Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La sélection de l'habitat par les espèces animales est rarement abordée par des études à long terme. Basé sur 11 années de pistage sur la neige, j’ai examiné 1) s’il est possible d’élaborer un indice de population fiable avec des dénombrements de pistes comparés à des ventes de peaux de mustélidés, l'écureuil roux et la marte, 2) si la sélection de l'habitat du lièvre est influencée par la densité de l’espèce, 3) si la profondeur de la neige exerce une influence sur l'utilisation de l’habitat du lièvre, 4) et si l’association spatiale entre la martre et le lièvre est réduite lorsque l’abondance de prédateurs concurrents, le lynx du Canada et le renard roux, augmente. Chaque année, 91,3 km ± 28,9 km (moyenne ± SD) de transects ont été parcourus. Pour le premier objectif, des modèles linéaires généralisés du nombre de pistes de chaque espèce ont été développés, en fonction de l'effet de l'année (variable catégorique) et des descripteurs de la végétation. Les estimations des effets de l'année étaient étroitement associées avec les ventes des peaux d'écureuil roux et de belettes. Le nombre moyen de pistes par effort d’échantillonnage étaient associés avec les ventes de peaux de martre. La fréquentation de jeunes peuplements (20-40 ans) était influencée par l’indice de population de lièvres durant l'année précédente. À l’intérieur d’un hiver, le lièvre était davantage associé à feuillage au-dessus de 2 m (données LiDAR) à mesure que la neige devenait plus profonde. Finalement, la relation de causalité entre le lièvre, la martre, l'écureuil roux, le renard roux et le lynx a été déterminée par l'analyse de piste (path analysis). L’association spatiale entre les lièvres et la martre diminuait lorsque l’abondance de lynx dans l'année précédente était élevée. Cette étude démontre l’importance de la prise en compte de la dynamique écosystémique à long terme tel que le climat et la dynamique de la population, et de l’espèce focale, lors de l’étude de la sélection de l’habitat. Elle incite à la prudence dans les projections à long terme basées sur des approches simples telles que les indices de qualité des habitats. Dans un contexte d’aménagement forestier, il est probable que les changements à court terme et à long terme dans la végétation et l’enneigement, suite aux pratiques forestières et aux changements climatiques, auront des effets complexes sur la répartition spatiale des mammifères hivernants. / Habitat selection by animals has rarely been the focus of long term studies. Based on 11 years study of snow tracking, I investigated whether 1) population indices derived from snow tracking agreed with pelt sales in marten, red squirrel and weasels, 2) habitat selection by snowshoe hare is influenced by conspecific density, 3) snow depth influenced habitat use pattern of snowshoe hare, 4) spatial association between marten and hare is reduced when other hare predators, lynx and fox, are more abundant. Each year, 91.3km ± 28.9 km (mean ± SD) of transects were surveyed. For the first objective, generalized linear models were used for track count of each species as function of year effect (categorical variable) and vegetation variables. Estimates of year effects agreed strongly with pelt sales of red squirrel and weasels. Mean track counts by sampling effort agreed with marten pelt sales. Hare track counts in young (20-40y) forest stands declined with an increase of conspecific density with one year lag. Hare track counts were increasingly associated to stands with high foliage density above 2m (measured with LiDAR), as snow became deeper in the course of winter. Finally, path analyses of the causal relationship between spatial distributions of hare, marten, red squirrel, red fox and Canada lynx suggested that the hare-marten spatial association declined when lynx abundance in the previous year was high. This thesis underlines the importance of accounting for long term ecosystem dynamics such as population and climate, including those of the focal species, in the study of habitat selection. It raises questions about the validity of long-term projections based on simple approaches such as habitat suitability indices. In a forest management context, short- and long-term changes in the vegetation and snow cover, following forest management and climate change, will have complex effect on wintering mammal spatial distribution.

Les réseaux de capteurs sans fil est une technologie nouvelle dont les applications s'étendent sur plusieurs domaines: militaire, scientifique, médicale, industriel, etc. La collaboration entre les noeuds capteurs, caractérisés par des capacités minimales en termes de capture, de transmission, de traitement et d'énergie, est une nécessité pour réaliser des tâches aussi complexes que la collecte des données, le pistage des objets mobiles, la surveillance des zones sensibles, etc. La contrainte matérielle sur le développement des ressources énergétiques des noeuds capteurs est persistante. D'où la nécessité de l'optimisation logicielle dans les différentes couches de la pile protocolaire et du système d'exploitation des noeuds. Dans cette thèse, nous approchons le problème d'optimisation d'énergie pour les applications collaboratives via les méthodes de sélection des capteurs basées sur la prédiction et la corrélation des données issues du réseau lui-même. Nous élaborons plusieurs méthodes pour conserver les ressources énergétiques du réseau en utilisant la prédiction comme un moyen pour anticiper les actions des noeuds et leurs rôles afin de minimiser le nombre des noeuds impliqués dans la tâche en question. Nous prenons l'application de pistage d'objets mobiles comme un cas d'étude. Ceci, après avoir dresser un état de l'art des différentes méthodes et approches récentes utilisées dans ce contexte. Nous formalisons le problème à l'aide d'un programme linéaire à variables binaires dans le but de trouver une solution générale exacte. Nous modélisons ainsi le problème de minimisation de la consommation d'énergie des réseaux de capteurs sans fil, déployé pour des applications de collecte de données soumis à la contrainte de précision de données, appelé EMDP. Nous montrons que ce problème est NP-Complet. D'où la nécessité de solutions heuristiques. Comme solution approchée, nous proposons un algorithme de clustering dynamique, appelé CORAD, qui adapte la topologie du réseau à la dynamique des données capturées afin d'optimiser la consommation d'énergie en exploitant la corrélation qui pourrait exister entre les noeuds. Toutes ces méthodes ont été implémentées et testées via des simulations afin de montrer leur efficacité. / Wireless Sensor Networks is an emerging technology enabled by the recent advances in Micro-Electro-Mechanical Systems, that led to design tiny wireless sensor nodes characterized by small capacities of sensing, data processing and communication. To accomplish complex tasks such as target tracking, data collection and zone surveillance, these nodes need to collaborate between each others to overcome the lack of battery capacity. Since the development of the batteries hardware is very slow, the optimization effort should be inevitably focused on the software layers of the protocol stack of the nodes and their operating systems. In this thesis, we investigated the energy problem in the context of collaborative applications and proposed an approach based on node selection using predictions and data correlations, to meet the application requirements in terms of energy-efficiency and quality of data. First, we surveyed almost all the recent approaches proposed in the literature that treat the problem of energy-efficiency of prediction-based target tracking schemes, in order to extract the relevant recommendations. Next, we proposed a dynamic clustering protocol based on an enhanced version of the Distributed Kalman Filter used as a prediction algorithm, to design an energy-efficient target tracking scheme. Our proposed scheme use these predictions to anticipate the actions of the nodes and their roles to minimize their number in the tasks. Based on our findings issued from the simulation data, we generalized our approach to any data collection scheme that uses a geographic-based clustering algorithm. We formulated the problem of energy minimization under data precision constraints using a binary integer linear program to find its exact solution in the general context. We validated the model and proved some of its fundamental properties. Finally and given the complexity of the problem, we proposed and evaluated a heuristic solution consisting of a correlation-based adaptive clustering algorithm for data collection. We showed that, by relaxing some constraints of the problem, our heuristic solution achieves an acceptable level of energy-efficiency while preserving the quality of data.

Dans le cadre de la robotique mobile extérieure, les notions de perception et de localisation sont essentielles au fonctionnement autonome d'un véhicule. Les objectifs de ce travail de thèse sont multiples et mènent vers un but de localisation et de cartographie simultanée d'un environnement extérieur dynamique avec détection et suivi d'objet mobiles (SLAMMOT) à l'aide d'un unique capteur extéroceptif tournant de type radar dans des conditions de circulation dites "réalistes", c'est-à-dire à haute vitesse soit environ 30 km/h. Il est à noter qu'à de telles vitesses, les données acquises par un capteur tournant son corrompues par le déplacement propre du véhicule. Cette distorsion, habituellement considérée comme une perturbation, est analysée ici comme une source d'information. Cette étude vise également à évaluer les potentialités d'un capteur radar de type FMCW (onde continue modulée en fréquence) pour le fonctionnement d'un véhicule robotique autonome. Nous avons ainsi proposé différentes contributions : - une correction de la distorsion à la volée par capteurs proprioceptifs qui a conduit à une application de localisation et de cartographie simultanées (SLAM), - une méthode d'évaluation de résultats de SLAM basées segment, - une considération de la distorsion des données dans un but proprioceptif menant à une application SLAM, - un principe d'odométrie fondée sur les données Doppler propres au capteur radar, - une méthode de détection et de pistage d'objets mobiles : DATMO avec un unique radar.

Dans le cadre de la robotique mobile extérieure, les notions de perception et de localisation sont essentielles au fonctionnement autonome d’un véhicule. Les objectifs de ce travail de thèse sont multiples et mènent vers un but de localisation et de cartographie simultanée d’un environnement extérieur dynamique avec détection et suivi d’objet mobiles (SLAMMOT) à l’aide d’un unique capteur extéroceptif tournant de type radar dans des conditions de circulation dites "réalistes", c’est-à-dire à haute vitesse soit environ 30 km/h. Il est à noter qu’à de telles vitesses, les données acquises par un capteur tournant son corrompues par le déplacement propre du véhicule. Cette distorsion, habituellement considérée comme une perturbation, est analysée ici comme une source d’information. Cette étude vise également à évaluer les potentialités d’un capteur radar de type FMCW (onde continue modulée en fréquence) pour le fonctionnement d’un véhicule robotique autonome. Nous avons ainsi proposé différentes contributions : – une correction de la distorsion à la volée par capteurs proprioceptifs qui a conduit à une application de localisation et de cartographie simultanées (SLAM), – une méthode d’évaluation de résultats de SLAM basées segment, – une considération de la distorsion des données dans un but proprioceptif menant à une application SLAM, – un principe d’odométrie fondée sur les données Doppler propres au capteur radar, – une méthode de détection et de pistage d’objets mobiles : DATMO avec un unique radar. / In outdoor robotic context, notion of perception and localization is essential for an autonomous navigation of a mobile robot. The objectives of this PhD are multiple and tend to develop a simultaneous localization and mapping approach in a dynamic outdoor environment with detection and tracking of moving objects (SLAMMOT) with a unique exteroceptive radar sensor in real driving conditions, around 30 km/h. At such high speed, data obtained with a rotating range sensor are corrupted by the own vehicle displacement. This distortion, usually considered as a disturbance, is analyzed here as a source of information. This study explores radar frequency modulated continuous wave (FMCW) technology potential for mobile robotics in extended outdoor environment. In this work, we propose : – a distortion correction on-the-fly with proprioceptive sensors in order to realize a localization and mapping application (SLAM), – a line based SLAM evaluation method, – a consideration of distortion in a proprioceptive purpose for localization and mapping, – an odometry principle based on Doppler velocimetry provided by radar sensor, – a detection and tracking of mobile objects : DATMO, with a unique radar sensor.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux problématiques de sécurité et de confidentialité liées à l'utilisation d'applications web et à l'installation d'extensions de navigateurs. Parmi les attaques dont sont victimes les applications web, il y a celles très connues de type XSS (ou Cross-Site Scripting). Les extensions sont des logiciels tiers que les utilisateurs peuvent installer afin de booster les fonctionnalités des navigateurs et améliorer leur expérience utilisateur. Content Security Policy (CSP) est une politique de sécurité qui a été proposée pour contrer les attaques de type XSS. La Same Origin Policy (SOP) est une politique de sécurité fondamentale des navigateurs, régissant les interactions entre applications web. Par exemple, elle ne permet pas qu'une application accède aux données d'une autre application. Cependant, le mécanisme de Cross-Origin Resource Sharing (CORS) peut être implémenté par des applications désirant échanger des données entre elles. Tout d'abord, nous avons étudié l'intégration de CSP avec la Same Origin Policy (SOP) et démontré que SOP peut rendre CSP inefficace, surtout quand une application web ne protège pas toutes ses pages avec CSP, et qu'une page avec CSP imbrique ou est imbriquée dans une autre page sans ou avec un CSP différent et inefficace. Nous avons aussi élucidé la sémantique de CSP, en particulier les différences entre ses 3 versions, et leurs implémentations dans les navigateurs. Nous avons ainsi introduit le concept de CSP sans dépendances qui assure à une application la même protection contre les attaques, quelque soit le navigateur dans lequel elle s'exécute. Finalement, nous avons proposé et démontré comment étendre CSP dans son état actuel, afin de pallier à nombre de ses limitations qui ont été révélées dans d'autres études. Les contenus tiers dans les applications web permettent aux propriétaires de ces contenus de pister les utilisateurs quand ils naviguent sur le web. Pour éviter cela, nous avons introduit une nouvelle architecture web qui une fois déployée, supprime le pistage des utilisateurs. Dans un dernier temps, nous nous sommes intéressés aux extensions de navigateurs. Nous avons d'abord démontré que les extensions qu'un utilisateur installe et/ou les applications web auxquelles il se connecte, peuvent le distinguer d'autres utilisateurs. Nous avons aussi étudié les interactions entre extensions et applications web. Ainsi avons-nous trouvé plusieurs extensions dont les privilèges peuvent être exploités par des sites web afin d'accéder à des données sensibles de l'utilisateur. Par exemple, certaines extensions permettent à des applications web d'accéder aux contenus d'autres applications, bien que cela soit normalement interdit par la Same Origin Policy. Finalement, nous avons aussi trouvé qu'un grand nombre d'extensions a la possibilité de désactiver la Same Origin Policy dans le navigateur, en manipulant les entêtes CORS. Cela permet à un attaquant d'accéder aux données de l'utilisateur dans n'importe qu'elle autre application, comme par exemple ses mails, son profile sur les réseaux sociaux, et bien plus. Pour lutter contre ces problèmes, nous préconisons aux navigateurs un système de permissions plus fin et une analyse d'extensions plus poussée, afin d'alerter les utilisateurs des dangers réels liés aux extensions. / In this thesis, we studied security and privacy threats in web applications and browser extensions. There are many attacks targeting the web of which XSS (Cross-Site Scripting) is one of the most notorious. Third party tracking is the ability of an attacker to benefit from its presence in many web applications in order to track the user has she browses the web, and build her browsing profile. Extensions are third party software that users install to extend their browser functionality and improve their browsing experience. Malicious or poorly programmed extensions can be exploited by attackers in web applications, in order to benefit from extensions privileged capabilities and access sensitive user information. Content Security Policy (CSP) is a security mechanism for mitigating the impact of content injection attacks in general and in particular XSS. The Same Origin Policy (SOP) is a security mechanism implemented by browsers to isolate web applications of different origins from one another. In a first work on CSP, we analyzed the interplay of CSP with SOP and demonstrated that the latter allows the former to be bypassed. Then we scrutinized the three CSP versions and found that a CSP is differently interpreted depending on the browser, the version of CSP it implements, and how compliant the implementation is with respect to the specification. To help developers deploy effective policies that encompass all these differences in CSP versions and browsers implementations, we proposed the deployment of dependency-free policies that effectively protect against attacks in all browsers. Finally, previous studies have identified many limitations of CSP. We reviewed the different solutions proposed in the wild, and showed that they do not fully mitigate the identified shortcomings of CSP. Therefore, we proposed to extend the CSP specification, and showed the feasibility of our proposals with an example of implementation. Regarding third party tracking, we introduced and implemented a tracking preserving architecture, that can be deployed by web developers willing to include third party content in their applications while preventing tracking. Intuitively, third party requests are automatically routed to a trusted middle party server which removes tracking information from the requests. Finally considering browser extensions, we first showed that the extensions that users install and the websites they are logged into, can serve to uniquely identify and track them. We then studied the communications between browser extensions and web applications and demonstrate that malicious or poorly programmed extensions can be exploited by web applications to benefit from extensions privileged capabilities. Also, we demonstrated that extensions can disable the Same Origin Policy by tampering with CORS headers. All this enables web applications to read sensitive user information. To mitigate these threats, we proposed countermeasures and a more fine-grained permissions system and review process for browser extensions. We believe that this can help browser vendors identify malicious extensions and warn users about the threats posed by extensions they install.