L´évolution des technologies d´imagerie cérébrale alliée aux développement d´algorithmes spécifiques de traitement d´images permettent d´améliorer nos connaissances sur le fonctionnement du cerveau, en particulier s´agissant de la perception visuelle. L´objectif de ce travail de thèse est de contribuer à la compréhension des aires corticales impliquées dans la perception visuelle du mouvement chez l´homme, en analysant l´information des signaux de différentes modalités complémentaires d´Imagerie par Resonance Magnétique (IRM).<br /><br />Une première partie concerne l´identification individuelle des aires visuelles de bas niveau. Nous détaillons la méthode de cartographie rétinotopique par IRM fonctionnelle (IRMf) que nous avons developpée, depuis la conception des stimuli visuels à l´analyse anatomo-fonctionnelle finale. Par ailleurs, une localisation fonctionnelle du complexe hMT/V5+ est obtenue par un paradigme en bloc. Ces méthodes, optimisées suivant certains paramètres de la stimulation, permettent d´extraire pour tout individu des Régions d´Intérêt homogènes.<br /><br />Dans un deuxième temps, nous proposons une caractérisation fonctionnelle des différentes aires visuelles primaires. En se fondant sur le paradigme récent d´IRM d´adaptation qui permet d´étudier la sensibilité d´une région cérébrale à des variations quantitatives d´un paramètre de la stimulation, nous démontrons une différenciation de la sensibilité à la direction du mouvement dans les aires etudiées.<br /><br />Enfin, nous décrivons une expérience combinant les modalités d´IRMf et d´IRM de diffusion (IRMd) dans le but d´étudier la connectivité anatomique au sein du cortex visuel primaire. Cette caractérisation, établie en s´appuyant sur des algorithmes récents de cartographie des fibres de matière blanche, donne des indices sur le réseau d´aires notamment impliquées dans le traitement du mouvement visuel.

La première partie de ce travail a consisté en l'étude des effets prétransitionnels qui apparaissent en chauffant dans les phases ordonnées du mélange binaire lyotrope C12EO6/H2O à l'approche de la transition vers la phase isotrope. En employant une technique de photoblanchiment, nous avons déterminé les coefficients de diffusion de sondes fluorescentes en fonction de la température. Nous avons montré que des défauts structuraux connectant les agrégats de surfactant apparaissent dans les phases lamellaire et hexagonale et nous avons déterminé leur structure et leur densité. Nous en avons déduit que la phase isotrope est fortement connectée au voisinage des mésophases. Cette conclusion est confirmée par le fait que le coefficient de diffusion ne varie pas à la transition entre la phase isotrope et la phase cubique, elle-même fortement connectée.<br /><br />Nous avons ensuite exploré les propriétés dynamiques de la phase isotrope à haute concentration en combinant la diffusion dynamique de la lumière avec des expériences de rhéologie à haute fréquence. Nous avons mis en évidence un temps de relaxation terminale extrêmement court (de l'ordre de la microseconde) et avons expliqué ce comportement dans le cadre de théories déjà existantes sur la rhéologie des micelles connectées en incluant l'effet de l'ordre local.

Ce travail a porté sur les remaniements corticaux précoces des circuits moteurs et extramoteurs dans la SLA grâce à l'étude des activations IRMf issues de tâches motrices et cognitives. La première partie de nos travaux nous a permis de montrer grâce des tâches simples d'activation motrice en IRMf (1) qu'alors que les patients SLA présentaient un déficit moteur discret, une augmentation des activations corticales est apparue dans les aires sensorimotrices bilatérales du cerveau. (2) Ces modifications précoces de l'activité neuronale étaient corrélées à la latéralisation du déficit moteur du membre ou la prédominance manuelle et surtout, (3) au taux de progression de la maladie à un an et à la survie, suggérant que ce remaniement de l'activité qui correspond probablement à de la plasticité cérébrale a des implications fonctionnelles. Enfin, (4) ce phénomène apparaissait actif puisqu'il s'est poursuivi pendant au moins onze mois. Dans la deuxième partie, nous avons montré lors d'une tâche de fluence verbale silencieuse que (1) les SLA présentaient une suractivation initiale des aires dévolues au processus sémantique avec un renforcement de la connectivité fonctionnelle entre les réseaux (CFR). (2) Au bout de onze mois et alors que l'atteinte des fluences était stable, ce phénomène de compensation s'épuisait avec une diminution conjointe de l'activation des réseaux et de la CFR. La tâche de 2-Back, réalisée alors que les patients ne présentaient pas d'atteinte de la mémoire de travail lors des tests psychométriques, nous a permis de montrer en outre que certains circuits non-moteurs se réorganisaient très précocement chez les patients, alors même qu'ils étaient asymptomatiques

L'activité de recherche des dernières décennies dans le domaine des réseaux mobiles ad hoc (MANETs) a essentiellement visé à définir des méthodes de routage dynamique au sein de ces réseaux. La plupart des propositions faites dans cette optique reposent sur l'hypothèse que la communication entre deux terminaux mobiles n'est possible que si une route pour l'acheminement des messages peut être établie entre ces terminaux lorsque cela est nécessaire. Cette approche équivaut à considérer que la ommunication entre deux terminaux ne peut être réalisée que dans un réseau totalement connexe. Depuis quelques années, l'activité de recherche dans le domaine des MANETs a été étendue afin de prendre en compte les spécificités des MANETs discontinus, c'est-à-dire des MANETs apparaissant sous la forme d'une collection de sous-réseaux connexes (on parlera d'îlots de connectivité) au sein desquels les terminaux peuvent communiquer (éventuellement en utilisant du routage dynamique), mais entre lesquels aucune communication n'est a priori possible. Le routage de messages dans ce type de réseau est un sujet de recherche qui suscite un intérêt grandissant. L'approche généralement adoptée, dite de "communication opportuniste", consiste à exploiter les terminaux mobiles comme des mules de données capables de stocker, transporter et relayer des messages entre des îlots non connectés du réseau afin qu'ils puissent à terme être remis à leur destinataire. Dans cette thèse nous nous intéressons au support de la communication basée contenus dans les MANETs discontinus. La communication basée contenus est un modèle de communication dans lequel l'information circule dans le réseau en fonction de l'intérêt que les terminaux y portent plutôt que vers une destination bien établie. Nous pensons que de nombreuses applications peuvent bénéficier d'un tel modèle de communication, comme par exemple des applications de partage de fichiers, de distribution d'articles thématique, d'annonce et de découverte de services, etc. Dans ce manuscrit nous présentons le protocole de communication que nous avons conçu afin d'offrir ce style particulier de communication dans les MANETs discontinus ainsi que les résultats d'expérimentations que nous avons réalisées pour valider notre approche. Ce protocole repose sur une combinaison des concepts de communication basée contenus, de communication opportuniste et de communication multi-sauts pour prendre en compte les caractéristiques des MANETs discontinus.

L'intérêt porté aux milieux fracturés s'est développé dans le cadre de l'exploitation des nappes phréatiques et pétrolifères et la recherche de sites de stockage souterrains pour les déchets nucléaires de longue durée de vie. Les fractures peuvent en effet offrir des voies préférentielles d'écoulement beaucoup plus perméables que le milieu non fracturé environnant (matrice). Les fractures sont caractérisées par des distributions de longueurs et de perméabilités très larges. Lorsque elles sont interconnectées, elles forment des réseaux complexes de perméabilité variable dans lesquels les flux sont très chenalisés. <br />Le but de ce travail de thèse a été de rechercher les modèles de réseaux cohérents avec les observations locales (distributions de longueurs et d'ouvertures) et globales (à l'échelle du réseau). Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une approche pluridisciplinaire destinée à utiliser des données obtenues à des échelles différentes (par exemple essais de puits et données de carottage). Des modèles de réseaux bidimensionnels prenant en compte les larges distributions de longueurs et d'ouvertures ont été étudiés numériquement et théoriquement. Les résultats montrent une grande diversité de structures d'écoulement allant de la fracture unique concentrant l'intégralité du flux au modèle homogène. Le type de structure d'écoulement dépend non seulement de la densité et des distributions de longueurs et de perméabilité de fractures mais aussi de l'échelle d'observation. Dans la plupart des modèles, une échelle de transition marque le passage de structures complexes extrêmement chenalisées à des milieux dans lesquels le flux se répartit dans différentes structures indépendantes. L'évolution des structures d'écoulement s'accompagne d'une dépendance d'échelle des propriétés hydrauliques telles que la perméabilité. La perméabilité croît jusqu'à la longueur de transition avant de se stabiliser aux échelles supérieures. Cette démarche de modélisation, fondée sur des observations effectuées à des échelles locales (caractéristique de la fracturation) et validée à des échelles globales (échelles du réservoir), fournit une large gamme de modèles d'écoulement admissibles et théoriquement spécifiables à partir de données de terrain. La modélisation a été étendue à la détermination de la connectivité de réseaux d'ellipses tridimensionnels.<br />Les modèles d'écoulement les plus pertinents mis au point en régime permanent ont été étudiés en régime transitoire. Les évolutions spatiales et temporelles du rabattement dépendent des propriétés topologiques et métriques du réseau de fractures. Une analyse en fonction de la distance des essais de puits effectués sur le site de Ploemeur (Morbihan) a permis d'obtenir des résultats similaires sur un site naturel. Cependant aucune correspondance totale n'a pu être dégagée, peut être à cause de la nature éventuellement tridimensionnelle du réseau naturel. Au-delà de la prédiction des tendances moyennes, les modèles étudiés sont destinés à fournir une évaluation de la précision de la prédiction en fonction de la quantité de données disponibles. Du point de vue décisionnel, il s'agit de pouvoir estimer le risque associé à la nature incomplète des données de terrain.

La motivation de cette thèse est la dissection in vivo de la MB. Cette procédure permet d'isoler les faisceaux de la MB, qui jouent un rôle particulier dans le fonctionnement du cerveau, de façon à pouvoir les analyser. L'exécution manuelle de cette tache requiert une grande connaissance du cerveau et demande plusieurs heures de travail. Le développement d'une technique automatique est donc de la plus grande importance. Le cerveau est organisé tel un réseau reliant différentes régions. Ce réseau est important pour le développement de fonctions comme le langage. Certains troubles cognitifs peuvent être expliqués par des problèmes de connexion entres régions plutôt qu'à un dommage de ces dernières. Malgré plusieurs décennies de travail sur ces réseaux, nos connaissances sur le sujet n'ont pas beaucoup évoluées depuis le début du siècle dernier. Récemment, un développement spectaculaire des techniques de l'imagerie à résonance magnétique (IRM) à permis l'étude vivant du cerveau humain. Une technique permettant l'exploration les faisceaux de la matière blanche (MB) in vivo est l'IRM de diffusion (IRMd). En particulier, la trajectographie à partir de l'IRMd facilite le traçage des faisceaux de la MB. C'est donc une technique prometteuse afin d'explorer l'aspect cognitif de l'anatomie humaine ainsi que de ses troubles. Cette thèse contient plusieurs contributions : Nous développons des moyens d'automatiser la dissection de la MB, c'est a dire le cadre mathématique nécessaire à sa compréhension. Ces outils nous permettent ensuite de développer des techniques d'analyse de la moelle épinière et de recherche de différences dans la MB entre des individus sains et schizophrènes.

Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans la problématique de l'identification de la connectivité effective, et, de ce fait, de graphes de propagation, pour détecter et quantifier les relations entre structures cérébrales impliquées lors de l'initiation et de la diffusion de crises d'épilepsie. Définie comme la possibilité de connexion offerte par une entité à des entités voisines et/ou distantes, la connectivité se décline au niveau cérébral suivant trois modes : la connectivité anatomique ou structurelle fait référence aux liens physiques qui existent entre différentes régions anatomiques du cerveau, la connectivité fonctionnelle permet de caractériser l'activité en réseau du cerveau et la connectivité effective complète les notions de connectivités structurelle et fonctionnelle en introduisant le concept d'influence causale exercée par un système neuronal sur un autre, soit directement soit indirectement. Dans cette optique, différentes approches ont été envisagées afin d'apporter des éléments de réponse à deux questions essentielles, à savoir l'identification de liaisons unilatérales et/ou bilatérales entre structures et la mise en évidence de liens directs et/ou indirects. Après avoir recensé les principales techniques de la littérature, nous nous sommes intéressés à l'indice de causalité de Granger ainsi qu'à des extensions fréquentielles et/ou conditionnées, avant d'explorer un indice de pente de phase, l'idée sous-jacente étant l'estimation de retard. Un nouvel indice construit sur la cohérence dirigée partielle a été proposé permettant non seulement de détecter des flux réciproques mais également de discriminer relations directes et indirectes entre signaux. Dans un troisième temps, nous nous sommes orientés vers des techniques plus complexes non paramétriques (à des horizons de prédiction près) relevant de la théorie de l'information et plus spécifiquement vers l'entropie de transfert. De par la subordination et la sensibilité de cette technique au choix de paramètres de calibration comme l'ordre des modèles de Markov, nous avons proposé une optimisation de l'estimation de l'ordre de ces modèles à partir du critère d'information bayésien avant de considérer une mesure d'entropie de transfert conditionnelle dans un souci d'analyse multivariée. Les différentes approches proposées ont été évaluées et comparées sur des signaux simulés suivant des processus vectoriels autorégressifs linéaires et non linéaires ainsi que sur des modèles physiologiques réalistes avant d'être appliquées sur des signaux réels enregistrés sur un modèle animal (cochon d'inde). En simulation, les résultats obtenus permettent d'établir des graphes de propagation cohérents et conformes aux modèles et, dans le cas réel, d'apprécier les variations de cette connectivité au cours du temps.

Cette thèse en anthropologie de l'environnement se focalise sur les perceptions, par des agriculteurs bretons, de deux objets choisis en tant qu'outils potentiels de résilience écologique d'éléments du paysage agricole. L'étude de l'implantation de bandes enherbées montre une pertinence écologique et sociale faible. L'imposition de la réglementation, ne laissant pas de place à l'initiative et à la valorisation des savoirs des agriculteurs, freine son acceptation sociale et ne permet pas la valorisation des spécificités écologiques locales. A l'opposé, l'étude des raisons du maintien des arbres d'émonde montre la créativité des exploitants adaptant librement cette technique traditionnelle. Ces résultats invitent à une proposition de gestion participative des bandes enherbées afin d'optimiser l'efficience de la mesure. La fréquentation de ce site par les chercheurs permet d'envisager un dialogue entre les savoirs, et de réfléchir à la légitimité de la présence des scientifiques.

En assurant la dispersion, la phase larvaire joue un role fondamental dans la dynamique des populations d'invertébrés marins à cycle de vie bentho-pélagique et détermine la connectivité au sein des métapopulations marines. La connectivité en milieu marin influence ainsi directement la dynamique des métapopulations et la persistance des populations locales, les potentialités d'expansion des espèces en réponse à des changements des conditions environnementales ou les limites biogéographiques d'aire de distribution des espèces. Dans ce contexte, le but du présent travail a été de mieux comprendre les roles relatifs joués par les processus hydrodynamiques et hydroclimatiques, et les traits d'histoire de vie des invertébrés sur la dispersion larvaire et la connectivité en milieu cotier dans le Golfe de Gascogne et la Manche occidentale. Pour répondre à cette question, une approche couplée a été mise en oeuvre, alliant l'observation in situ et la modélisation biologie-physique à deux échelles spatiales : régionale et locale. Dans le Nord du Golfe de Gascogne, la description de la distribution larvaire de trois espèces cotières de polychètes (Pectinaria koreni, Owenia fusiformis, et Sabellaria alveolata) a mis en évidence le role prépondérant de l'organisation spatiale des structures hydrologiques à méso-échelle (i.e. plumes estuariennes) dans la variabilité de la distribution des abondances larvaires. à l'échelle régionale du Golfe de Gascogne et de la Manche occidentale, la simulation lagrangienne de la dispersion larvaire en conditions hydroclimatiques réalistes a souligné l'importance de la variabilité saisonnière des conditions hydroclimatiques et des traits d'histoire de vie (mois de ponte, durée de vie larvaire, comportement natatoire) dans le transport larvaire et la connectivité entre populations. Ces résultats ont suggéré de possibles échanges larvaires depuis les populations cotières du Golfe de Gascogne vers celles de la Manche occidentale, i.e. à travers une zone de transition biogéographique. Ils ont aussi permis de tester plusieurs hypothèses sur les conséquences possibles du changement climatique sur la dispersion et la connectivité entre populations marines, i.e. via une période de ponte précoce et une durée de vie larvaire raccourcie. à l'échelle locale du Golfe Normand-Breton, un modèle eulérien de dispersion a permis d'estimer la connectivité entre les récifs biogéniques construits par une espèce à forte valeur patrimoniale, Sabellaria alveolata. Ce modèle a permis de déterminer les influences relatives de la variabilité intra- et inter-annuelle des conditions hydroclimatiques sur la connectivité, dans un contexte de gestion et de conservation d'un patrimoine naturel.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal