La fusion d’images TDM de phase artérielles et veineuses est cruciale afin d’assurer une meilleure planification chirurgicale. Cependant, le recalage non-rigide d’images abdominales est encore un challenge à cause de la respiration qui fait glisser les viscères abdominaux le long de la paroi abdominale, créant ainsi un champ de déformation discontinu. L’objectif de cette thèse est de fournir un outil de recalage précis pour les images TDM multi-phases de l’abdomen.Comme la zone de glissement dans l’abdomen est difficile à segmenter, nous avons d’abord implémenté deux outils de segmentation interactifs permettant une délinéation en 10 minutes de la paroi abdominale et du diaphragme. Pour intégrer ces zones de glissement comme a priori, nous réalisons le recalage sur de nouvelles images dans lesquelles la paroi abdominale et les viscères thoraciques ont été enlevés. Les évaluations sur des données de patient ont montré que notre approche fournit une précision d’environ 1 mm. / The fusion of arterial and venous phase CT images of the entire abdominal viscera is critical for a better diagnosis, surgi-cal planning and treatment, since these two phase images contain complementary information. However, non-rigid regis-tration of abdominal images is still a big challenge due to the breathing motion, which causes sliding motion between the abdominal viscera and the abdo-thoracic wall. The purpose of this thesis is to provide an accurate registration method for abdominal viscera between venous and arterial phase CT images.In order to remove the sliding motion effect, we decide to separate the image into big motion and less motion regions, and perform the registration on new images where abdo-thoracic wall and thoracic viscera are removed. The segmentation of these sliding interfaces is completed with our fast interactive tools within 10 minitues. Two state-of-the-art non-rigid registration algorithms are then applied on these new images and compared to registration obtained with original images. The evaluation using four abdominal organs (liver, kidney, spleen) and several vessel bifurcations shows that our approach provides a much higher accuracy within 1 mm.

En France, la vidéo surveillance est actuellement présenté comme un élément clef de la prévention des crimes, et le nombre de caméras installées dans les lieux publiques a triplé en 2009, passant de 20 000 à 60 000. Malgré le débat généré dans l’opinion publique, il semblerait qu’aucun gouvernement ne souhaite freiner l’utilisation de ces mesures de surveillance. Si l’on met de côté le débat social, d’un point de vue strictement scientifique, ces systèmes de surveillance offrent des bases de données riches et de vrai perspective de recherche en multimédia. Dans ce manuscrit, nous nous sommes concentré sur le développement de méthodes de suivi d’objets multiples non-rigides dans un environnement multi-caméra à l’aide de filtrage à particules. Nous d´ecrirons, dans un premier temps, une méthode de suivi multi-résolution par filtrage à particules avec contrôle de consistance. Cette méthode fut appliquée au suivi d’un seul objet non rigide dans des vidéos dont le nombre d’images pas seconde étaient faible et variable. Elle est etendue pour suivre des objets multiples par filtrage à particules avec double contrôles de consistance. Elle est notamment appliquée pour le défi de TRECVID 2009. An analyse d’événements est finalement ajoutée. Notre méthode de suivi est ensuite étendue d’une seule caméra vers de multiples caméras. Elle fut utilisée pour le suivi d’un objet non-rigide par interaction de caméras. Enfin, une méthode de suivi par filtrage à particules d’objets multiples avec analyse d’événement a été définie pour le suivi de deux objets non-rigides dans un environnement à deux caméras. Notre système peut êre facilement adaptées à de nombreux types de vidéo surveillance car aucune information sur les scènes n’est pré-requise. / The video surveillance is believed to play a so important role in the crime prevention that only in France, the number of cameras installed at public thoroughfare was tripled in the year 2009, from 20 000 to 60 000. Even though its increasing use has triggered a large debate about security versus privacy, it seems that no government has a willingness to stop the surveillance popularity. However, if we just put aside this social anxiety, from the scientific point of view, millions of surveillance systems do offer us a rich database and an exciting motivation for the multimedia research. We focus on the multiple non-rigid object tracking based on the Particle Filter method in multiple camera environments in this dissertation. The method of Multi-resolution Particle Filter Tracking with Consistency Check is firstly introduced as the basis of our tracking system. It is especially used for single non-rigid object tracking in videos of low and variable frame rate. It is then extended to track multiple non-rigid objects, denoted as Multi-object Particle Filter Tracking with Dual Consistency Check. It is in particularly applied to the challenge TRECVID 2009. An automatic semantic event detection and identification is integrated at last. Our tracking method is later extended from mono-camera to multi-camera environments. It is used for the single non-rigid object tracking with the interaction of cameras. Finally, a system named Multi-object Particle Filter Tracking with Event analysis is designed for tracking two non-rigid objects in two-camera environments. Our tracking system can be easily applied to various video surveillance systems since no prior knowledge of the scene is required.

Les mousses rigides constituent une classe très importante de matériaux de par leur large champ d’applications et de leur poids économique considérable. Le développement de mousses à base de tannins a permis d’obtenir des matériaux issus à 90% de produits naturels. Dans ce travail, un type de tannins très réactif dit « procyanidine », a été employé. Les formulations et la technologie de fabrication de mousses rigides ont été développées à partir de tannins extraits d’écorce de pin et d’épicéa. Dans un premier temps, la composition et la réactivité des tannins ont été étudiées. Ensuite, l’étude du processus de moussage des résines à base de ces tannins a permis l’élaboration d’une large gamme de mousses rigides tannin-furanique. Leur excellente résistance au feu, leur résistance mécanique et leur haute performance thermique en font des matériaux d’isolation de haute qualité. Ces mousses peuvent également être employées comme absorbeurs acoustiques. De plus, de nouveaux solides cellulaires à base de tannins et de protéine ont également été développés, proposant ainsi un nouveau type de matériaux issu de produits naturels / Rigid foams contitute a very important class of materials considering their wide application range and their considerable economic impact. The development of tannin-based foams provided materials made from 90% natural products.In this work, a type of tannins highly reactive, namely « procyanidin », was used. First, tannins composition and reactivity were studied. Then, the foaming process investigation of tannin-based resins leads to a wide pannel of tannin-furanic rigid foams. Their excellent fire resistance, mechanical resistance and high thermal performance make them high quality insulation materials. These foams are also suitable for other applications such acoustic absorption. Thus, new cellular solids from tannin and protein were also developped, offering a new type of materials derived from natural products

Afin d’étudier les classes d'isotopie rigide des courbes rationnelles nodales de degré 5 dans RPP, nous associons à chaque quintique avec un point double réel marque une courbe trigonale dans la surface de Hirzebruch Sigma3 et le dessin reel nodal correspondant dans CP/(z mapsto bar{z}). Les dessins sont des versions réelles, proposées par S. Orevkov dans cite{Orevkov}, des dessins d'enfants de Grothendieck. Un dessin est un graphe contenu dans une surface topologique, muni d'une certaine structure supplémentaire. Dans cette thèse, nous étudions les propriétés combinatoires et les recompositions des dessins correspondants aux courbes trigonales nodales C subset Sigma dans les surfaces réglées réelles Sigma . Les dessins uninodaux sur une surface a bord quelconque et les dessins nodaux sur le disque peuvent être décomposés en blocs correspondant aux dessins cubiques sur le disque D2 , ce qui conduit a une classification des ces dessins. La classification des dessins considérés mène à une classification à isotopie rigide des courbes rationnelles nodales de degré 5 dans RPP. / In order to study the rigid isotopy classes of nodal rational curves of degree $5$ in $\RPP$, we associate to every real rational quintic curve with a marked real nodal point a trigonal curve in the Hirzebruch surface $\Sigma_3$ and the corresponding nodal real dessin on~$\CP/(z\mapsto\bar{z})$. The dessins are real versions, proposed by S. Orevkov~\cite{Orevkov}, of Grothendieck's {\it dessins d'enfants}. The {\it dessins} are graphs embedded in a topological surface and endowed with a certain additional structure. We study the combinatorial properties and decompositions of dessins corresponding to real nodal trigonal curves~$C\subset \Sigma$ in real ruled surfaces~$\Sigma$. Uninodal dessins in any surface with non-empty boundary and nodal dessins in the disk can be decomposed in blocks corresponding to cubic dessins in the disk~$\mathbf{D}^2$, which produces a classification of these dessins. The classification of dessins under consideration leads to a rigid isotopy classification of real rational quintics in~$\RPP$.

Cette thèse présente des méthodes d’imagerie pour l’analyse du mouvement cardiaque afin de permettre des statistiques groupées, un diagnostic automatique et une étude longitudinale. Ceci est réalisé en combinant des méthodes d’apprentissage et de modélisation statistique. En premier lieu, une méthode automatique de segmentation du myocarde est définie. Pour ce faire, nous développons une méthode de recalage très rapide basée sur des réseaux neuronaux convolutifs qui sont entrainés à apprendre le recalage cardiaque inter-sujet. Ensuite, nous intégrons cette méthode de recalage dans une pipeline de segmentation multi-atlas. Ensuite, nous améliorons des méthodes de suivi du mouvement cardiaque afin de définir des représentations à faible dimension. Deux méthodes différentes sont développées, l’une s’appuyant sur des sous-espaces barycentriques construits sur des frames de référence de la séquence et une autre basée sur une représentation d’ordre réduit du mouvement avec des transformations polyaffine. Enfin, nous appliquons la représentation précédemment définie au problème du diagnostic et de l’analyse longitudinale. Nous montrons que ces représentations en- codent des caractéristiques pertinentes permettant le diagnostic des patients atteint d’infarct et de Tétralogie de Fallot ainsi que l’analyse de l’évolution dans le temps du mouvement cardiaque des patients atteints de cardiomyopathies ou d’obésité. Ces trois axes forment un cadre pour l’étude du mouvement cardiaque de bout en bout de l’acquisition des images médicales jusqu’à leur analyse automatique afin d’améliorer la prise de décision clinique grâce à un traitement personnalisé assisté par ordinateur. / This thesis presents image-based methods for the analysis of cardiac motion to enable group-wise statistics, automatic diagnosis and longitudinal study. This is achieved by combining advanced medical image processing with machine learning methods and statistical modelling. The first axis of this work is to define an automatic method for the segmentation of the myocardium. We develop a very-fast registration method based on convolutional neural networks that is trained to learn inter-subject heart registration. Then, we embed this registration method into a multi-atlas segmentation pipeline. The second axis of this work is focused on the improvement of cardiac motion tracking methods in order to define relevant low-dimensional representations. Two different methods are developed, one relying on Barycentric Subspaces built on ref- erences frames of the sequence, and another based on a reduced order representation of the motion from polyaffine transformations. Finally, in the last axis, we apply the previously defined representation to the problem of diagnosis and longitudinal analysis. We show that these representations encode relevant features allowing the diagnosis of infarcted patients and Tetralogy of Fallot versus controls and the analysis of the evolution through time of the cardiac motion of patients with either cardiomyopathies or obesity. These three axes form an end to end framework for the study of cardiac motion starting from the acquisition of the medical images to their automatic analysis. Such a framework could be used for diagonis and therapy planning in order to improve the clinical decision making with a more personalised computer-aided medicine.

Réussir le forage d'un puits pétrolier le plus rapidement possible et à moindre coût est devenu un défi continu pour les professionnels du secteur. Pour relever ce défi, un bon dimensionnement des installations de forage s'impose. La meilleure prédiction des pertes liées aux frottements entre la garniture de forage et les parois du puits, notamment pour les puits à trajectoires fortement déviées, est un atout majeur pour ce dimensionnement. <br/>Les modèles usuels de prédiction des frottements montrent certaines insuffisances lorsque la trajectoire du puits se complexifie. Un nouveau modèle de calcul de frottements dans les puits de forage à trajectoires complexes a été développé et validé. Ce modèle utilise une méthode tridimensionnelle de reconstitution de la trajectoire intégrant à la fois la courbure et la torsion géométrique. Contrairement aux modèles classiques, qui supposent simplement que la garniture repose par gravité sur la paroi basse du trou de forage et qui négligent souvent la rigidité des tiges, le nouveau modèle rigide calcule la vraie déformée de la garniture de forage à l'intérieur du trou via un algorithme itératif de contact unilatéral. En outre, pour un gain important du temps de calcul, le modèle se base sur une intégration numérique directe des équations d'équilibre local sans avoir recours à la méthode des éléments finis.<br/>La comparaison avec un modèle couramment utilisé dans l'industrie de forage, appelé modèle LISSE, a été effectuée sur plusieurs puits réels et théoriques. Il ressort de cette comparaison que le nouveau modèle vient palier plusieurs faiblesses du modèle LISSE dans le cas des trajectoires à géométrie complexe (surestimation des zones de contacts et des forces de contact en présence de micro-tortuosité, non sensibilité au signe du gradient d'azimut en présence de fort gauchissement, hypothèse de contact sur la paroi basse du trou pas toujours vérifiée). Par ailleurs, la confrontation avec les mesures du terrain pour la plupart des puits à géométrie bidimensionnelle ou faiblement tridimensionnelle avec des faibles dog legs (ne dépassant pas 2 à 3°/30 m) fournit généralement des concordances entre les résultats des deux types de modèles et les valeurs mesurées. En revanche, en présence de tortuosités et dog legs locaux le nouveau modèle fournit une meilleure prédiction des pertes en frottement.

L'objectif de cette thèse est l'étude du comportement cinématique des mécanismes bouclés de corps rigides. Le modèle mathématique d'un tel mécanisme est l'équation de fermeture f (q1,..., qm) = e où q1,...,qm sont des coordonnées articulaires et f est une fonction analytique à valeur dans un groupe de Lie. L'étude des propriétés cinématiques se ramène à celle de l'ensemble des configurations admissibles f-1 ( e ) qui est une sous-variété dans le cas régulier où f est une subimmersion. Par contre, l'étude est beaucoup plus difficile lorsque f possède des singularités. On utilise comme outil fondamental le formalisme de la géométrie différentielle des groupes de Lie pour le groupe des déplacements et la structure de Δ - module de son algèbre de Lie, ceci permet une écriture simple et condensée des équations de la cinématique et facilite leur traitement symbolique. Nous avons montré que l'analyse au deuxième ordre de l'équation de fermeture est suffisante pour les mécanismes 6R paradoxaux. Un algorithme d'évaluation du rang d'un ensemble de champs antisymétriques (équiprojectifs) est développé et est utilisé pour étudier les processus de génération des sous algèbres de Lie. Nous avons proposé également des méthodes de cinématique inverse pour des mécanismes spatiaux, ces méthodes permettent de résoudre l'équation de fermeture indépendamment d'un choix des coordonnées et d'obtenir des conditions nécessaires et suffisantes de résolution : notamment, la méthode simplifie considérablement la procédure de résolution pour les mécanismes 6R spatiaux.

L'objectif de cette thèse est l'étude du comportement dynamique des milieux curvilignes, en grands déplacements. Ce qui introduit une source de non linéarité géométrique qui se manifeste dans le terme d'inertie ainsi que dans le terme de rigidité. Le milieu curviligne considéré est modélisé par une suite continue de sections rigides liées par des milieux élastiques de masse nulle. On n'introduit aucune hypothèse simplificatrice dans la description des efforts intérieurs. Dans le modèle proposé, nous pouvons introduire une loi de comportement élastique non linéaire ce qui rajoute une deuxième source de non linéarité. On utilise ici comme outil fondamental le formalisme de la géométrie différentielle des groupes de Lie, ceci permet une écriture simple et condensée des équations de la dynamique et facilite leur traitement numérique. Les équations sont résolues par un algorithme numérique élaboré dans le même formalisme, ce qui évite l'utilisation "lourde" des paramètres de coordonnées. Enfin, les résultats obtenus sont appliqués à deux exemples concrets : le premier d'origine industrielle concerne le comportement du faisceau de câbles robotiques, le deuxième issu du Génie parasismique traite du comportement dynamique de grands bâtiments.

Après la donnée de quelques définitions et éléments chiffrés sur le risque sismique, la première partie traite de la sismicité en France et des règles parasismiques en vigueur et se termine par une étude bibliographique sur les divers types de ruptures observés sur les ouvrages en terre pendant les séismes. La seconde partie présente les différentes méthodes d'analyse de stabilité des pentes et les diverses hypothèses menant au calcul du coefficient sismique. Le calcul du facteur de sécurité pseudostatique est réalisé avec des adaptations des méthodes de Taylor et des perturbations. Les abaques tracés permettent de déterminer le facteur de sécurité pseudostatique ou l'accélération critique d'un talus de caractéristiques données, alors que pour les barrages à noyau incliné on étudie l'influence de l'inclinaison du noyau sur la résistance aux séismes. Le calcul du déplacement permanent est abordé dans la dernière partie où, après une synthèse des méthodes présentées dans la littérature, on détaille le calcul du déplacement d'un talus homogène en rupture circulaire et d'un barrage à noyau incliné. Le comportement du sol est supposé rigide-plastique et le bloc en glissement est soumis à un accéléroramme équivalent déterminé en fonction de la magnitude, de la distance à l'épicentre et de la période prédominante de l'accélérogramme réel.

L'Interaction Fluide-Structure (IFS) décrit une classe très générale de problème physique, ce qui explique la nécessité de développer une méthode numérique capable de simuler le problème FSI. Pour cette raison, un solveur IFS est développé qui peut traiter un écoulement de fluide incompressible en interaction avec des structures différente: élastique ou rigide. Dans cet aspect, le solveur peut couvrir une large gamme d'applications.La méthode proposée est développée dans le cadre d'une formulation monolithique dans un contexte Eulérien. Cette méthode consiste à considérer un seul maillage et résoudre un seul système d'équations avec des propriétés matérielles différentes. La fonction distance permet de définir la position et l'interface de tous les objets à l'intérieur du domaine et de fournir les propriétés physiques pour chaque sous-domaine. L'adaptation de maillage anisotrope basé sur la variation de la fonction distance est ensuite appliquée pour assurer une capture précise des discontinuités à l'interface fluide-solide.La formulation monolithique est assurée par l'ajout d'un tenseur supplémentaire dans les équations de Navier-Stokes. Ce tenseur provient de la présence de la structure dans le fluide. Le système est résolu en utilisant une méthode élément fini et stabilisé suivant la formulation variationnelle multiéchelle. Cette formulation consiste à décomposer les champs de vitesse et pression en grande et petite échelles. La particularité de l'approche proposée réside dans l'enrichissement du tenseur de l'extra contraint.La première application est la simulation IFS avec un corps rigide. Le corps rigide est décrit en imposant une valeur nul du tenseur des déformations, et le mouvement est obtenu par la résolution du mouvement de corps rigide. Nous évaluons le comportement et la précision de la formulation proposée dans la simulation des exemples 2D et 3D. Les résultats sont comparés avec la littérature et montrent que la méthode développée est stable et précise.La seconde application est la simulation IFS avec un corps élastique. Dans ce cas, une équation supplémentaire est ajoutée au système précédent qui permet de résoudre le champ de déplacement. Et la contrainte de rigidité est remplacée par la loi de comportement du corps élastique. La déformation et le mouvement du corps élastique sont réalisés en résolvant l'équation de convection de la Level-Set. Nous illustrons la flexibilité de la formulation proposée par des exemples 2D. / Numerical simulations of fluid-structure interaction (FSI) are of first interest in numerous industrial problems: aeronautics, heat treatments, aerodynamic, bioengineering... Because of the high complexity of such problems, analytical study is in general not sufficient to understand and solve them. FSI simulations are then nowadays the focus of numerous investigations, and various approaches are proposed to treat them. We propose in this thesis a novel monolithic approach to deal with the interaction between an incompressible fluid flow and rigid/ elastic material. This method consists in considering a single grid and solving one set of equations with different material properties. A distance function enables to define the position and the interface of any objects with complex shapes inside the volume and to provide heterogeneous physical properties for each subdomain. Different anisotropic mesh adaptation algorithms based on the variations of the distance function or on using error estimators are used to ensure an accurate capture of the discontinuities at the fluid-solid interface. The monolithic formulation is insured by adding an extra-stress tensor in the Navier-Stokes equations coming from the presence of the structure in the fluid. The system is then solved using a finite element Variational MultiScale (VMS) method, which consists of decomposition, for both the velocity and the pressure fields, into coarse/resolved scales and fine/unresolved scales. The distinctive feature of the proposed approach resides in the efficient enrichment of the extra constraint. In the first part of the thesis, we use the proposed approach to assess its accuracy and ability to deal with fluid-rigid interaction. The rigid body is prescribed under the constraint of imposing the nullity of the strain tensor, and its movement is achieved by solving the rigid body motion. Several test case, in 2D and 3D with simple and complex geometries are presented. Results are compared with existing ones in the literature showing good stability and accuracy on unstructured and adapted meshes. In the second, we present different routes and an extension of the approach to deal with elastic body. In this case, an additional equation is added to the previous system to solve the displacement field. And the rigidity constraint is replaced with a corresponding behaviour law of the material. The elastic deformation and motion are captured using a convected level-set method. We present several 2D numerical tests, which is considered as classical benchmarks in the literature, and discuss their results.