Suite au développement récent des méthodes de production, les lentilles à forme libre sont de plus en plus utilisées dans les designs optiques. Néanmoins, leurs définitions mathématiques et leurs formes particulières rendent leur tolérancement et leurs réactions aux perturbations d’alignement difficilement prévisibles. Par conséquent, les outils à la portée des concepteurs optiques, tels que les logiciels de conception optique, ne sont pas toujours en mesure de fournir l’aide nécessaire. Dans ce mémoire, nous présentons d’abord les concepts théoriques et les récents développements relatifs à ces notions. Par la suite, l’analyse d’une lentille panomorphe dont la première surface est une lentille à forme libre nous révèle nombres de comportements particuliers mettant en évidence des relations entre l’empreinte du faisceau et la courbure de champ. Finalement, une nouvelle technique de tolérancement est présentée. Via une analyse en perturbative nécessitant peu de temps de calcul, il est possible de réduire les marges d’erreur allouées sur certaines variables, tout en maximisant l’effet sur la qualité d’image. Cette technique s’est avérée particulièrement efficace dans le cas où l’ajustement de la mise au point (mise au foyer) est limité spatialement. / In light of the new development of the production methods, free-form lens are used more frequently in optical design. However, their mathematical definitions as well as their specific shapes tend to make their tolerancing and reactions to perturbations hardly predictable. In consequence, the tools used by optical designers, like optical design programs, are not always able to help as they should. First, this document presents the recent developments and the theoretical concepts concerning these subjects. Thereafter, the analysis of a panomorph lens which has a free-form lens as a first surface reveals numbers of particular behavior showing relations between the field curvature and the footprint. Finally, a new tolerancing technique is presented. Using a perturbative analysis requiring a minimum of computing power, it is possible to reduce the allowed margins of error of certain variables while maximising the gain in image quality. This technique was particularly efficient in cases where the adjustment of the focus was spatially limited.

La pose d’une prothèse totale de genou (PTG) se fait selon la technique d’alignement mécanique (AM) qui corrige les déformations constitutionnelles du membre pour créer un membre rectiligne. La survie à long terme des implants est excellente mais les résultats fonctionnels sont décevants avec notamment de nombreux symptômes résiduels. Une nouvelle technique chirurgicale, l’alignement cinématique (AC), vise à rétablir l’anatomie constitutionnelle pré-arthrosique du genou, et permet une amélioration des résultats fonctionnels des PTG. Cette technique est actuellement réalisée avec des implants destinés à un positionnement mécanique, et qui ont un design trochléen ne reproduisant pas l'anatomie trochléaire native. Ceci pourrait affecter la biomécanique de l’articulation patello-fémorale et donc rendre les résultats fonctionnels des PTG cinématiques non optimal. Ce travail vise à démontrer 1) les limitations de la technique mécanique, 2) la fiabilité de la technique cinématique pour le positionnement de l’implant fémoral, et 3) que les implants actuels ne permettent pas une restauration de l’anatomie trochléenne des patients. / The conventional technique for TKA, namely mechanical alignment (MA), does not preserve the constitutional limb anatomy but systematically creates a straight limb. Excellent long-term implant survivorship has been reported, but functional outcomes are disappointing. To solve this problem, an alternative technique for TKA, namely kinematic alignment (KA), has recently been promoted and aims at restoring the constitutional (pre-arthritic) knee anatomy and laxity. Mid-term outcomes have shown excellent functional outcomes with this new KA technique. However, KA technique is currently done with TKA implants designed to be mechanically inserted. Their trochlea design does not reproduce the native trochlear anatomy, which could lead to increased rate of patellar complications with KA TKA. This work aims at demonstrating technical limitations of MA technique, good reproducibility of KA technique, and inappropriateness of current implant to restore patient trochlea anatomy.

Aligner des macromolécules telles que des protéines, des ADN et des ARN afin de révéler ou exploiter, leur homologie fonctionnelle est un défi classique en bioinformatique, qui offre de nombreuses applications, notamment dans la modélisation de structures et l'annotation des génomes. Un certain nombre d'algorithmes et d'outils ont été proposés pour le problème d'alignement structure-séquence d'ARN. Cependant, en ce qui concerne les ARN complexes, comportant des pseudo-noeuds, des interactions multiples et des paires de bases non canoniques, de tels outils sont rarement utilisés dans la pratique, en partie à cause de leurs grandes exigences de calcul, et de leur incapacité à supporter des types généraux de structures. Récemment, Rinaudo et al. ont donné un algorithme paramétré général pour la comparaison structure-séquence d'ARN, qui est capable de prendre en entrée n'importe quel type de structures comportant des pseudo-noeuds. L'algorithme paramétré est un algorithme de programmation dynamique basée sur la décomposition arborescente. Nous avons développé plusieurs variantes et extensions de cet algorithme. Afin de l'accélérer sans perte sensible de précision, nous avons introduit une approche de programmation dynamique par bandes. De plus, trois algorithmes ont été développés pour obtenir des alignements sous-optimaux. De plus, nous introduisons dans ce contexte la notion de MEA (Maximum-expected Structure-Alignment) pour calculer un alignement avec la précision maximale attendue sur un ensemble d'alignements. Tous ces algorithmes ont été implémentés dans un logiciel nommé LiCoRNA (aLignment of Complex RNAs). Les performances de LiCoRNA ont été évaluées d'abord sur l'alignement des graines des familles de de la base de données RFAM qui comportent des pseudo-noeuds. Comparé aux autres algorithmes de l'état de l'art, LiCoRNA obtient généralement des résultats équivalents ou meilleurs que ses concurrents. Grâce à la grande précision démontrée par LiCoRNA, nous montrons que cet outil peut être utilisé pour améliorer les alignements de certaines familles de RFAM qui comportent des pseudo-noeuds. / Aligning macromolecules such as proteins, DNAs and RNAs in order to reveal, or conversely exploit, their functional homology is a classic challenge in bioinformatics, with far-reaching applications in structure modelling and genome annotation. In the specific context of complex RNAs, featuring pseudoknots, multiple interactions and non-canonical base pairs, multiple algorithmic solutions and tools have been proposed for the structure sequence alignment problem. However, such tools are seldom used in practice, due in part to their extreme computational demands, and because of their inability to support general types of structures. Recently, Rinaudo et al. gave a fully general parameterised algorithm for structure-sequence comparison, which is able to take as input any type of pseudoknotted structures. The parameterised algorithm is a tree decomposition based dynamic programming. To accelerate the dynamic programming algorithm without losing two much accuracy, we introduced a banded dynamic programming. Then three algorithms are introduced to get the suboptimal structure-sequence alignments. Furthermore, we introduce the notation Maximum Expected structure-sequence Alignment (MEA) to compute an alignment with maximum expected accuracy over a set of alignments. The Boltzmann match probability are computed based on the inside-outside algorithm. The algorithms are implemented in a software named LiCoRNA (aLignment of Complex RNAs). We first evaluate the performance of LiCoRNA on the seed alignment in the pseudoknotted RFAM families. Compared to the state-of-the-art algorithms, LiCoRNA shows generally equivalent or better results than its competitors. With the high accuracy showed by LiCoRNA, we further curate RFAM full pseudoknotted alignment. The reason why we realign full alignments is that covariance model does not support pseudoknot which may lead to misalign when building the full alignment.

Cette thèse est particulièrement destinée à traiter deux types de problèmes : clustering et l'alignement multiple de séquence. Notre objectif est de résoudre de manière satisfaisante ces problèmes globaux et de tester l'approche de la Programmation DC et DCA sur des jeux de données réelles. La thèse comporte trois parties : la première partie est consacrée aux nouvelles approches de l'optimisation non convexe. Nous y présentons une étude en profondeur de l'algorithme qui est utilisé dans cette thèse, à savoir la programmation DC et l'algorithme DC (DCA). Dans la deuxième partie, nous allons modéliser le problème clustering en trois sous-problèmes non convexes. Les deux premiers sous-problèmes se distinguent par rapport au choix de la norme utilisée, (clustering via les normes 1 et 2). Le troisième sous-problème utilise la méthode du noyau, (clustering via la méthode du noyau). La troisième partie sera consacrée à la bio-informatique. On va se focaliser sur la modélisation et la résolution de deux sous-problèmes : l'alignement multiple de séquence et l'alignement de séquence d'ARN par structure. Tous les chapitres excepté le premier se terminent par des tests numériques. / This Ph.D. thesis is particularly intended to treat two types of problems : clustering and the multiple alignment of sequence. Our objective is to solve efficiently these global problems and to test DC Programming approach and DCA on real datasets. The thesis is divided into three parts : the first part is devoted to the new approaches of nonconvex optimization-global optimization. We present it a study in depth of the algorithm which is used in this thesis, namely the programming DC and the algorithm DC ( DCA). In the second part, we will model the problem clustering in three nonconvex subproblems. The first two subproblems are distinguished compared to the choice from the norm used, (clustering via norm 1 and 2). The third subproblem uses the method of the kernel, (clustering via the method of the kernel). The third part will be devoted to bioinformatics, one goes this focused on the modeling and the resolution of two subproblems : the multiple alignment of sequence and the alignment of sequence of RNA. All the chapters except the first end in numerical tests.

La détection des changements d'un paysage est la mise en œuvre de techniques ayant pour but de repérer, de mettre en évidence et enfin, de comprendre son évolution temporelle. Ses domaines d'application sont riches et variés en télédétection. Cependant, la plupart des applications de détection de changement ne s'appuient pas sur une démarche générale permettant de justifier ou de généraliser les solutions techniques proposées. La thèse a pour premier objectif d'apporter une nouvelle contribution à la mise en place d'un cadre et d'une méthodologie générale propre à la détection de changement. Après l'établissement d'un certain nombre de définitions sur les changements d'un paysage en termes d'échelles caractéristiques et d'observabilité, nous proposons une méthodologie, basée sur un analyse bibliographique, se décomposant en cinq étapes : l'identification et la caractérisation des différentes sources de changements effectifs et exogènes ; l'alignement géométrique et radiométrique des données ; l'extraction d'informations pertinentes vis-à-vis des changements à détecter ; la création des écarts à un modèle d'évolution temporelle ; la prise de décision et la synthèse des résultats. Cette analyse fait apparaître des problèmes fondamentaux relatifs au lien entre les changements effectifs et ceux observés en fonction des caractéristiques des moyens d'observation. L'étude de ce lien est le deuxième objectif de la thèse. Enfin, la thèse a mis en évidence le rôle crucial de l'alignement des données et, notamment, de l'alignement géométrique. A partir d'un algorithme existant, nous avons élaboré une méthode de recalage automatique itérative s'appuyant sur une décomposition multirésolution des images et utilisant des techniques d'appariement sub-pixellaire et de déformation géométrique locales. Un protocole innovant de validation à partir d'images simulées a été établi et a permis d'évaluer la qualité de la méthode et son apport comparé à des méthodes de recalage standards.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de PILE, un projet médical d'analyse du regard, des gestes, et des productions vocales d'enfants en bas âge. Dans ce contexte, nous avons conçu et développé des méthodes de détermination de l'orientation de la tête, pierre angulaire des systèmes d'estimation de la direction du regard. D'un point de vue méthodologique, nous avons proposé BISAR (Boosted Input Selection Algorithm for Regression), une méthode de sélection de caractéristiques adaptée aux problèmes de régression. Elle consiste à sélectionner itérativement les entrées d'un réseau de neurones incrémental. Chaque entrée est associée à un descripteur sélectionné à l'aide d'un critère original qui mesure la dépendance fonctionnelle entre un descripteur et les valeurs à prédire. La complémentarité des descripteurs est assurée par un processus de boosting qui modifie, à chaque itération, la distribution des poids associés aux exemples d'apprentissage. Cet algorithme a été validé expérimentalement au travers de deux méthodes d'estimation de la pose de la tête. La première approche apprend directement la relation entre l'apparence d'un visage et sa pose. La seconde aligne un modèle de visage dans une image, puis estime géométriquement l'orientation de ce modèle. Le processus d'alignement repose sur une fonction de coût qui évalue la qualité de l'alignement. Cette fonction est apprise par BISAR à partir d'exemples de modèles plus ou moins bien alignés. Les évaluations de ces méthodes ont donné des résultats équivalents ou supérieurs aux méthodes de l'état de l'art sur différentes bases présentant de fortes variations de pose, d'identité, d'illumination et de conditions de prise de vues.

Une capacité essentielle pour qu'un robot mobile soit capable de comprendre son environnement est de pouvoir en construire la carte. Des entités mobiles dans la zone de perception du robot pendant qu'il construit sa propre carte peuvent provoquer de graves erreurs au niveau de sa localisation, et des inexactitudes dans la carte. Les traces des objets mobiles doivent être détectées et éliminées du modèle. Nous proposons d'adopter la représentation de l'environnement par une grille d'occupation. Cette représentation fournit un modèle de l'environnement pouvant être mis à jour à une fréquence élevée ce qui présente l'intérêt de permettre la détection et le suivi d'éléments mobiles autour du robot. La détection et le suivi des cibles dynamiques sont ensuite effectués. Une procédure qui attribue les mesures acquises aux cibles correspondantes est aussi présentée. Pour essayer d'améliorer la qualité de l'information sensorielle du robot et d'augmenter la fiabilité du suivi, nous utilisons une caméra catadioptrique dont les données seront fusionnées avec le laser. Une image binaire est calculée à partir d'une approche modifiée de flot optique où un nouveau terme qui compense les changements d'illumination est calculé et pris en compte. Deux stratégies qui déterminent les directions des cibles détectées à partir d'images déployées (sur une forme cylindrique) et d'images panoramiques brutes sont respectivement présentées et comparées. Nous proposons en fin, une technique probabiliste pour coupler des mesures reçues par l'un et par l'autre capteur et pour les associer à un même événement.

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

Le compact linear collider (CLIC) est le projet de collisionneur de particules proposé par l'organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) visant à succéder au large hadron collider (LHC). Du fait des dimensions nanométriques des faisceaux de leptons de ce projet, les accroissements admissibles de l'émittance sont extrêmement faibles. Cela a pour conséquence des tolérances d'alignement des composants du CLIC jamais atteintes. La dernière étape de l'alignement sera effectuée par rapport au faisceau de particules du CLIC. Elle est du ressort des physiciens du faisceau. Toutefois son implémentation nécessite un pré-alignement qui lui-même représente un défi métrologique et géodésique : atteindre 10 μm à 3σ le long d'une fenêtre coulissante de 200 m. Un tel niveau de précision requiert le développement d'une méthode compatible avec des systèmes de repositionnement qui seront constamment sollicités. Le pré-alignement du CLIC devra être actif. Cette thèse ne démontre pas la faisabilité du pré-alignement actif du CLIC mais montre le chemin des derniers développements à effectuer dans ce but. Il y est proposé une méthode, fondée sur la gestion des similitudes entre systèmes euclidiens de coordonnées, qui, de la géodésie aux mesures métrologiques, est susceptible d'apporter la solution. Des expériences sur de longues distances ont été construites dans le but d'éprouver, en parallèle de simulations de Monte-Carlo, les modèles mathématiques des systèmes de mesure et des références d'alignement ainsi créés. L'extrapolation de ces modèles, une fois validés expérimentalement, sur toute la longueur du CLIC, sera la dernière étape prouvant la faisabilité du pré-alignement / The compact linear collider (CLIC) is the particles accelerator project proposed by the european organization for nuclear research (CERN) for high energy physics after the large hadron collider (LHC). Because of the nanometric scale of the CLIC leptons beams, the emittance growth budgetis very tight. It induces alignment tolerances on the positions of the CLICcomponents that have never been achieved. The last step of the CLIC alignment will be done according to the beam itself. It falls within the competence of the physicists. However, in order to implement the beam-based feedback, a challenging pre-alignment is required: 10 μm at 3σ along a 200 m sliding window. For such a precision, the proposed solution must be compatible with a feedback between the measurement and repositioning systems. The CLIC pre-alignment will have to be active. This thesis does not demonstrate the feasibility of the CLIC active prealignment but shows the way to the last developments that have to be done for that purpose. A method is proposed. Based on the management of the Helmert transformations between Euclidian coordinate systems, from the geodetic networks to the metrological measurements, this method is likely to solve the CLIC pre-alignment problem. Large scale facilities have been built and Monte-Carlo simulations have been made in order to validate the mathematical modelings of the measurement systems and of the alignment references. When this is done, it will be possible to extrapolate the modelings to the entire CLIC length. It will be the last step of the demonstration of the CLIC pre-alignment feasibility

L’objectif de cette thèse est d’appliquer des méthodes de contrôle quantique pour manipuler la dynamique rotationnelle de molécules et améliorer l’efficacité de processus en résonance magnétique nucléaire.Ces techniques ont été utilisées théoriquement et expérimentalement pour contrôler l’orientation d’une molécule toupie symétrique à l’aide de champ THz. Cette étude a été généralisée à une grande distance d’interaction entre le champ et l’échantillon. Dans ce cas, la molécule ne peut plus être considérée comme isolée. Nous avons également montré jusqu'à quel point l’évolution temporelle du degré d’orientation pouvait être mise en forme. Des méthodes de contrôle optimal ont permis de déterminer le champ THz pour atteindre cet état à la fois à températures nulle et non-nulle. Un autre chapitre présente un nouvel algorithme d’optimisation pour les dynamiques périodiques. Cet algorithme est appliqué à la maximisation du SNR en RMN. Un dernier chapitre est dédié à un article de vulgarisation sur l’effet de la raquette de tennis. Cet effet géométrique peut être observé dans tout corps rigide suffisamment asymétrique. / The goal of this thesis is to apply quantum control techniques to manipulate molecular rotation and to enhance the efficiency of processes in Nuclear Magnetic Resonance.These techniques have been used theoretically and experimentally to control the orientation of a symmetric top molecule by means of THz laser fields. This study has been extended to the case of a long interaction distance between the field and the sample. In this case, the molecule cannot be approximated as isolated. We have also shown the extend to which the time evolution of the degree of orientation can be shaped. Optimal control techniques were used to design the THz field which allows to reach the corresponding dynamics, both at zero and non zero temperatures. Another chapter proposes a new optimization algorithm in the case of periodic quantum dynamics. We apply this algorithm to the maximization of the SNR in NMR. A last chapter is dedicated to a popular paper about the tennis racket effect. This geometric effect can be observed in any asymetric rigid body.