Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Afin d'aider les concepteurs à considérer l'environnement dans leur projet de conception de produit, tout en minimisant le temps consacré à cette démarche, une évaluation environnementale simplifiée utilisable dès la phase de conception préliminaire a été définie. La démarche proposée vise à intégrer les règles " Design for Environment " (DfE) au plus tôt dans la conception des produits, en proposant une méthode d'évaluation qui traduit ces règles DfE en indicateurs. Pour mener à bien ce travail de thèse, il nous a fallu construire une base des données des Règles DfE, établir une méthode de choix des règles en fonctions du contexte du projet de conception, établir les règles de calcul des indicateurs liés aux règles DfE et mettre en place des représentations adaptées pour l'interprétation des résultats lors de projets de conception. L'objectif ici est de guider le concepteur au plus tôt vers un bon compromis, par des estimations simples. Cette approche est nécessaire afin d'éviter des modifications significatives à la fin des études détaillées et ainsi de nombreuses boucles essais/erreurs en conception. Une étude de cas permet d'illustrer la démarche proposée.

Cette thèse décrit une partie du travail effectué dans le cadre du projet européen Symbrion 1 . Ce projet vise à la réalisation de tâches complexes nécessitant la coopération de multiples robots dans un cadre de robotique en essaim (au moins 100 robots opérant ensemble). De multiples problèmes sont étudiés par le projet dont : l’auto-assemblage de robots en structures complexes et l’auto-organisation d’un grand nombre de robots afin de réaliser une tâche commune. Le principal sujet porte sur les mécanismes d’auto-adaptation pour la robotique modulaire et en essaim, avec un intérêt pour des capacités de forte coordination et de coopération à l’échelle de l’essaim.Les difficultés rencontrées dans la réalisation de ce projet sont dues à l’utilisation de robots dans des environnements ouverts restant inconnus jusqu’à la phase de déploiement. Puisque les conditions d’opérations ne peuvent être prédites à l’avance, des algorithmes d’apprentissage en ligne doivent être utilisés pour élaborer les comportements utilisés. Lorsqu’un grand nombre de robots sont utilisés, plusieurs considérations doivent être prise en compte : capacité de communication réduite, faible mémoire, faible capacité de calcul. Par conséquent les algorithmes d’apprentissage en ligne doivent être distribués à travers l’essaim.De multiples approches ont déjà été proposées pour faire face aux problèmes posés par l’apprentissage en ligne décentralisé de comportements robotiques, parmi lesquels la robotique probabiliste, l’apprentissage par renforcement, et la robotique évolutionnaire. Cependant, le problème abordé dans le cadre de cette thèse se caractérise par le fait que l’on considère un groupe de robots (en lieu et place d’un seul et unique robot). De plus, dû à la nature ouverte de l’environnement, il n’est pas possible de supposer que l’ingénieur humain ait les connaissances nécessaires pour définir les éléments indispensables aux processus d’apprentissage.Assurer l’intégrité de l’essaim est placé en tant que premier élément d’une feuille de route visant à définir un ensemble d’étapes nécessaires à la réalisation d’une tâche par un groupe de robot dans un environnement ouvert :– Étape 1 : Assurer l’intégrité de l’essaim.– Étape 2 : Maintenir les robots disponibles en tant que service à l’utilisateur.– Étape 3 : Réaliser la tâche définie par l’utilisateur.Dans le cadre de cette thèse nous travaillons à la réalisation de l’étape 1 de cette feuille de route, et assumons l’hypothèse de travail suivante :Hypothèse de travail : Dans un cadre de robotique collective en environnement ouvert, la réalisation d’une tâche définie par l’utilisateur implique tout d’abord un comportement auto-adaptatif.Le sujet de cette thèse est la réalisation de solutions algorithmiques décentralisées pouvant garantir l’in- tégrité d’un essaim de robots en environnement ouvert lorsque un système robotique collectif utilise une communication locale. La principale difficulté à sa résolution est le besoin de prendre en compte l’envi- ronnement. En effet, en fonction de l’environnement courant, les robots peuvent avoir à démontrer une grande variété de comportements à l’échelle globale comme la coopération, la spécialisation, l’altruisme, ou la division du travail.Dans cette thèse nous introduisons et définissons le problème de l’Adaptation Evolutionnaire Distribuée Guidée par l’Environnement. Nous proposons un algorithme pour résoudre ce problem. Cet algorithme a été validé aussi bien en simulation que sur des robots réels. Il a été utilisé pour étudier le problème de l’auto-adaptation dans les environnements suivants :– Environnement où l’émergence de consensus comportementaux est nécessaire.– Environnements où la robustesse face à des changements environnementaux est nécessaires.– Environnements où des comportements altruistes sont nécessaires. / Cette thèse décrit une partie du travail effectué dans le cadre du projet européen Symbrion 1 . Ce projet vise à la réalisation de tâches complexes nécessitant la coopération de multiples robots dans un cadre de robotique en essaim (au moins 100 robots opérant ensemble). De multiples problèmes sont étudiés par le projet dont : l’auto-assemblage de robots en structures complexes et l’auto-organisation d’un grand nombre de robots afin de réaliser une tâche commune. Le principal sujet porte sur les mécanismes d’auto-adaptation pour la robotique modulaire et en essaim, avec un intérêt pour des capacités de forte coordination et de coopération à l’échelle de l’essaim.Les difficultés rencontrées dans la réalisation de ce projet sont dues à l’utilisation de robots dans des environnements ouverts restant inconnus jusqu’à la phase de déploiement. Puisque les conditions d’opérations ne peuvent être prédites à l’avance, des algorithmes d’apprentissage en ligne doivent être utilisés pour élaborer les comportements utilisés. Lorsqu’un grand nombre de robots sont utilisés, plusieurs considérations doivent être prise en compte : capacité de communication réduite, faible mémoire, faible capacité de calcul. Par conséquent les algorithmes d’apprentissage en ligne doivent être distribués à travers l’essaim.De multiples approches ont déjà été proposées pour faire face aux problèmes posés par l’apprentissage en ligne décentralisé de comportements robotiques, parmi lesquels la robotique probabiliste, l’apprentissage par renforcement, et la robotique évolutionnaire. Cependant, le problème abordé dans le cadre de cette thèse se caractérise par le fait que l’on considère un groupe de robots (en lieu et place d’un seul et unique robot). De plus, dû à la nature ouverte de l’environnement, il n’est pas possible de supposer que l’ingénieur humain ait les connaissances nécessaires pour définir les éléments indispensables aux processus d’apprentissage.Assurer l’intégrité de l’essaim est placé en tant que premier élément d’une feuille de route visant à définir un ensemble d’étapes nécessaires à la réalisation d’une tâche par un groupe de robot dans un environnement ouvert :– Étape 1 : Assurer l’intégrité de l’essaim.– Étape 2 : Maintenir les robots disponibles en tant que service à l’utilisateur.– Étape 3 : Réaliser la tâche définie par l’utilisateur.Dans le cadre de cette thèse nous travaillons à la réalisation de l’étape 1 de cette feuille de route, et assumons l’hypothèse de travail suivante :Hypothèse de travail : Dans un cadre de robotique collective en environnement ouvert, la réalisation d’une tâche définie par l’utilisateur implique tout d’abord un comportement auto-adaptatif.Le sujet de cette thèse est la réalisation de solutions algorithmiques décentralisées pouvant garantir l’in- tégrité d’un essaim de robots en environnement ouvert lorsque un système robotique collectif utilise une communication locale. La principale difficulté à sa résolution est le besoin de prendre en compte l’envi- ronnement. En effet, en fonction de l’environnement courant, les robots peuvent avoir à démontrer une grande variété de comportements à l’échelle globale comme la coopération, la spécialisation, l’altruisme, ou la division du travail.Dans cette thèse nous introduisons et définissons le problème de l’Adaptation Evolutionnaire Distribuée Guidée par l’Environnement. Nous proposons un algorithme pour résoudre ce problem. Cet algorithme a été validé aussi bien en simulation que sur des robots réels. Il a été utilisé pour étudier le problème de l’auto-adaptation dans les environnements suivants :– Environnement où l’émergence de consensus comportementaux est nécessaire.– Environnements où la robustesse face à des changements environnementaux est nécessaires.– Environnements où des comportements altruistes sont nécessaires.

Cette thèse décrit une partie du travail effectué dans le cadre du projet européen Symbrion 1 . Ce projet vise à la réalisation de tâches complexes nécessitant la coopération de multiples robots dans un cadre de robotique en essaim (au moins 100 robots opérant ensemble). De multiples problèmes sont étudiés par le projet dont : l'auto-assemblage de robots en structures complexes et l'auto-organisation d'un grand nombre de robots afin de réaliser une tâche commune. Le principal sujet porte sur les mécanismes d'auto-adaptation pour la robotique modulaire et en essaim, avec un intérêt pour des capacités de forte coordination et de coopération à l'échelle de l'essaim.Les difficultés rencontrées dans la réalisation de ce projet sont dues à l'utilisation de robots dans des environnements ouverts restant inconnus jusqu'à la phase de déploiement. Puisque les conditions d'opérations ne peuvent être prédites à l'avance, des algorithmes d'apprentissage en ligne doivent être utilisés pour élaborer les comportements utilisés. Lorsqu'un grand nombre de robots sont utilisés, plusieurs considérations doivent être prise en compte : capacité de communication réduite, faible mémoire, faible capacité de calcul. Par conséquent les algorithmes d'apprentissage en ligne doivent être distribués à travers l'essaim.De multiples approches ont déjà été proposées pour faire face aux problèmes posés par l'apprentissage en ligne décentralisé de comportements robotiques, parmi lesquels la robotique probabiliste, l'apprentissage par renforcement, et la robotique évolutionnaire. Cependant, le problème abordé dans le cadre de cette thèse se caractérise par le fait que l'on considère un groupe de robots (en lieu et place d'un seul et unique robot). De plus, dû à la nature ouverte de l'environnement, il n'est pas possible de supposer que l'ingénieur humain ait les connaissances nécessaires pour définir les éléments indispensables aux processus d'apprentissage.Assurer l'intégrité de l'essaim est placé en tant que premier élément d'une feuille de route visant à définir un ensemble d'étapes nécessaires à la réalisation d'une tâche par un groupe de robot dans un environnement ouvert :- Étape 1 : Assurer l'intégrité de l'essaim.- Étape 2 : Maintenir les robots disponibles en tant que service à l'utilisateur.- Étape 3 : Réaliser la tâche définie par l'utilisateur.Dans le cadre de cette thèse nous travaillons à la réalisation de l'étape 1 de cette feuille de route, et assumons l'hypothèse de travail suivante :Hypothèse de travail : Dans un cadre de robotique collective en environnement ouvert, la réalisation d'une tâche définie par l'utilisateur implique tout d'abord un comportement auto-adaptatif.Le sujet de cette thèse est la réalisation de solutions algorithmiques décentralisées pouvant garantir l'in- tégrité d'un essaim de robots en environnement ouvert lorsque un système robotique collectif utilise une communication locale. La principale difficulté à sa résolution est le besoin de prendre en compte l'envi- ronnement. En effet, en fonction de l'environnement courant, les robots peuvent avoir à démontrer une grande variété de comportements à l'échelle globale comme la coopération, la spécialisation, l'altruisme, ou la division du travail.Dans cette thèse nous introduisons et définissons le problème de l'Adaptation Evolutionnaire Distribuée Guidée par l'Environnement. Nous proposons un algorithme pour résoudre ce problem. Cet algorithme a été validé aussi bien en simulation que sur des robots réels. Il a été utilisé pour étudier le problème de l'auto-adaptation dans les environnements suivants :- Environnement où l'émergence de consensus comportementaux est nécessaire.- Environnements où la robustesse face à des changements environnementaux est nécessaires.- Environnements où des comportements altruistes sont nécessaires.

L'évolution climatique a été marquée ces dernières décennies par des changements importants, notamment une augmentation de température et une variation de la pluviométrie. Une des conséquences du changement climatique est son impact actuel et futur sur l'agriculture et la sécurité alimentaire. En région sahélienne, la sécurité alimentaire repose essentiellement sur quelques céréales, parmi lesquelles le mil occupe une place fondamentale. Un des traits qui permettent l'adaptation au climat de cette espèce est la date de floraison, dont la variation permet d'accomplir le cycle de vie de la plante dans des saisons pluvieuses plus ou moins courtes. Les bases génétiques de ce caractère adaptatif sont encore peu connues. Nous avons développé une méthodologie de cartographie d'association phénotype-génotype, afin d'identifier des gènes impliqués dans la variation de ce caractère. Cette étude a permis d'identifier deux gènes candidats, PHYC et MADS11, associés à la date de floraison et à la variation morphologique chez le mil. Nous avons validé ces associations par des analyses QTLs. Pour PHYC, nous avons aussi étudié le pattern de déséquilibre de liaison sur une zone d'environ 80 kb autour du gène, et développé une approche de Markov Chain Monte Carlo (MCMC) pour comparer les gènes identifiés dans la région. Cette analyse suggère que les polymorphismes à l'intérieur de PHYC sont les meilleurs candidats expliquant l'effet phénotypique observée dans cette région du génome. La seconde partie de ce projet a été consacrée à l'examen méthodologique de la cartographie d'association pour l'étude des interactions entre le génotype et l'environnement. Les résultats de cette thèse ont été discutés notamment dans la perspective de gestion de l'impact du changement climatique sur le mil, céréale majeure des zones semi-arides / In last decades, climate changes led to temperature increase and rainfall variation across the globe. One of the key consequences of these changes is their impact on agriculture and food security. In sahelian countries, food security relies on a few cereal crops, among which pearl millet plays a crucial role for population food supply. Sahel region is facing the impact of rainfall variability and drought since the 1970s. Flowering time variation is one of the main adaptations that allow pearl millet cultivation in drier and shorter rainy seasons. The genetic bases of this complex trait are still understudied. We developed an association mapping framework for the analysis of genotype-phenotype relationship in pearl millet. We successfully identified two genes associated with flowering time variation in pearl millet (PHYC and MADS11). We confirmed these associations using QTL studies. For PHYC, we also examined the pattern of linkage disequilibri um on a chromosomal region extending to 80 kb around the gene, and we developed a Markov Chain Monte Carlo approach (MCMC) to compare six genes identified in this region. Our results suggest that, among the polymorphisms observed in this region, polymorphisms in PHYC are the best candidate for a direct causative role. The second part of this project addressed methodological examination of association mapping framework to deal with genotype by environment interactions. The results of this work were discussed with regard to the challenge of pearl millet crop adaptation to climate change.

La participation citoyenne (PC) est aujourd’hui au cœur de nombreux discours mais peine à s’imposer dans les institutions publiques. Dans le cas du design urbain (DU), des initiatives encourageantes peuvent être observées. Néanmoins, les observations amènent aussi à remarquer que les méthodologies actuellement utilisées reposent majoritairement sur des outils artisanaux. Cette thèse se concentre sur l’intégration d’outils numériques dans le processus de participation citoyenne dans l’aménagement des espaces publics. Plus particulièrement, les travaux sont centrés sur un mode de concertation collaboratif appliquant les concepts du co-design, qui vise à rassembler citoyens et professionnels du design urbain dans un même lieu, pour bâtir un langage commun et une vision partagée. Au travers d’une méthodologie de recherche basée sur la design science, cette recherche transdisciplinaire considère à la fois le contexte d’application, et les théories dans le domaine de la PC numérique et du co-design. En effet, il est mis en avant que les travaux de recherche existants soient soit trop théoriques dans le domaine de la PC et ne proposent pas l’instanciation et l’évaluation d’un artefact à travers un prototype, soit trop centrés sur la technologie en laissant de côté le contexte d’application. De plus, afin de combler un manque dans l’état de l’art actuel, un accent particulier est mis sur l’amélioration des capacités d’expression créative des citoyens par le co-design, et la réalisation d’une interface intuitive dédiée aux amateurs. / Citizen participation (CP) is today at the heart of many speeches but struggles to impose itself in public institutions. In the case of urban design (DU), encouraging initiatives can be observed. Nevertheless, observations also point out that the methodologies currently used are mainly based on artisanal tools. This thesis focuses on the integration of digital tools in the process of citizen participation in the development of public spaces. More specifically, the work focuses on a collaborative approach that applies the concepts of co-design, which aims to bring citizens and urban design professionals together in one place, to build a common language and a shared vision. Through a research methodology based on design science, this transdisciplinary research considers both the context of application, and theories in the field of digital CP and co-design. It is emphasized that the existing research work is either too theoretical in the field of PC and do not propose the instantiation and the evaluation of an artifact through a prototype, or too centered on the technology, leaving aside the context of application. In addition, in order to fill a gap in the current state of the art, a special emphasis is placed on improving citizens' creative expression abilities through co-design, and the realization of an intuitive interface dedicated to amateurs.

Le colza (Brassica napus) est cultivée pour la richesse de ses graines en lipides et protéines. Cette plante possède aussi des métabolites secondaires bioactifs pouvant moduler la santé du consommateur. Ainsi différentes actions ont été mises en place par les industries agroalimentaires pour réduire le taux de métabolites antinutritionnels. A l’inverse peu sont consacrés à l’exploitation des métabolites favorables à la santé. L’une des pistes est d’identifier les conditions de culture en interaction avec les génotypes pour générer des graines de qualité nutritionnelle optimale. D’une manière générale, les résultats ont montré que certaines variétés sont résilientes à l’environnement. D’autres au contraire se sont montrées plus sensibles. L'impact des IGEC observé a été évaluée sur un modèle préclinique de souris ob/ob par une approche multi-omique, et comparée à celle d’un extrait de référence issu de Brassica oleracea (Brocoli) commercialisé pour ces vertus santé. Les résultats ont montré que la réponse biologique « omique » mesurée dans l’intestin, le foie et le plasma présentait une forte proximité entre l’un des extraits de colza (ES-Mambo) avec l’extrait de référence (Brocoli). Nous pensons que cela résulte de la présence de composés bioactifs communs et minoritaires entre les deux plantes et dont nous avons pu identifier la nature de certains (composés phénoliques et glucosinolates). L’approche métabolomique a démontré que les conditions de culture et le génotype du colza ayant modifié leur contenu bioactif induisaient une réponse biologique différentielle chez le consommateur. Cette preuve de concept pourrait s’appliquer à d’autres plantes de grande consommation. / Rapeseed (Brassica napus) is the first oleaginous crop in France. It is cultivated for the abundance of its seeds in lipids, proteins as wellas for its richness in secondary metabolites that can modulate the health of the consumer. For instance, different actions have beenimplemented by food and feed industries to reduce the rate of anti-nutritional metabolites. Conversely few are devoted to theexploitation of health promoting molecules. A strategy is to identify the genotype x environment x agronomic management interactions(GEAI) to generate seeds of optimal nutritional quality.The results showed that some varieties are resilient to the environment. On the other hand, others appeared more sensitive. The environment and genetic impact was evaluated on a preclinical model ob/ob mouse by a multi-omic approach, and compared to a reference extract from Brassica oleracea (Broccoli), marketed for its health benefits. The results showed that the "omic" biological response measured in the intestine, liver and plasma showed a strong proximity between one of the rapeseed extract (ES-Mambo) and the reference extract (Broccoli). We believe that these results occured from the presence of common bioactive compounds between the two plants (rapeseed and broccoli), that some of them were identified (phenolic compounds and glucosinolates). The metabolomic approach was efficient to estimate the health impact of phytochemical extracts that have never been evaluated before. We demonstrated that the GEAI of rapeseed that modified their bioactive contents induced a differential biological response in the consumer. This proof of concept study could be applied to other food plant products.

Afin d’aider les concepteurs à considérer l’environnement dans leur projet de conception de produit, tout en minimisant le temps consacré à cette démarche, une évaluation environnementale simplifiée utilisable dès la phase de conception préliminaire a été définie. La démarche proposée vise à intégrer les règles « Design for Environment » (DfE) au plus tôt dans la conception des produits, en proposant une méthode d’évaluation qui traduit ces règles DfE en indicateurs. Pour mener à bien ce travail de thèse, il nous a fallu construire une base des données des Règles DfE, établir une méthode de choix des règles en fonctions du contexte du projet de conception, établir les règles de calcul des indicateurs liés aux règles DfE et mettre en place des représentations adaptées pour l’interprétation des résultats lors de projets de conception. L’objectif ici est de guider le concepteur au plus tôt vers un bon compromis, par des estimations simples. Cette approche est nécessaire afin d’éviter des modifications significatives à la fin des études détaillées et ainsi de nombreuses boucles essais/erreurs en conception. Une étude de cas permet d’illustrer la démarche proposée. / To help designers to consider the environmental issues for their product design project (green concepts and other sustainable and environmental strategies) and to minimize the time spent with this approach, a simplified environmental assessment usable during the preliminary design stage has been developed.The proposed approach aims to integrate the "Design for Environment" rules (DfE rules) early in the product design while proposing a method that translates these rules into DfE indicators (quantitative value).To carry out this work, we had to: firstly build a database of DfE rules, secondly establish a method to choose these rules in the context of the design project objectives, thirdly establish calculation formula for the indicators