L’ischémie aigüe (restriction de la perfusion suite à l’infarctus du myocarde) induit des changements majeurs des propriétés électrophysiologique du tissu ventriculaire. Dans la zone ischémique, on observe une augmentation du potassium extracellulaire qui provoque l’élévation du potentiel membranaire et induit un "courant de lésion" circulant entre la zone affectée et saine. Le manque d’oxygène modifie le métabolisme des cellules et diminue la production d’ATP, ce qui entraîne l’ouverture de canaux potassique ATP-dépendant. La tachycardie, la fibrillation ventriculaire et la mort subite sont des conséquences possibles de l’ischémie. Cependant les mécanismes responsables de ces complications ne sont pas clairement établis. La création de foyer ectopique (automaticité), constitue une hypothèse intéressante expliquant la création de ses arythmies. Nous étudions l’effet de l’ischémie sur l’automaticité à l’aide d’un modèle mathématique de la cellule ventriculaire humaine (Ten Tusscher, 2006) et d’une analyse exhaustive des bifurcations en fonction de trois paramètres : la concentration de potassium extracellulaire, le "courant de lésion" et l’ouverture de canaux potassiques ATP-dépendant. Dans ce modèle, nous trouvons que seule la présence du courant de lésion peut entrainer une activité automatique. Les changements de potassium extracellulaire et du courant potassique ATP-dépendant altèrent toutefois la structure de bifurcation. / Acute ischemia (restriction in blood supply to part of the heart which can result in myocardial infarction) induces major changes in the electrophysiological properties of the ventricular tissue. Extracellular potassium concentration increases in the ischemic zone, leading to an elevation of the resting membrane potential that creates an “injury current” between the infarcted and the healthy zone. In addition, the lack of oxygen impairs the metabolic activity of the myocytes and decreases ATP production, thereby affecting ATP-sensitive potassium channels. A frequent complication of myocardial infarction is tachycardia, fibrillation and sudden cardiac death, but the mechanisms underlying their initiation are still debated. One hypothesis is that these arrhythmias may be triggered by abnormal automaticity. We have investigated the effect of ischemia on myocyte automaticity by performing a comprehensive bifurcation analysi(fixed points, cycles and their stability) of a human ventricular myocyte model (Ten Tusscher, 2006) as a function of three ischemia-relevant parameters: extracellular potassium, injury current, and ATP-sensitive potassium current. In this single-cell model, we found that automatic activity was possible only in the presence of an injury current. Changes in extracellular potassium and ATP-sensitive potassium current significantly altered the bifurcation structure as a function of IS, including the occurrence of early-after-depolarization. The results provide a sound basis for studying higher-dimensional tissue structures representing an ischemic heart.

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

L'un des buts de la biologie des systèmes est, à l'aide de données expérimentales, de proposer un modèle si possible quantitatif, permettant d'inférer les causes microscopiques (interactions moléculaires) menant aux conséquences macroscopiques qui sont observées par expérimentation. Un tel modèle est dit explicatif. S'il est suffisamment complet, il peut être aussi prédictif, c'est-à-dire permettre de fournir des résultats qui seront confirmés par des expériences futures, et donc dans certaines limites permettre de faire des expériences in silico pertinentes. Une partie de mes travaux de recherche au cours des dix dernières années a été de réaliser un systéme de simulation intégré, HSIM, le plus complet possible, offrant à la fois une simplicité d'utilisation pour le modélisateur et un grand pouvoir d'expression permettant de prédire la dynamique de modèles issus de domaines très variés de la biologie. Le langage de description de HSIM permet de décrire de façon générique des modèles aussi divers que des réseaux métaboliques, des réseaux d'interaction géniques, ainsi que le couplage de ces deux types de réseaux; le mécanisme de réplication de l'ADN couplé à la transcription et la traduction des gènes pour étudier l'influence de la réplication sur la dynamique de réseaux d'interaction entre ces gènes; des modèles permettant de montrer des phénomènes d'auto-organisation spatiale et leur influence sur la dynamique globale du système, etc. En collaboration avec l'équipe de Franck Molina du laboratoire Sysdiag à Montpellier, je me suis intéressé à la conception et à la réalisation de bio-calculateurs artificiels utilisant des composants logiques implémentés à l'aide de réseaux métaboliques permettant de détecter les marqueurs d'une pathologie particulière (cancer colorectal, néphropathie diabétique) et de faire un calcul programmé pour fournir une réponse intégrée, par exemple sous forme colorimétrique. Des premiers résultats ont été obtenus lors la thèse de Stéphanie Rialle, à laquelle j'ai contribué de façon informelle. Je continue mes recherches dans cette voie en co-encadrant une thèse qui porte sur la définition et la conception de composants logiques enzymatiques, et sur la conception d'outils informatiques permettant de réaliser et de tester in silico des réseaux métaboliques artificiels réalisant un calcul donné.

La maquette numérique d'un produit occupe une position centrale dans le processus de développement de produit. Elle est utilisée comme représentation de référence des produits, en définissant la forme géométrique de chaque composant, ainsi que les représentations simplifiées des liaisons entre composants. Toutefois, les observations montrent que ce modèle géométrique n'est qu'une représentation simplifiée du produit réel. De plus, et grâce à son rôle clé, la maquette numérique est de plus en plus utilisée pour structurer les informations non-géométriques qui sont ensuite utilisées dans diverses étapes du processus de développement de produits. Une demande importante est d'accéder aux informations fonctionnelles à différents niveaux de la représentation géométrique d'un assemblage. Ces informations fonctionnelles s'avèrent essentielles pour préparer des analyses éléments finis. Dans ce travail, nous proposons une méthode automatisée afin d'enrichir le modèle géométrique extrait d'une maquette numérique avec les informations fonctionnelles nécessaires pour la préparation d'un modèle de simulation par éléments finis. Les pratiques industrielles et les représentations géométriques simplifiées sont prises en compte lors de l'interprétation d'un modèle purement géométrique qui constitue le point de départ de la méthode proposée.

De nos jours, le développement rapide des systèmes électroniques complexes multiplie les sources de perturbations électromagnétiques, auxquelles un nombre de circuits actuels deviennent de plus en plus susceptibles. Il devient donc indispensable de prédire les comportements des circuits intégrés vis-à-vis de ces perturbations, qu'elles soient conduites ou rayonnées. Cette thèse propose donc une méthodologie de simulation de l'immunité conduite et rayonnée des circuits intégrés dans leur environnement. Les travaux ont été menés sur un circuit intégré multi-coeur précédemment utilisé pour l'étude des techniques de réduction des émissions parasites. Celui-ci a permis, en sus de la méthodologie déjà citée, d'identifier quelques règles de conception en vue d'une meilleure immunité électromagnétique. Le premier chapitre est consacré à l'étude des origines des perturbations électromagnétiques et de leurs influences sur le comportement des circuits intégrés, ainsi que des méthodes de mesure de la susceptibilité en modes conduit et rayonné, en harmonique et en transitoire. Les chapitres 2 et 3 présentent des modèles électriques complets pour la simulation de l'immunité en mode conduit d'un circuit intégré, respectivement en harmonique (DPI - Direct Power Injection) et en transitoire (VF-TLP - Very Fast Transmission Line Pulsing). Les pertes en puissance ainsi que le substrat du circuit intégré ont également été modélisés. Dans le chapitre 4, un modèle de simulation d'injection en champ proche (en mode rayonné) est introduit et validé par des mesures de susceptibilité effectuées sur des circuits en boîtier avec et sans couvercle. Enfin, l'utilisation de diverses techniques de réduction de l'émission parasite des circuits intégrés pour la diminution conjointe de leur susceptibilité en modes conduit et rayonné est étudiée et discutée dans le chapitre 5. Les perspectives de cette thèse couvrent la prédiction avant fonderie de l'immunité des circuits intégrés aux agressions externes ainsi que la fourniture de leurs modèles pour la simulation d'immunité au niveau carte et au niveau système.

CETTE THESE TRAITE DU PROBLEME DE LA LOCALISATION DANS UN ENVIRONNEMENT TRIDIMENSIONNEL (3D) D'UN ROBOT MOBILE AUTONOME, AINSI QUE DE CELUI DE LA MODELISATION DE TERRAIN. DEUX DOMAINES TYPIQUES D'APPLICATION DE CE TRAVAIL SONT LA ROBOTIQUE MOBILE D'INTERVENTION (SECURITE CIVILE,) ET L'EXPLORATION PLANETAIRE. LA CONTRIBUTION DE LA THESE SE SITUE SURTOUT AU NIVEAU DE LA LOCALISATION D'UN ROBOT DANS UN ENVIRONNEMENT SEMI-STRUCTURE OU NON STRUCTURE. UN ETAT DE L'ART CONCERNANT D'UNE PART LES PRINCIPAUX CAPTEURS UTILISABLES, ET D'AUTRE PART LA MODELISATION, EST PRESENTE. L'ACCENT EST MIS SUR LES CAPTEURS INERTIELS ET SUR LA MODELISATION DE FORMES NON STRUCTUREES ; LE CHOIX DES CAPTEURS UTILISES, AINSI QUE CELUI DES PRIMITIVES GEOMETRIQUES RETENUES, SONT JUSTIFIES. DANS UN PREMIER TEMPS, UNE APPROCHE POUR LA LOCALISATION DU ROBOT A L'AIDE D'AMERS DE TYPE STRUCTURE, MAIS EVENTUELLEMENT NATURELS, EST PRESENTEE. LE PROBLEME DE LA FUSION INCREMENTALE D'UN MODELE DE LOCALISATION BASE SUR DES PRIMITIVES HETEROGENES, A PARTIR DE LA DETECTION DE LIGNES VERTICALES (ARBRES, COLONNES) OU DE MURS, EST TRAITE. PLUSIEURS APPROCHES POUR LE RECALAGE DE LA POSITION DU ROBOT ET LA FUSION DES DONNEES HETEROGENES SONT COMPAREES. UNE STRATEGIE DE CHOIX DES DIFFERENTS AMERS EST ENFIN PROPOSEE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, LE PROBLEME DE LA MODELISATION DE TERRAIN ACCIDENTE ET DU RECALAGE SUR DES CARACTERISTIQUES NON STRUCTUREES DE L'ENVIRONNEMENT EST ABORDE. UNE METHODE DE MODELISATION DU TERRAIN PAR HIERARCHIE DE B-SPLINES EST PROPOSEE, ET LA CONSTRUCTION INCREMENTALE DU MODELE DE TERRAIN EST TRAITEE. LE MODELE ANALYTIQUE OBTENU PERMET D'EXTRAIRE DIVERS INVARIANTS 3D, COMME DES MAXIMA D'ALTITUDE OU DES POINTS DE FORTE COURBURE ; L'ASPECT MULTI-RESOLUTION PERMET DE FOCALISER PROGRESSIVEMENT LA RECHERCHE DE TELLES CARACTERISTIQUES. FINALEMENT, UNE METHODE DE LOCALISATION FAISANT COOPERER L'EXTRACTION DE CARACTERISTIQUES AVEC DES TECHNIQUES DE TYPE CORRELATION EST PROPOSEE. LES DIFFERENTES METHODES DEVELOPPEES ONT FAIT L'OBJET D'UNE VALIDATION SUR PLUSIEURS ROBOTS MOBILES EXPERIMENTAUX

Ce manuscrit étudie la coexistence de réseaux fixes et de réseaux spontanés dans le coeur d'Internet. Plus particulièrement, on étudie le problème du routage dans un certain type de système autonome (AS) appelé AS hybrides, qui contiennent à la fois des réseaux ad hoc sans fil et des réseaux filaires. L'approche proposée dans ce manuscrit est d'adapter des protocoles actuellement utilisés dans les AS au coeur d'Internet, typiquement basés sur l'algorithme à état des liens, pour leur permettre d'opérer dans les réseaux ad hoc (MANETs) comme dans les réseaux filaires. Le manuscrit analyse donc l'utilisation du routage à état de liens dans les réseaux ad hoc. Différentes techniques sont ensuite proposées et évaluées théoriquement, dans le but d'optimiser la performance des protocoles à état de liens dans les AS hybrides. Le manuscrit étudie alors l'impact de ces techniques lorsqu'elles sont appliquées à OSPF, l'un des principaux protocoles actuellement utilisés dans les AS. Les performances d'OSPF dans les MANETs utilisant les différentes techniques étudiées sont ensuite analysées au moyen de simulations. Pour finir, le fonctionnement du protocole OSPF utilisant certaines des techniques étudiées est évalué au moyen d'expériences sur un réseau test réel.

L'exploration de l'espace de conception au niveau système est effectuée tôt dans le flot de conception des systèmes embarqués et des systèmes sur puce. L'objectif est d'identifier un partitionnement matériel / logiciel approprié qui réponde à un ensemble de contraintes concernant la fonctionnalité, la performance, la surface de silicium, la consommation d'énergie, etc. Lors des étapes de conception précoces, des modèles de système précis, tels que des modèles RTL, peuvent être encore indisponibles. Par ailleurs, la complexité de ces modèles présente l'inconvénient d'être exigeant et lent dans la vérification. Il est communément admis que le seul remède à ce problème est l'abstraction, ce qui a engendré l'apparition de plates-formes virtuelles basées sur des techniques telles que la modélisation au niveau transactionnel. Étant non fonctionnels, les modèles \textit{approximately timed} vont encore plus loin en faisant l'abstraction de données simplement selon leur présence ou absence et en introduisant des instructions symboliques. La méthodologie DIPLODOCUS et son profil UML correspondant réalisent les abstractions susmentionnées. La méthodologie s'appuie sur l'approche en Y, qui traite des fonctionnalités (appelées application) et leur réalisation (appelée architecture) de manière orthogonale. La sémantique formelle de DIPLODOCUS ouvre conjointement la voie à la simulation et à la vérification formelle, ce qui a été démontré préalablement a ce travail. Cette thèse propose des améliorations à la méthodologie qui permettent la vérification des propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles. Au début, nous nous concentrons sur la façon dont les propriétés fonctionnelles sont exprimées. Puisque la vérification des modèles de haut niveau est habituellement réalisée avec la logique temporelle, nous suggérons une façon plus intuitive qui correspond au niveau d'abstraction du modèle qui doit être vérifié. Le langage graphique, mais formel nommé TEPE est la première contribution de ce travail. Pour atteindre un niveau élevé de confiance en vérification dans un délai raisonnable, le modèle doit être exécuté efficacement. La deuxième contribution vise donc une sémantique d'exécution pour les modèles DIPLODOCUS et une stratégie de simulation qui s'appuie sur l'abstraction. L'avantage est qu'une granularité grossière du modèle d'application se traduit directement par une augmentation de la vitesse de simulation. Comme troisième contribution, nous présentons un compromis entre la couverture limitée de la simulation et l'exhaustivité des techniques formelles. Lorsqu'il s'agit de modèles complexes, l'exhaustivité peut être entravée par le problème d'explosion combinatoire. En raison de l'abstraction de données, les modèles d'application DIPLODOCUS comportent des opérateurs non-déterministes. La simulation à couverture élargie vise à exploiter un sous-ensemble, ou bien l'intégralité, des valeurs des variables aléatoires. Par conséquent, une analyse statique des modèles DIPLODOCUS est effectuée et les informations caractérisant la partie significative de l'espace d'état de l'application sont propagées au simulateur. Enfin, nous fournissons des preuves de l'applicabilité des contributions par le biais d'une étude de cas dans le domaine du traitement du signal. Il sera démontré que les propriétés courantes se traduisent aisément en TEPE. Par ailleurs, la simulation rapide et sa couverture élargie fournissent des indications pertinentes qui sont susceptibles d'aider le développeur à configurer une plate-forme radio logicielle.

Le scanner laser aéroporté est une technique d'imagerie très prometteuse, notamment pour l'observation des zones forestières. En particulier, la déclinaison "onde complète", qui consiste à enregistrer l'intégralité du signal lumineux réfléchi par la scène suite à l'émission d'une impulsion laser, permet de sonder les couverts végétaux en profondeur. De nombreux systèmes commerciaux sont disponibles et d'ores et déjà utilisés en particulier en topographie ou en bathymétrie. Mais ces systèmes ne sont pas dédiés à l'observation de la végétation. L'objectif de cette thèse est l'étude de l'intérêt de ces systèmes pour la reconstruction géométrique des modèles numériques de terrain sous couvert végétal, et le développement d'outils qui permettront d'optimiser les performances des systèmes lidar onde complète dans ce but. Dans un premier temps, nous avons développé un modèle physique de lidar onde complète adapté à la simulation de l'observation de scènes de végétation. Le modèle DELiS (n-Dimensional Estimation of Lidar Signals) permet de simuler l'observation de scènes de végétation complexes et réalistes, tout en incluant la prise en compte de l'environnement extérieur (atmosphère, soleil) ainsi que des bruits de mesure. Une fois le modèle DELiS validé par confrontation à des résultats analytiques, nous avons utilisé ses capacités de simulation afin d'étudier l'intérêt du lidar onde complète pour la reconstruction d'un modèle numérique de terrain sous couvert végétal. Dans ce but, nous avons mis en place une méthode originale de traitement et de classification des données lidar onde complète permettant de séparer les échos lidar provenant du sol de ceux provenant de la végétation. Grâce à ces données classifiées, nous pouvons ensuite reconstruire la géométrie du sol et des objets initialement occultés par la végétation. Enfin, nous nous intéresserons à la possibilité de combiner des données aéroportées acquises sous différents points de vue afin d'améliorer les reconstructions. Mis à part le développement d'un outil opérationnel de simulation de la mesure lidar onde complète, qui pourra servir de support à de nombreuses études ainsi qu'au développement et au dimensionnement de nouveaux instruments, nous avons pu démontrer dans cette thèse que le scanner laser aéroporté onde complète pouvait permettre d'obtenir en milieux forestier des reconstructions de la géométrie du terrain à des résolutions sub-métriques et avec une précision de l'ordre de 10 à 20 centimètres. La combinaison des visées multi-angulaire permet, par l'apport d'une quantité importante d'information supplémentaire, d'améliorer encore les reconstructions. Nous montrons cependant que les visées inclinées sont plus sensibles à la présence des troncs et branchages des arbres, éléments qui sont susceptibles d'introduire une erreur importante dans les processus de classification et de reconstruction. Pour cette raison, nous recommandons l'utilisation de la visée nadir pour la reconstruction mono-vue des modèles numériques de terrain, et nous proposons une méthode permettant de choisir de façon optimale les visées inclinées à ajouter pour l'observation détaillée d'une portion plus restreinte de la scène.

La qualité des pièces découpées pour les industries électroniques et micromécaniques est appréciée via trois critères principaux : le niveau de bavure, l'aspect du bord découpé et la précision dimensionnelle. Or, l'étude de la qualité des pièces découpées ne peut se faire sans une compréhension de l'usure des poinçons. Ainsi, des méthodes de mesure en continu et in situ de l'usure ont été mises au point et validées, soit l'activation superficielle et la mesure par double réplique. Ainsi, il a été possible de suivre l'influence d'un certain nombre de paramètres du procédé sur l'évolution de l'usure lors du découpage. Par ailleurs, nous avons mis au point une méthode de quantification de la bavure sur la totalité du contour découpé. Il a ainsi été possible d'étudier l'évolution de la bavure au cours de la découpe. L'aspect des bords découpés a été examiné grâce à des relevés topographiques permettant le suivi de son évolution. Ainsi, une corrélation entre la cinétique d'usure des poinçons et l'apparition de la bavure a été établi. De plus, une simulation expérimentale de l'usure des poinçons a été entreprise. Un dispositif expérimental de tribométrie a été conçu et installé sur la ligne de presse, simulant les conditions de frottement d'un poinçon sur une tôle. Il a permis d'évaluer l'abrasivité des tôlesminces vis-à-vis des poinçons. Par ailleurs, une modélisation numérique de l'opération de découpage par éléments finis a été entreprise, permettant d'approcher le profil d'usure d'un poinçon de géométrie cylindrique. Et par conséquent la possibilité de prédire son évolution en fonction du nombre de pièces découpées devient accessible en fonction des paramètres du procédé