The local structure, atomic and magnetic structure correlated over a small length scale, of a material has a strong impact on material properties. Pair distribution function (PDF) analysis is a strong tool to investigate local structure and magnetism of this nature. This work outlines extensions to current one dimensional magnetic pair distribution functions (1D-mPDF) and the fitting of structures with symmetry breaking local atomic distortions. 1DmPDF analysis has been used to study local magnetic structure, but requires a rotational averaging of the correlations so directional information is lost, as in powder diffraction experiments. Three dimensional difference magnetic pair distribution function (3D-∆mPDF) analysis does not require this rotational averaging and preserves directional information. This is a useful tool in analyzing experimental data like single crystal neutron diffraction and studying locally anisoptropic magnetic structures. Here we present a technique and software tools to calculate the 3D-∆mPDF pattern of a given structure and give a brief analysis of the local magnetic structure of MnTe. Another problem in PDF analysis is the modeling of structures with symmetry breaking local atomic distortions. Symmetry-adapted distortion modes have been used for structural refinement in Rietveld refinement for at least 10 years; more more recently, this has also been applied to PDF data. We present here a detailed discussion of the use of symmetry-adapted modes for structural refinement using PDF data. We also outline new open-sourced software tools to apply this technique and show two analyses using symmetry-adapted structural modes.

Cette thèse porte sur des canevas méthodologiques paramétriques pour la modélisation de champs de tenseurs de structure locaux (TSL) calculés sur des images texturées. Estimé en chaque pixel, le tenseur de structure permet la caractérisation de la géométrie d’une image texturée à travers des mesures d’orientation et d’anisotropie locales. Matrices symétriques semi-définies positives, les tenseurs de structure ne peuvent pas être manipulés avec les outils classiques de la géométrie euclidienne. Deux canevas statistiques riemanniens, reposant respectivement sur les espaces métriques a ne invariant (AI) et log-euclidien (LE), sont étudiés pour leur représentation. Dans chaque cas, un modèle de distribution gaussienne et de mélange associé sont considérés pour une analyse statistique. Des algorithmes d’estimation de leurs paramètres sont proposés ainsi qu’une mesure de dissimilarité. Les modèles statistiques proposés sont tout d’abord considérés pour décrire des champs de TSL calculés sur des images texturées. Les modèles AI et LE sont utilisés pour décrire des distributions marginales de TSL tandis que les modèles LE sont étendus afin de décrire des distributions jointes de TSL et de caractériser des dépendances spatiales et multi-échelles. L’ajustement des modèles théoriques aux distributions empiriques de TSL est évalué de manière expérimentale sur un ensemble de textures composées d’un spectre assez large de motifs structuraux. Les capacités descriptives des modèles statistiques proposés sont ensuite éprouvées à travers deux applications. Une première application concerne la reconnaissance de texture sur des images de télédétection très haute résolution et sur des images de matériaux carbonés issues de la microscopie électronique à transmission haute résolution. Dans la plupart des cas, les performances des approches proposées sont supérieures à celles obtenues par les méthodes de l’état de l’art. Sur l’espace LE, les modèles joints pour la caractérisation des dépendances spatiales au sein d’un champ de TSL améliorent légèrement les résultats des modèles opérant uniquement sur les distributions marginales. La capacité intrinsèque des méthodes basées sur le tenseur de structure à prendre en considération l’invariance à la rotation, requise dans beaucoup d’applications portant sur des textures anisotropes, est également démontrée de manière expérimentale. Une deuxième application concerne la synthèse de champs de TSL. A cet e et, des approches mono-échelle ainsi que des approches pyramidales multi-échelles respectant une hypothèse markovienne sont proposées. Les expériences sont effectuées à la fois sur des champs de TSL simulés et sur des champs de TSL calculés sur des textures réelles. Efficientes dans quelques configurations et démontrant d’un potentiel réel de description des modèles proposés, les expériences menées montrent également une grande sensibilité aux choix des paramètres qui peut s’expliquer par des instabilités d’estimation sur des espaces de grande dimension. / This thesis proposes and evaluates parametric frameworks for modelling local structure tensor (LST) fields computed on textured images. A texture’s underlying geometry is described in terms of orientation and anisotropy, estimated in each pixel by the LST. Defined as symmetric non-negative definite matrices, LSTs cannot be handled using the classical tools of Euclidean geometry. In this work, two complete Riemannian statistical frameworks are investigated to address the representation of symmetric positive definite matrices. They rely on the a ne-invariant (AI) and log-Euclidean (LE) metric spaces. For each framework, a Gaussian distribution and its corresponding mixture models are considered for statistical modelling. Solutions for parameter estimation are provided and parametric dissimilarity measures between statistical models are proposed as well. The proposed statistical frameworks are first considered for characterising LST fields computed on textured images. Both AI and LE models are first employed to handle marginal LST distributions. Then, LE models are extended to describe joint LST distributions with the purpose of characterising both spatial and multiscale dependencies. The theoretical models’ fit to empirical LST distributions is experimentally assessed for a texture set composed of a large diversity of patterns. The descriptive potential of the proposed statistical models are then assessed in two applications. A first application consists of texture recognition. It deals with very high resolution remote sensing images and carbonaceous material images issued from high resolution transmission electron microscopy technology. The LST statistical modelling based approaches for texture characterisation outperform, in most cases, the state of the art methods. Competitive texture classification performances are obtained when modelling marginal LST distributions on both AI and LE metric spaces. When modelling joint LST distributions, a slight gain in performance is obtained with respect to the case when marginal distributions are modelled. In addition, the LST based methods’ intrinsic ability to address the rotation invariance prerequisite that arises in many classification tasks dealing with anisotropic textures is experimentally validated as well. In contrast, state of the art methods achieve a rather pseudo rotation invariance. A second application concerns LST field synthesis. To this purpose, monoscale and multiscale pyramidal approaches relying on a Markovian hypothesis are developed. Experiments are carried out on toy LST field examples and on real texture LST fields. The successful synthesis results obtained when optimal parameter configurations are employed, are a proof of the real descriptive potential of the proposed statistical models. However, the experiments have also shown a high sensitivity to the parameters’ choice, that may be due to statistical inference limitations in high dimensional spaces.

Une étape clé du développement de nouveaux catalyseurs est l'évaluation de leurs performances. Les tests de catalyseurs sont généralement opérés dans des unités pilotes de "petite" taille dont les avantages sont une consommation moindre de réactif et un coût d'opération plus réduit. Les réacteurs d'unité pilote ont des diamètres de l'ordre de 3 à 10 fois la taille des catalyseurs qui sont généralement des sphères ou des cylindres dont la dimension typique est 2 à 3 mm. Des données expérimentales ont mis en évidence des difficultés de répétabilité des résultats sur certains réacteurs très courts. L’objectif de ce travail est de comprendre le lien entre la micro-structure de l’empilement, qui est aléatoire et localement hétérogène, l'hydrodynamique locale et la réactivité dans des réacteurs à lit fixe de petite taille, en vue de définir des critères de conception et des méthodologies de chargement permettant d'obtenir des performances chimiques répétables. La démarche retenue est purement numérique basée sur deux codes développés à IFPEN : Grains3D pour générer numériquement l'empilement et PeliGRIFF pour simuler l'écoulement réactif dans le lit fixe. Une analyse de l'état de l'art sur le sujet donne des informations abondantes sur les lits de particules sphériques, et très peu sur les cylindres, en particulier sur les couplages écoulements et transfert/réaction. En effet, ces travaux ne permettent pas de lier les performances réactives à la structure locale hétérogène de ces empilements. Dans ce travail, la caractérisation globale et locale d'empilements de sphères et de cylindres a permis de confirmer et compléter la littérature sur certains points : porosité au centre décrite de façon approximative par les corrélations, porosité axiale, orientations des cylindres... Des variations sont présentes à l’intérieur des lits de petite taille, variations qui ne s’atténuent pas avec l’augmentation du volume d’étude et qui sont équivalentes d’un chargement à l’autre. L'étude de l'hydrodynamique dans des lits de sphères et de cylindres mono- et polydisperses a également permis de quantifier l'effet de la répétition du chargement sur la perte de pression et les champs de vitesse. Les premiers résultats d'écoulement réactif ont montré que, qualitativement, le champ de concentration dans la particule réactive est sensible à l’écoulement en présence d'une limitation interne au transfert de matière. Ces résultats préliminaires ont permis de définir une méthodologie de travail qui pourra servir pour continuer l'étude. / The evaluation of catalyst performances is needed for their development. Catalytic tests are generally operated in pilot units of "small" size. Their advantages are : the reduction of reactant consumption and the reduction of operating costs. The pilot plant reactors have diameters of about 3 to 10 times the size of the catalyst (mainly spheres and cylinders) and the results obtained should be representative of the same performance of the catalysts in industrial units whose characteristic scale is around 5 meters. Experimental data have shown unacceptable repeatability in some small size reactors. The objective of this work is to understand the link between the local micro-structure of the packed bed, which is random and locally heterogeneous, local hydrodynamics and chemical responses in fixed bed reactors of small size. This study aims to define design criteria, and packing methodologies in order to obtain repeatable results. The approach adopted for this work is essentially based on numerical simulations. Two IFPEN codes are used for this study: Grains3D which is used to generate numerically the packed bed, and PeliGRIFF to simulate the reactive flow within the reactor. Previous works give information on packing, hydrodynamics and reactive flow characterization, mostly on spheres, much less is available on cylinders. However, they do not link local structure to reactive performance of the bed. In our work, geometrical characterization of the randomly packed beds of spheres and cylinders confirm and complete literature on several points: porosity at the centre of the reactor for which the correlations are inaccurate, the effect of bed height on the axial bed porosity, cylinder orientations... Some variations are present within small size beds, variations that are not dampened with an increase of averaging volume, and are similar from one packing to another. Hydrodynamics study carried out in packed beds of spheres and cylinders of different sizes allowed to link the packing local structure to pressure drop and velocity field. Only preliminary simulations have been performed on reactive flow. First qualitative results show an evolution of the concentration field inside pellets with flow in case of internal mass transfer limitations. Continuing these preliminary results will yield to the definition of a methodology that can be used to link local structure to reactive performance in randomly fixed packed bed reactors of small size.

En dépit de l’importance considérable des matériaux alumino- et borosilicates pour la catalyse, l’origine moléculaire de leur activité demeure mal comprise. Ceci tient à la difficulté de caractériser le désordre structural local généré au sein du réseau silicaté par l’incorporation d’hétéroatomes. Le caractère local de la résonance magnétique nucléaire (RMN) à l’état solide en fait une technique adaptée pour résoudre cette question majeure. Les silicates en feuillés auto-assemblés en présence de surfactants sont d’excellents systèmes modèles pour l’étude de la structure locale autour d’hétéroatomes de B ou d’Al car la synthèse, la structure moléculaire et la signature RMN 29Si simple de leurs formes siliceuses sont parfaitement maîtrisées. L’incorporation dans leurs réseaux silicatés de différentes quantités d’Al ou de B et leurs conséquences ont été étudiées par des méthodologies avancées de RMN permettant de sonder les interactions à travers l’espace ou les liaisons chimiques entre noyaux de 29Si, 27Al, 11B et/ou 1H, une approche qui peut être étendue à la substitution atomique dans une argile aluminosilicate et un nouveau borosilicate de calcium. Ces résultats ont été combinés à la modélisation moléculaire pour construire et valider des modèles structuraux capables de décrire les distorsions et les réarrangements parfois profonds du réseau résultant de la substitution. Cela a révélé des différences frappantes entre les conséquences de l’incorporation d’Al ou de B dans deux matériaux de morphologie semblables mais de structures moléculaires différentes, et offre une occasion unique de comprendre les propriétés régissant l’incorporation d’hétéroatomes dans les silicates. / While alumino- and borosilicate materials have paramount importance in catalysis, the molecular origin of their activity is not completely understood. This is mainly because the incorporation of heteroatoms into the silicate framework deteriorates the molecular order by generating local disorder that is particularly difficult to establish. Because of its local vision of ordered and disordered environments, solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) can play a key role to solve this long-standing issue. Surfactant-directed layered silicate materials with short-range molecular order are particularly interesting model systems to study the local structures around Al or B heteroatoms because the synthesis, molecular structures, and simple 29Si NMR signatures of their pure-silicate forms are well understood. Various amounts of Al and B atoms were incorporated into their frameworks, and their consequences on the local structure were investigated by state-of-the-art multidimensional NMR measurements probing spatial proximities or bonding interactions between 29Si, 11B, 27Al, and 1H nuclei, an approach that could be extended to atomic substitution in an aluminosilicate clay and a new calcium borosilicate. These results were combined with molecular modeling to build and evaluate structural models that capture the local framework distortions and sometimes profound rearrangements resulting from the atomic substitutions. This reveals remarkable differences between the consequences of the incorporation Al or B in two distinct frameworks of otherwise strongly-related materials, and offers a unique opportunity to understand the properties that drive heteroatom incorporation.

The antiferromagnetic semiconductor MnTe has recently attracted significant interest as a potential high-performance thermoelectric material. Its promising thermoelectric properties are due in large part to short-range magnetic correlations in the paramagnetic state, which enhance the thermopower through the paramagnon drag effect. Using magnetic pair distribution function (mPDF) analysis of neutron total scattering data, we present a detailed, real-space picture of the short-range magnetic correlation in MnTe, offering a deeper view into the paramagnon drag effect and the nature of the correlated paramagnetic state. We confirm the presence of nanometer-scale antiferromagnetic correlations far into the paramagnetic state, show the evolution of the local magnetic order parameter across the N\'eel temperature T_N=307 K, and discover a spatially anisotropic magnetic correlation length. By combing our mPDF analysis with traditional atomic PDF analysis, we also gain detailed knowledge of the magnetostructural response in MnTe. We observed a spontaneous volume contraction of nearly 1\%, the largest spontaneous magnetovolume effect reported so far for any antiferromagnetic system. The lattice strain scales linearly with the local magnetic order parameter, in contrast to the quadratic scaling observed for the conventional magnetostriction properties of this technologically relevant material. Using neutron and X-ray PDF analysis, we also investigated the local distortion on MnTe and Mn-based systems, MnS and MnO as a function of temperature. Such local distortion on MnTe increases with the rise in temperature and becomes more pronounced at 500 K.

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Cette thèse traite de la reconnaissance d'entités dans les documents océrisés guidée par une base de données. Une entité peut être, par exemple, une entreprise décrite par son nom, son adresse, son numéro de téléphone, son numéro TVA, etc. ou des méta-données d'un article scientifique tels que son titre, ses auteurs et leurs affiliations, le nom de son journal, etc. Disposant d'un ensemble d'entités structurées sous forme d'enregistrements dans une base de données et d'un document contenant une ou plusieurs de ces entités, nous cherchons à identifier les entités contenues dans le document en utilisant la base de données. Ce travail est motivé par une application industrielle qui vise l'automatisation du traitement des images de documents administratifs arrivant en flux continu. Nous avons abordé ce problème comme un problème de rapprochement entre le contenu du document et celui de la base de données. Les difficultés de cette tâche sont dues à la variabilité de la représentation d'attributs d'entités dans la base et le document et à la présence d'attributs similaires dans des entités différentes. À cela s'ajoutent les redondances d'enregistrements et les erreurs de saisie dans la base de données et l'altération de la structure et du contenu du document, causée par l'OCR. Devant ces problèmes, nous avons opté pour une démarche en deux étapes : la résolution d'entités et la reconnaissance d'entités. La première étape consiste à coupler les enregistrements se référant à une même entité et à les synthétiser dans un modèle entité. Pour ce faire, nous avons proposé une approche supervisée basée sur la combinaison de plusieurs mesures de similarité entre attributs. Ces mesures permettent de tolérer quelques erreurs sur les caractères et de tenir compte des permutations entre termes. La deuxième étape vise à rapprocher les entités mentionnées dans un document avec le modèle entité obtenu. Nous avons procédé par deux manières différentes, l'une utilise le rapprochement par le contenu et l'autre intègre le rapprochement par la structure. Pour le rapprochement par le contenu, nous avons proposé deux méthodes : M-EROCS et ERBL. M-EROCS, une amélioration/adaptation d'une méthode de l'état de l'art, consiste à faire correspondre les blocs de l'OCR avec le modèle entité en se basant sur un score qui tolère les erreurs d'OCR et les variabilités d'attributs. ERBL consiste à étiqueter le document par les attributs d'entités et à regrouper ces labels en entités. Pour le rapprochement par les structures, il s'agit d'exploiter les relations structurelles entre les labels d'une entité pour corriger les erreurs d'étiquetage. La méthode proposée, nommée G-ELSE, consiste à utiliser le rapprochement inexact de graphes attribués modélisant des structures locales, avec un modèle structurel appris pour cet objectif. Cette thèse étant effectuée en collaboration avec la société ITESOFT-Yooz, nous avons expérimenté toutes les étapes proposées sur deux corpus administratifs et un troisième corpus extrait du Web / This thesis focuses on entity recognition in documents recognized by OCR, driven by a database. An entity is a homogeneous group of attributes such as an enterprise in a business form described by the name, the address, the contact numbers, etc. or meta-data of a scientific paper representing the title, the authors and their affiliation, etc. Given a database which describes entities by its records and a document which contains one or more entities from this database, we are looking to identify entities in the document using the database. This work is motivated by an industrial application which aims to automate the image document processing, arriving in a continuous stream. We addressed this problem as a matching issue between the document and the database contents. The difficulties of this task are due to the variability of the entity attributes representation in the database and in the document and to the presence of similar attributes in different entities. Added to this are the record redundancy and typing errors in the database, and the alteration of the structure and the content of the document, caused by OCR. To deal with these problems, we opted for a two-step approach: entity resolution and entity recognition. The first step is to link the records referring to the same entity and to synthesize them in an entity model. For this purpose, we proposed a supervised approach based on a combination of several similarity measures between attributes. These measures tolerate character mistakes and take into account the word permutation. The second step aims to match the entities mentioned in documents with the resulting entity model. We proceeded by two different ways, one uses the content matching and the other integrates the structure matching. For the content matching, we proposed two methods: M-EROCS and ERBL. M-EROCS, an improvement / adaptation of a state of the art method, is to match OCR blocks with the entity model based on a score that tolerates the OCR errors and the attribute variability. ERBL is to label the document with the entity attributes and to group these labels into entities. The structure matching is to exploit the structural relationships between the entity labels to correct the mislabeling. The proposed method, called G-ELSE, is based on local structure graph matching with a structural model which is learned for this purpose. This thesis being carried out in collaboration with the ITESOFT-Yooz society, we have experimented all the proposed steps on two administrative corpuses and a third one extracted from the web

The main purpose of this Thesis is the experimental characterization of the electronic and geometric structures of objects called clusters. A cluster consists of a finite group of bound atoms or molecules. Due to its finite size, it may present completely different properties than those of the isolated atom and the bulk. The clusters studied in this work are constituted by rare-gas atoms, organic molecules, and metal atoms. Intense cluster beams were created using either an adiabatic expansion source or a gas-aggregation source, and investigated by means of synchrotron radiation based photoelectron spectroscopy. The reports presented in this Thesis may be divided into three parts. The first one deals with results concerning homogeneous molecular clusters (benzene- and methyl-related clusters) highlighting how molecular properties, such as dipole moment and polarizability, influence the cluster structure. The second part focuses on studies of solvation processes in clusters. In particular, the adsorption of polar molecules on rare-gas clusters is studied. It is shown that the doping method, i.e. the technique used to expose clusters to molecules, and the fraction of polar molecules are important factors in determining the location of the molecules in the clusters. Finally, a summary of investigations performed on metal clusters is presented. The applicability of solid state models to analyse the cluster spectra is considered, and the differences between the atomic, cluster and solid electronic structures are discussed.

La Libye est l’un des pays arabes les plus importants du fait de sa grande richesse pétrolière, ainsi que de sa situation stratégique, en bord de Méditerranée et proche du Sud de l’Europe. Cependant, depuis son indépendance en 1951, elle a connu différents mouvements politiques ayant généré une influence considérable sur tous les domaines de la vie en Libye ; de ce fait, cette étude traite en premier lieu l’influence des mouvements politiques, de l’indépendance en 1951 jusqu’à la chute de Kadhafi en 2011, sur l’organisation des pouvoirs publics territoriaux. Cette influence s’est caractérisée par une instabilité de cette organisation ainsi que de l’aménagement du territoire. Se basant sur cette réalité, nous avons analysé dans cette étude les moyens mis en place par les gouverneurs libyens d’utiliser cette organisation dans le but de garantir la permanence de leur pouvoir, en maintenant notamment une constante insécurité juridique et administrative. Cette instabilité organisationnelle et l’insécurité juridique ont eu un impact majeur sur le processus d’aménagement du territoire. En effet, les pouvoirs territoriaux devraient être en mesure de tenir un rôle large afin de mener à bien ce processus, rôle issu des rapports directs qu’ils entretiennent avec le peuple et ses besoins. Cette relation devrait constituer le principe premier de l’organisation des pouvoirs à tous les niveaux. Ainsi en deuxième lieu, nous avons étudié l’influence de l’insécurité juridique et de l’instabilité de l’organisation des pouvoirs territoriaux sur le processus d’aménagement du territoire. Cet impact est relatif à la répartition des compétences en planification urbaine et aux appareils locaux de contrôle, ce qui a entrainé à son tour un arrêt de l’élaboration et de la mise en œuvre des plans et des schémas de développement. De tels troubles ne pouvaient que mener à une remise en question de l’efficacité des solutions proposées par les autorités compétentes pour réduire les problèmes de l’accès aux services nécessaires pour tous les citoyens. / Libya is one of the most important Arab countries due to its great oil wealth and its strategic geographic position, along the Mediterranean sea and close to southern Europe. However, since it’s independence in 1951, it has experienced different political movements which had left a great influence, on all aspects of life in Libya. From this fact, our study deals first of all with the influence of political movements, since independence in 1951 until the fall of Qaddafi in 2011, and the structure of locale public territorial authorities. This infuence has been characterized by the instability of the organization and the planning of local public territorial authorities. This study is based on the analysis, which is the use of the instability as mean to ensure the durability of power, including maintaining a constant legal and administrative uncertainty. This territorial structure instability and legal uncertainty has had a major impact on the process of planning of local government. Indeed, the territorial authority should be able to carry out this process, and playing a role which comes from a direct relationship of the people and their needs. This relationship should be the first principle of the organization of power at all levels. Secondly, we studied the influence of legal uncertainty and instability in the organization of territorial authorities on the process of planning at the local level. This impact is linked to the sharing of competences in urban planning and local control apparatus, which in turn led to an interruption of the enlargement and implementation of plans and development schemes. Such disorders could only lead to troubling the effectiveness of solutions proposed by the competent authorities to reduce the problems of access to necessary services required by all citizens.

Tato práce se zabývá detekcí a segmentací mozkového nádoru v multisekvenčních MR obrazech se zaměřením na gliomy vysokého a nízkého stupně malignity. Jsou zde pro tento účel navrženy tři metody. První metoda se zabývá detekcí prezence částí mozkového nádoru v axiálních a koronárních řezech. Jedná se o algoritmus založený na analýze symetrie při různých rozlišeních obrazu, který byl otestován na T1, T2, T1C a FLAIR obrazech. Druhá metoda se zabývá extrakcí oblasti celého mozkového nádoru, zahrnující oblast jádra tumoru a edému, ve FLAIR a T2 obrazech. Metoda je schopna extrahovat mozkový nádor z 2D i 3D obrazů. Je zde opět využita analýza symetrie, která je následována automatickým stanovením intenzitního prahu z nejvíce asymetrických částí. Třetí metoda je založena na predikci lokální struktury a je schopna segmentovat celou oblast nádoru, jeho jádro i jeho aktivní část. Metoda využívá faktu, že většina lékařských obrazů vykazuje vysokou podobnost intenzit sousedních pixelů a silnou korelaci mezi intenzitami v různých obrazových modalitách. Jedním ze způsobů, jak s touto korelací pracovat a používat ji, je využití lokálních obrazových polí. Podobná korelace existuje také mezi sousedními pixely v anotaci obrazu. Tento příznak byl využit v predikci lokální struktury při lokální anotaci polí. Jako klasifikační algoritmus je v této metodě použita konvoluční neuronová síť vzhledem k její známe schopnosti zacházet s korelací mezi příznaky. Všechny tři metody byly otestovány na veřejné databázi 254 multisekvenčních MR obrazech a byla dosáhnuta přesnost srovnatelná s nejmodernějšími metodami v mnohem kratším výpočetním čase (v řádu sekund při použitý CPU), což poskytuje možnost manuálních úprav při interaktivní segmetaci.