Chez l'humain, le vieillissement provoque des déficits auditifs centraux qui perturbent la localisation de sources sonores et la perception de la parole. Cette étude vise à déterminer si le vieillissement affecte les propriétés spectrales et directionnelles des neurones auditifs du collicule supérieur (CS), seule structure du système nerveux central à posséder une représentation topographique de l'espace auditif. Des enregistrements unitaires extracellulaires sont effectués dans les couches profondes du CS de rats Sprague-Dawley adultes (10-12 mois) et âgés (22-24 mois), anesthésiés. Les stimuli (sons purs et bruits gaussiens) sont présentés en champ libre à différentes positions en azimut de manière pseudo-aléatoire. Les résultats révèlent que, chez les rats âgés, les seuils d'intensité des fréquences caractéristiques et les seuils d'intensité aux bruits gaussiens des neurones auditifs du CS sont significativement plus élevés. De plus, l'étendue de la bande-passante spectrale des rats âgés, est aussi significativement plus large. Chez les deux groupes de rats, les champs récepteurs directionnels des neurones auditifs du CS sont tous situés dans l'hémi-espace controlatéral. Cependant, chez le rat âgé, l'organisation topographique de la carte directionnelle auditive est abolie et la sélectivité directionnelle est significativement plus vaste. Ces résultats montrent la présence de déficits centraux au niveau de la sélectivité spectral et directionnelle des neurones auditifs du CS dû au vieillissement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Perte auditive, collicule supérieur, système auditif, audition spectrale et directionnelle, localisation sonore, vieillissement du système auditif.

The development of functional and oriented microvessels within tissue constructs is a tremendous challenge in tissue engineering and regenerative medicine. It is justified by the need to allow better nutrient and oxygen supply and waste removal within the core of tissue constructs. It is one of the reasons why only few tissue substitutes are available to clinicians. Therefore, the focus of many research studies in the field of tissue engineering has been placed on promoting microvessel ingrowth inside tissue constructs prior to their implantation, as presented in Chapter 1. This process is often referred to as pre-vascularization. As such, Chapter 2 of this thesis is devoted to review the recent development and future challenges related to the microvascularization process of tissue constructs.The experimental work in this thesis is based on the hypothesis that polymer monofilaments precisely distanced from each others can be used to guide endothelial cells when dispersed in a (fibrin) gel and to induce tube-like structures in a directional fashion. In Chapter 3 of this thesis, the use of polymer fibres as contact guidance of endothelial cells to orient microvessel formation and development in a three-dimensional environment was validated.The novel cell attachment method described in Chapter 3 has resulted in an increase in Human Umbilical Vein Endothelial Cell (HUVEC) adhesion and spreading on bare poly(ethylene terephthalate) (PET) fibres. Furthermore, HUVEC-covered fibres were sandwiched between fibrin gels to allow the development of microvessels. Angiogenesis development was characterized and evaluated using a number of imaging techniques, including fluorescence microscopy and confocal microscopy. After 4 days of culture, microvessels formed large tube-like structures (diameter of approximately 100 [micro]m) between adjacent fibres distanced by 0.1mm. This proof-of-concept opens the door to other experiments and to possibility of scaling the system to bioreactor cultures. In Chapter 4, the effect of human fibroblasts and in another set of experiments, the influence of two angiogenic growth factors (i.e., Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) and basic Fibroblast Growth Factor (bFGF)) over the responses of the HUVEC-covered fibres sandwiched in fibrin were investigated.The development and maturation of microvessels as well as the assessment of lumen formation were evaluated using a fluorescent fibrin matrix, confocal microscopy and histology. Histology and fluorescent fibrin experiments confirmed that these microvessel-like structures formed between polymer monofilaments embedded in fibrin contained a lumen.The effects of VEGF and bFGF were dose dependent. Furthermore, the use of fibroblasts significantly improved the maturation of the microvessels compared to control and to samples cultured with VEGF and bFGF. Conclusions and suggested future work are presented in Chapter 5. Appendices A and B present the detailed protocols used to label cells in this study and general information about cell cytoskeleton, respectively.

Détection d’hétérogénéités linéaires dans les textures directionnelles – application à la détection de failles en sismique de réflexion: les méthodes développées concernent la classe particulière de textures directionnelles. Dans un premier chapitre, nous rappelons la notion de texture, le concept de contour et le contexte applicatif concernant l’imagerie sismique. Le deuxième chapitre a pour objet l’analyse des différentes contributions que l’on peut trouver dans la littérature concernant la détection de contours dans le contexte des images texturées: les approches qui relèvent du domaine de la géophysique et les méthodes proposées par la communauté des traiteurs d’image pour la détection de contours. Le troisième chapitre regroupe nos propositions: une approche basée sur une un critère géométrique, une variante récursive robuste et une extension alliant mesure 2D et diffusion 3D. Ces propositions sont validées par une analyse quantitative par rapport aux méthodes existantes. / Linear disparity detection in directional textures – application to fault detection in seismic images: the developed approaches deal with the particular family of directional textures. In the first chapter the notion of texture and the concept of contour are introduced. Also, a detailed presentation of the application concerning seismic imagery is presented in the first chapter. The object of the second chapter is the analysis of the different contributions concerning edge and contour detection in textured images found in the literature: the approaches used in the field of geophysics and the approaches proposed by the image processing community. The third chapter regroups our contributions: a geometric criterion based approach, a recursive robust extension of the geometric approach and a 3D recursive robust extension combining a 2D measure and a 3D diffusion technique. Apart the qualitative comparisons, these contributions are validated by a quantitative analysis in comparison with the existing methods.

De nombreuses observations astrophysiques et cosmologiques tendent à montrer que l'essentiel de la matière de notre Univers est constitué de matière sombre. À l'échelle locale, la matière sombre serait rassemblée sous la forme d'un halo statique englobant la Voie Lactée.L'idée de la détection directionnelle est de mesurer la direction de reculs nucléaires produits par l'interaction avec les particules de matière sombre.Cette stratégie de détection pourrait alors mettre en évidence une corrélation entre la distribution angulaire des reculs nucléaires et le mouvement relatif du système solaire par rapport au halo permettant ainsi de découvrir et de contraindre les propriétés de la matière sombre.Dans ce contexte, la collaboration MIMAC a développé un détecteur gazeux permettant la mesure de la trace en 3D de reculs nucléaires.Afin de démontrer le potentiel de ce détecteur, un prototype bi-chambre a été installé au LSM en juin 2012.Cette thèse porte sur l'étude de la détection directionnelle avec le détecteur MIMAC selon quatre axes de recherche.Le premier axe concerne la caractérisation du détecteur avec l'étalonnage en énergie, la mesure du facteur de quenching et de la vitesse de dérive des électrons et la mise en place de la discrimination électron/recul.Le deuxième axe porte sur l'analyse des données expérimentales acquises au LSM. Ces donnés ont permis de réaliser la première mesure de traces en 3D de reculs de noyaux fils issus de la chaine du radon.Le troisième axe concerne la simulation du bruit de fond neutron au LSM avec un modèle de propagation des neutrons dans la caverne.Cela a permis d'estimer le taux d'événements neutron attendu et l'impact de la modélisation du fond neutrons sur la limite expérimentale.Enfin, le quatrième axe porte sur l'étude de l'impact des limites LHC sur la masse des squarks sur l'interaction entre les noyaux et la matière sombre. / A large number of astrophysical and cosmological observations support the fact that the matter component of our Universe is mainly composed by dark matter.At the local scale, a static and dense dark matter halo should surround the Milky Way.The directional detection idea is to measure the direction of nuclear recoils produced by the interaction with dark matter particles.This detection strategy could highlight a correlation between the angular distribution of nuclear recoils and the relative motion of the solar system respect to the galactic halo.Such signature opens the possibility to discriminate such rare events with respect to neutron background allowing the positive direct detection of dark matter.In this context, MIMAC collaboration has developed a detector allowing the measurement of 3D nuclear recoil tracks.Since June 2012, a bi-chamber prototype is installed at the LSM to demonstrate the potential of this detector.This Ph.D. thesis presents a study of dark matter directional detection with the MIMAC detector including four different aspects.The first one consist in the characterization of the detector describing the energy calibration, the measurement of the quenching factor and the electron drift velocity and the electron/recoil discrimination.The second one focuses on the analysis of experimental data acquired at the LSM. This study shows, for the first time, the observation of low energy 3D nuclear recoil tracks from the radon progeny.The third one describes the neutron background simulation at the LSM with a neutron propagation model showingthe expected neutron event rate and the impact on exclusion limits.Finally, the fourth one is related to the study of the impact of squarks masse limits from LHC results on supersymmetric particles interaction with quarks.

L'objectif de cette thèse est la modélisation du rayonnement thermique directionnel des surfaces et de la correction angulaire sur la LST par des méthodes empiriques et physiques ainsi que l'analyse de validation sur le terrain. L'émissivité directionnelle des surfaces naturelles a été obtenue à partir du produit émissivité MODIS et est ensuite utilisée dans l'algorithme de split-window de correction angulaire sur la LST. Les modèles de paramétrage de l'émissivité directionnelle et du rayonnement thermique ont été développés. En ce qui concerne les pixels non iso-thermiques, la méthode de jour-TISI a été proposée pour obtenir l'émissivité directionnelle et la température effective à partir de données multi-angulaires infrarouges médian et thermique. Cela a été validé à l'aide de données aéroportée. Le modèle de noyaux Kernel BRDF a été vérifié dans le domaine de l'infrarouge thermique et son extension a servi à la normalisation angulaire de la LST. Un nouveau modèle, FovMod, qui concerne l'empreinte du capteur au sol, a été développé pour simuler la température de brillance directionnelle de couvert végétal en rang. Basé sur le résultat de la simulation de FovMod, une empreinte optimale pour la validation de champ de vue a été obtenue. Cette thèse a étudié systématiquement le rayonnement thermique directionnel et les corrections angulaires sur la température de surface et ses résultats amélioreront la précision sur la température et émissivité à partir de données de télédétection. Ils fourniront également des indices pour la conception de capteurs infrarouges thermiques multi-angulaires aéro/spatio portés et également pour la mesure au sol des paramètres de surface. / The aim of this thesis is the modeling of surface directional thermal radiation and angular correction on the LST by using empirical and physical methods as well as the analysis of field validation. The work has conducted to some conclusions. The directional emissivity of natural surfaces was obtained from MODIS emissivity product and then used in the split-window algorithm for angular correction on LST. The parameterization models of directional emissivity and thermal radiation were developed. As for the non-isothermal pixels, the daytime-TISI method was proposed to retrieve directional emissivity and effective temperature from multi-angular middle and thermal infrared data. This was validated using an airborne dataset. The kernel-driven BRDF model was checked in the thermal infrared domain and its extension was used to make angular normalization on the LST. A new model, namely FovMod that concerns on the footprint of ground sensor, was developed to simulate directional brightness temperature of row crop canopy. Based on simulation result of the FovMod, an optimal footprintfor field validation of LST was obtained. This thesis has systematically investigated the topic of directional thermal radiation and angular correction on surface temperature and its findings will improve the retrieval accuracy of temperature and emissivity from remotely sensed data and will also provide suggestion for the future design of airborne or spaceborne multi-angular thermal infrared sensors and also for the ground measurement of surface parameters.

Les automates cellulaires sont à la fois un modèle de calcul parallèle, un système complexe et un système dynamique. Ils fonctionnent de manière synchrone et en temps discret, leur particularité est que les fonctions qu'ils définissent sont issues de l'application simultanée, en tout point de l'espace, d'une règle d'évolution locale. L'ensemble limite est un objet classique des systèmes dynamiques, c'est l'ensemble des états que le système peut atteindre arbitrairement tard. Il a été très étudié dans le cadre des automates cellulaires, et les résultats sont nombreux. Parmi ces résultats, un théorème de Rice démontré par Jarkko Kari dit que toute propriété des ensembles limites est indécidable. Dans ce mémoire, on ne s'intéresse plus à l'ensemble limite traditionnel, mais à une variante pour laquelle on utilise une mesure sur l'espace des entrées, sélectionnant ainsi les comportements susceptibles d'apparaître arbitrairement tard et souvent. Ce nouvel ensemble, que l'on nomme ensemble mu-limite, a été introduit en 2000 par Petr Kurka et Alejandro Maass. La plupart des résultats sur les ensembles limites ne se transposent pas naturellement. On étudie la famille des ensembles mu-limites d'automates cellulaires. On montre que sous certaines contraintes sur la dynamique, l'ensemble mu-limite peut être entièrement décrit. On classe ainsi les automates en fonction de ces contraintes. Dans le cas général, on montre l'existence d'automates cellulaires ayant comme ensembles mu-limites un grand nombre d'ensembles complexes. On finit par montrer un théorème de Rice pour les ensembles mu-limites d'automates cellulaires: tout propriété non triviale de ces ensembles est indécidable. / Cellular automata are simultaneously a model of parallel computation, a complex system and a dynamical system. They are synchronous and time is discrete. The functions defined by their application is the result of the synchronous application of the same local rule everywhere. The limit set is a classical tool of dynamical systems theory, it is the set of states the system can reach arbitrarily late. It has been studied often in the particular case of cellular automata and there are numerous results. Amongst them, a Rice's theorem proved by Jarkko Kari states that any non-trivial property of limit sets of cellular automata is undecidable. In this thesis, we do not consider the classical limit set, as we add a measure on the space of states of the system. Thus, we get a set which contains behaviors that appear arbitrarily far and often. This set is named mu-limit set and was introduced in 2000 by Petr Kurka and Alejandro Maass. Most of the results on limit sets cannot be directly adapted for mu-limit sets. We study the family of all mu-limit sets of cellular automata. We show that under some constraints on the dynamics, the mu-limit set can be entirely described. We then produce a classification of cellular automata according to these constraints. In the general case, we prove the existence of cellular automata whose mu-limit sets are among a large set of complex sets. We finally prove Rice's theorem for mu-limit sets: any non-trivial property is undecidable.

Le rat possède un ensemble de longues vibrisses qu'il peut bouger activement, ce qui lui permet d'explorer l'espace, de localiser les objets et de discriminer des textures. L'information sensorielle provenant des récepteurs périphériques des follicules où s'insèrent les vibrisses atteint, via des relais mésencéphaliques et thalamiques, des modules discrets, appelés " tonneaux ", de la couche IV du cortex somato-sensoriel primaire, puis se propage entre autre à la couche II/III du cortex somato-sensoriel primaire. Dans cette couche, des connexions horizontales permettent l'intégration d'informations provenant de plusieurs vibrisses différentes. Mon travail de thèse s'articule autour de la question de l'intégration multi-vibrissale dans le cortex somato-sensoriel chez le rat et est abordé grâce à la microscopie à deux photons in vivo. Il est partagé principalement en deux chapitres, le premier traitant de l'ensemble des développements optiques en microscopie à deux photons réalisés pour optimiser des enregistrements in vivo de l'activité neuronale, l'autre abordant la question de l'intégration multi-vibrissale au moyen de cette technique. J'ai donc développé un montage de microscopie à deux photons original capable d'enregistrer l'activité neuronale en couche II/III du cortex tout en donnant accès à l'architecture des réseaux enregistrés. Ce microscope permet de détecter à haute cadence des signaux calciques individuels tout en nécessitant une puissance modérée du laser d'excitation, ce qui limite la photo toxicité et le photo blanchiment. J'ai par ailleurs identifié quantitativement les différentes sources de bruits lors des enregistrements in vivo et mis en œuvre des solutions ad hoc (système de contention, algorithme de recalage des images...) pour réduire ou corriger ces bruits afin de n'être plus limité que par le bruit de photon. Enfin, j'ai estimé la qualité des enregistrements des cellules individuelles en excluant tout risque de contamination violente par des signaux collectifs tels que ceux provenant du neuropil. A l'aide de ce microscope, j'ai montré qu'il existe en couches II/III une ségrégation cellulaire selon un comportement globale ou local et que cette ségrégation s'articule au-dessus de l'organisation des tonneaux en couche IV, les cellules globales présentant une densité plus forte au-dessus des septa tandis que les cellules locales sont plus représentées au-dessus des tonneaux. Par ailleurs, au sein de la couche II/III du cortex j'ai mis en évidence l'absence de corrélation forte entre les sélectivités à la phase (dans l'espace 2D des stimuli optimaux mono-vibrisses) et à la direction (dans l'espace 2D physique) et posé les bases d'une étude de l'organisation spatiale de ces différentes sélectivités avec l'ébauche d'une cartographie fonctionnelle.

Lors d'études portant sur la production d'intervalles temporels avec interruption, deux principaux effets sont généralement retrouvés lorsque la localisation et la durée de l'interruption varient: les productions temporelles sont plus courtes 1) lorsque l'interruption arrive tôt dans l'intervalle de temps et 2) lorsque la durée de l'interruption est plus longue. L'effet de localisation s'explique principalement par un partage attentionnel lors de la période qui précède l'interruption, mais peut aussi refléter en partie l'effet de processus préparatoires précédant l'interruption. L'effet de durée d'interruption est expliqué par les processus de préparation qui prennent place durant l'interruption. Une façon de réduire les effets préparatoires est d'augmenter l'incertitude quant au moment d'arrivée du signal auquel on doit réagir. L'objectif principal du mémoire doctoral est de tester la sensibilité des effets de localisation et de durée d'interruption à l'incertitude dans trois expériences. Les deux premières expériences portent sur la production d'intervalle temporelle avec interruption. La dernière expérience vérifie l'effet de l'incertitude sur la préparation dans un paradigme de temps de réaction. Pour chaque expérience, deux conditions sont utilisées, soient un groupe où l'incertitude est faible et un autre où l'incertitude est élevée. Dans la première expérience, l'effet de localisation est plus fort dans le groupe où l'incertitude est faible. Aucun effet significatif n'est retrouvé dans l'expérience où la durée de l'interruption est manipulée, ce qui est expliqué principalement par la taille de l'effet de durée d'interruption. Dans la tâche de temps de réaction, l'effet de la période préparatoire est plus prononcé dans le groupe où l'incertitude est faible contrairement au groupe où l'incertitude est élevée. Les résultats permettent de conclure que l'incertitude affecte le partage attentionnel dans l'effet de localisation, mais affecte surtout l'effet de préparation qui serait impliqué dans les trois expériences. Ces résultats s'expliquent du fait que les participants montrent une meilleure préparation lorsque l'incertitude est faible.

La résolution de problèmes d’onde par une méthode d’éléments finis de frontière (BEM) conduit à des systèmes d’équations linéaires pleins dont la taille augmente très vite pour les applications pratiques. Il est alors impératif d’employer des méthodes de résolution dites rapides. La méthode des multipôles rapides (FMM) accélère la résolution de ces systèmes par des algorithmes itératifs. La méthode des H-matrices permet d’accélérer les solveurs directs nécessaires aux cas d’application massivement multi-seconds membres. Elle a été introduite et théoriquement justifiée dans le cas de l’équation de Laplace.Néanmoins elle s’avère performante au-delà de ce qui est attendu pour des problèmes d’onde relativement haute fréquence. L’objectif de cette thèse est de comprendre pourquoi la méthode fonctionne et proposer des améliorations pour des fréquences plus élevées.Une H-matrice est une représentation hiérarchique par arbre permettant un stockage compressé des données grâce à une séparation des interactions proches (ou singulières)et lointaines (dites admissibles). Un bloc admissible a une représentation de rang faible de type UVT tandis que les interactions singulières sont représentées par des blocs pleins de petites tailles. Cette méthode permet une approximation rapide d’une matrice BEM par une H-matrice ainsi qu’une méthode de factorisation rapide de type Cholesky dont les facteurs sont également de type H-matrice.Nous montrons la nécessité d’un critère d’admissibilité dépendant de la fréquence et introduisons un critère dit de Fresnel basé sur la zone de diffraction de Fresnel. Ceci permet de contrôler la croissance du rang d’un bloc et nous proposons une estimation précise de celui-ci à haute fréquence à partir de résultats sur les fonctions d’onde sphéroïdales.Nous en déduisons une méthode de type HCA-II, robuste et fiable, d’assemblage rapide compressé à la précision voulue.Nous étudions les propriétés de cet algorithme en fonction de divers paramètres et leur influence sur le contrôle et la croissance du rang en fonction de la fréquence.Nous introduisons la notion de section efficace d’interaction entre deux clusters vérifiant le critère de Fresnel. Si celle-ci n’est pas dégénérée, le rang du bloc croît au plus linéairement avec la fréquence ; pour une interaction entre deux clusters coplanaires nous montrons une croissance comme la racine carrée de la fréquence. Ces développements sont illustrés sur des maillages représentatifs des interactions à haute fréquence. / The boundary elements method (BEM) leads to dense linear systemswhose size growsrapidly in pratice ; hence the use of so-called fast methods. The fast multipole method(FMM) accelerates the resolution of BEM systems within an iterative scheme. The H-matrix method speeds up a direct resolution which is needed in massively multiple righthandsides problems. It has been provably introduced in the context of the Laplace equation.However, the use ofH-matrices for relatively high-frequency wave problems leadsto results above expectations. This thesis main goal is to provide an explanation of thesegood results and thus improve the method for higher frequencies.A H-matrix is a compressed tree-based hierarchical representation of the data associated with an admissibility criterion to separate the near (or singular) and far (or compres-sed) fields. An admissible block reads as a UVT rank deficient matrix while the singularblocks are dense with small dimensions. BEM matrices are efficiently represented byH-matrices and this method also allows for a fast Cholesky factorization whose factors arealsoH-matrices.Our work on the admissibility condition emphasizes the necessity of a frequency dependantadmissibility criterion. This new criterion is based on the Fresnel diffraction areathus labelled Fresnel admissibility condition. In that case a precise estimation of the rankof a high-frequency block is proposed thanks to the spheroidal wave functions theory.Consequently, a robust and reliable HCA-II type algorithm has been developed to ensurea compressed precision-controlled assembly. The influence of various parameters on thisnew algorithm behaviour is discussed ; in particular their influence on the control andthe growth of the rank according to the frequency.We define the interaction cross sectionfor two Fresnel-admissible clusters and show in the non-degenerate case that the rankgrowth is linear according to the frequency in the high-frequency regime ; interaction ofcoplanar clusters results in growth like the square root of the frequency. All these resultsare presented on meshes adapted to high-frequency interactions.

Dans un contexte de compression d'images fixes, de nouvelles représentations implantées par des techniques de redressement (lifting) orienté ont été imaginées. Pour ce travail de thèse, trois variantes de ces transformées sont évaluées comparativement selon un critère de minimisation de l'énergie des hautes fréquences reconstruites et selon la direction de régularité locale. Cette direction de régularité est estimée par des approches basées extraction de contours ou minimisation d'une fonction de coût. Les deux approches proposées permettent de plus une classification de l'activité directionnelle des blocs de l'image. Ces représentations des caractéristiques géométriques de l'image utilisées pour guider le filtrage en ondelettes orientées, est codé pour être transmis au décodeur. Les coûts de ces différentes représentations sont comparés. Finalement une quantification adaptée est proposée pour tenir compte à la fois des différentes classes structurelles et de l'anisotropie de la représentation.