obtention de telles représentations pour les mesures EEG présente certaines difficultés du fait d’un faible rapport signal à bruit des composantes recherchées. Nous proposons dans cette thèse de les surmonter en guidant les méthodes considérées vers des représentations physiologiquement plausibles des signaux EEG à l’aide de régularisations. Ces dernières sont construites à partir de connaissances a priori sur les propriétés spatiales et temporelles de ces signaux. Pour chacune d’entre elles, des algorithmes sont proposés afin de résoudre les problèmes d’optimisation associés à l’obtention de ces représentations. L’évaluation des approches proposées sur des signaux EEG souligne l’efficacité des régularisations proposées et l’intérêt des représentations obtenues. / The electroencephalography measures the brain activity by recording variations of the electric field on the surface of the skull. This measurement is usefull in various applications like medical diagnosis, analysis of brain functionning or whithin brain-computer interfaces. Numerous studies have tried to develop methods for analyzing these signals in order to extract various components of interest, however, none of them allows to extract them with sufficient reliabilty. This thesis focuses on the development of approaches considering redundant (overcomoplete) representations for these signals. During the last years, these representations have been shown particularly efficient to describe various classes of signals due to their flexibility. Obtaining such representations for EEG presents some difficuties due to the low signal-to-noise ratio of these signals. We propose in this study to overcome them by guiding the methods considered to physiologically plausible representations thanks to well-suited regularizations. These regularizations are built from prior knowledge about the spatial and temporal properties of these signals. For each regularization, an algorithm is proposed to solve the optimization problem allowing to obtain the targeted representations. The evaluation of the proposed EEG signals approaches highlights their effectiveness in representing them.

On considère l'écoulement non stationnaire d'un fluide visqueux à l'intérieur d'un tube mince à parois élastiques. Le problème dépend de deux paramètres Ɛ qui mesure le rapport entre le diamètre et la longueur du tube, ainsi que ƴ qui mesure la rigidité des parois. Ce développement est justifié par des estimations d'erreur et des estimations a priori. Les termes principaux de la solution asymptotique sont comparés à ceux de la solution d'un écoulement de Poiseuille dans un tube à parois rigides. Dans le cas critique ƴ=3, pour le déplacement, on obtient une équation différentielle non classique du sixième ordre. L'idée principale de la M.A.P.D.D. consiste à construire une solution asymptotique pour le problème d'écoulement afin de décrire et de justifier l'application de la M.A.P.D.D. Cette analyse confirme la localisation des effets de couches limites au voisinage des zones de transition ainsi que la convergence de la solution asymptotique vers une solution à l'intérieur des tubes. La justification numérique proposée ici, est l'application de cette méthode pour simuler un procédé d'écoulement non newtonien. En effet, la méthode consiste à résoudre le problème initial d'écoulement sur une petite partie du domaine (correspondant généralement à un voisinage ou les couches limites apparaissent) et de simplifier le problème sur un sous domaine en utilisant la forme particulière de la solution asymptotique / We consider the nonstationary flow of a viscous fluid inside a thin tube with elastic walls. The problem depends on two parameters Ɛ which measures the ratio between the diameter and length of the tube, and ƴ which measures the stiffness of the walls. This development is justified by estimates of error and a priori estimates. The principal terms of the asymptotic solution are compared with the solution of a Poiseuille flow in a tube with rigid walls. In the critical case ƴ = 3 for the displacement, we obtain a differential equation of sixth order non-classical. The main idea of the M.A.P.D.D. is to construct an asymptotic solution to the problem of flow to describe and justify the application of M.A.P.D.D. This analysis confirms the location of boundary layer effects near the transition zones and the convergence of the asymptotic solution to a solution inside the tubes. The proposed numerical justification here is the application of this method to simulate a process of non-Newtonian flow. Indeed, the method is to solve the initial problem of flow over a small part of the domain (generally corresponding to a neighborhood or boundary layers appear) and simplify the problem on a subdomain using the particular form of the asymptotic solution

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L'objectif de cette thèse est de concevoir des méthodes de décomposition de domaine qui sont robustes même pour les problèmes difficiles auxquels on est confronté lorsqu'on simule des objets industriels ou qui existent dans la nature. Par exemple une difficulté à laquelle est confronté Michelin et que les pneus sont constitués de matériaux avec des lois de comportement très différentes (caoutchouc et acier). Ceci induit un ralentissement de la convergence des méthodes de décomposition de domaine classiques dès que la partition en sous domaines ne tient pas compte des hétérogénéités. Pour trois méthodes de décomposition de domaine (Schwarz Additif, BDD et FETI) nous avons prouvé qu¿en résolvant des problèmes aux valeurs propres généralisés dans chacun des sous domaines on peut identifier automatiquement quels sont les modes responsables de la convergence lente. En d¿autres termes on divise le problème de départ en deux : une partie où on peut montrer que la méthode de décomposition de domaine va converger et une seconde où on ne peut pas. L¿idée finale est d¿appliquer des projections pour résoudre ces deux problèmes indépendemment (c¿est la déflation) : au premier on applique la méthode de décomposition de domaine et sur le second (qu¿on appelle le problème grossier) on utilise un solveur direct qu¿on sait être robuste. Nous garantissons théorétiquement que le solveur à deux niveaux qui résulte de ces choix est robuste. Un autre atout de nos algorithmes est qu¿il peuvent être implémentés en boite noire ce qui veut dire que les matériaux hétérogènes ne sont qu¿un exemple des difficultés qu¿ils peuvent contourner / The objective of this thesis is to design domain decomposition methods which are robust even for hard problems that arise when simulating industrial or real life objects. For instance one particular challenge which the company Michelin is faced with is the fact that tires are made of rubber and steel which are two materials with very different behavior laws. With classical domain decomposition methods, as soon as the partition into subdomains does not accommodate the discontinuities between the different materials convergence deteriorates. For three popular domain decomposition methods (Ad- ditive Schwarz, FETI and BDD) we have proved that by solving a generalized eigenvalue problem in each of the subdomains we can identify automatically which are the modes responsible for slow convergence. In other words we can divide the original problem into two problems : the first one where we can guarantee that the domain decomposition method will converge quickly and the second where we cannot. The final idea is to apply projections to solve these two problems independently (this is also known as deflation) : on the first we apply the domain decomposition method and on the second (we call it the coarse space) we use a direct solver which we know will be robust. We guarantee theoretically that the resulting two level solver is robust. The other main feature of our algorithms is that they can be implemented as black box solvers meaning that heterogeneous materials is only one type of difficulty that they can identify and circumvent.

Nous considérons deux modèles d’arbres aléatoires continus, à savoir les arbres de Lévy et les arbres inhomogènes. Les arbres de Lévy, introduits par Le Gall et Le Jan (1998) comme extension de l’arbre brownien d’Aldous (1991), décrivent les structures généalogiques des processus de branchement. Nous donnons une description de la loi d’un arbre de Lévy conditionné par son diamètre, ainsi qu’une décomposition de l’arbre le long de ce diamètre, qui est décrite à l’aide d’une mesure ponctuelle de Poisson. Dans le cas particulier d’un mécanisme de branchement stable, nous caractérisons la loi jointe du diamètre et de la hauteur d’un arbre de Lévy conditionné par sa masse totale. Dans le cas brownien nous obtenons une formule explicite de cette loi jointe, ce qui permet de retrouver par un calcul direct sur l’excursion brownienne, un résultat de Szekeres (1983) et Aldous (1991) concernant la loi du diamètre. Dans les cas stables, nous obtenons également des développements asymptotiques pour les lois de la hauteur et du diamètre. Les arbres inhomogènes sont introduits par Aldous et Pitman (2000), Camarri et Pitman (2000). Ce sont des généralisations de l’arbre brownien d’Aldous. Pour un arbre inhomogène, nous étudions une fragmentation de cet arbre qui généralise celle introduite par Aldous et Pitman pour l’arbre brownien. Nous construisons un arbre généalogique de cette fragmentation. En utilisant des arguments de convergence, nous montrons qu’il y a une dualité́ en loi entre l’arbre initial et l’arbre généalogique de fragmentation. Pour l’arbre brownien, nous trouvons aussi une façon de reconstruire l’arbre initial à partir de l’arbre généalogique. / We consider two models of random continuous trees: Lévy trees and inhomogeneous continuum random trees. Lévy trees are scaling limits of Galton-Watson trees. They describe the genealogical structures of continuous-state branching processes. The class of Lévy trees is introduced by Le Gall and Le Jan (1998) as an extension of Aldous’ notion of Brownian Continuum Random Tree (1991). For a Lévy tree, we give a description of its law conditioned to have a fixed diameter that is expressed in terms of a Poisson point measure. In the special case of a stable branching mechanism, we characterize the joint law of the diameter and the height of a Lévy tree conditioned on its total mass. From this, we deduce explicit distributions for the diameter in the Brownian case, as well as tail estimates in the general case.Inhomogeneous continuum random trees are introduced by Aldous and Pitman (2000), Camarri and Pitman (2000). They are also generalizations of Aldous’ Brownian Continuum Random Tree (and of Lévy trees). For an inhomogeneous continuum random tree, we consider a fragmentation which generalizes the one introduced by Aldous and Pitman on the Brownian tree. We construct a genealogical tree for this fragmentation. With weak limit arguments, we show that there is a duality in distribution between the initial tree and the genealogical tree. For the Brownian tree, we also present a way to reconstruct the initial tree from the genealogical tree.

L'objectif de cette thèse est la conception, l'analyse et l'implémentation d'une méthode de décomposition de domaine efficiente pour des problèmes de la mécanique des solides et des fluides. Pour cela les méthodes de Schwarz optimisée (OSM) sont considérées et révisées. Les méthodes de décomposition de domaine de Schwarz optimisées ont été introduites par P.L. Lions, elles apportent une amélioration aux méthodes de Schwarz classiques en substituant les conditions d'interface de Dirichlet par des conditions de type Robin et cela pour les méthodes avec ou sans recouvrement. Les conditions de Robin offrent un très bon levier qui nous permet d'aller vers l'optimalité des méthodes de Schwarz ainsi que la conception d'une méthode de décomposition de domaine robuste pour des problèmes de mécanique complexes comportant une nature presque incompressible. Dans cette thèse un nouveau cadre mathématique est introduit qui consiste à munir les méthodes de Schwarz optimisées (e.g. L'algorithme de Lions ) d'une théorie semblable à celle déjà existante pour des méthodes de Schwarz additives, on définit un espace grossier pour lequel le taux de convergence de la méthode à deux niveaux peut être prescrit, indépendamment des éventuelles hétérogénéités du problème traité. Une formulation sous forme de preconditioneur de la méthode à deux niveaux est proposée qui permettra la simulation parallèle d'un large spectre de problèmes mécanique, tel que le problème d'élasticité presque incompressible, le problème de Stokes incompressible ainsi que le problème instationnaire de Navier-Stokes. Des résultats numériques issues de simulations parallèles à grande échelle sur plusieurs milliers de processeurs sont présentés afin de montrer la robustesse de l'approche proposée. / The objective of this thesis is to design an efficient domain decomposition method to solve solid and fluid mechanical problems, for this, Optimized Schwarz methods (OSM) are considered and revisited. The optimized Schwarz methods were introduced by P.L. Lions. They consist in improving the classical Schwarz method by replacing the Dirichlet interface conditions by a Robin interface conditions and can be applied to both overlapping and non overlapping subdomains. Robin conditions provide us an another way to optimize these methods for better convergence and more robustness when dealing with mechanical problem with almost incompressibility nature. In this thesis, a new theoretical framework is introduced which consists in providing an Additive Schwarz method type theory for optimized Schwarz methods, e.g. Lions' algorithm. We define an adaptive coarse space for which the convergence rate is guaranteed regardless of the regularity of the coefficients of the problem. Then we give a formulation of a two-level preconditioner for the proposed method. A broad spectrum of applications will be covered, such as incompressible linear elasticity, incompressible Stokes problems and unstationary Navier-Stokes problem. Numerical results on a large-scale parallel experiments with thousands of processes are provided. They clearly show the effectiveness and the robustness of the proposed approach.