Cette thèse étudie et apporte des améliorations significatives sur trois techniques répandues en réduction de dimension : l'acquisition parcimonieuse (ou l'échantillonnage parcimonieux), la projection aléatoire et la représentation parcimonieuse. En acquisition parcimonieuse, la construction d’une matrice de réduction possédant à la fois de bonnes performances et une structure matérielle adéquate reste un défi de taille. Ici, nous proposons explicitement la matrice binaire optimale, avec éléments zéro-Un, en recherchant la meilleure propriété d’isométrie restreinte (RIP). Dans la pratique, un algorithme glouton efficace est successivement développé pour construire la matrice binaire optimale avec une taille arbitraire. Par ailleurs, nous étudions également un autre problème intéressant pour l'acquisition parcimonieuse, c'est celui de la performance des matrices d'acquisition parcimonieuse avec des taux de compression élevés. Pour la première fois, la limite inférieure de la performance des matrices aléatoires de Bernoulli pour des taux de compression croissants est observée et estimée. La projection aléatoire s'utilise principalement en classification mais la construction de la matrice de projection aléatoire s'avère également critique en termes de performance et de complexité. Cette thèse présente la matrice de projection aléatoire, de loin, la plus éparse. Celle-Ci est démontrée présenter la meilleure performance en sélection de caractéristiques, comparativement à d’autres matrices aléatoires plus denses. Ce résultat théorique est confirmé par de nombreuses expériences. Comme nouvelle technique pour la sélection de caractéristiques ou d’échantillons, la représentation parcimonieuse a récemment été largement appliquée dans le domaine du traitement d'image. Dans cette thèse, nous nous concentrons principalement sur ses applications de suivi d'objets dans une séquence d'images. Pour réduire la charge de calcul liée à la représentation parcimonieuse, un système simple mais efficace est proposé pour le suivi d'un objet unique. Par la suite, nous explorons le potentiel de cette représentation pour le suivi d'objets multiples. / This thesis studies three popular dimension reduction techniques: compressed sensing, random projection and sparse representation, and brings significant improvements on these techniques. In compressed sensing, the construction of sensing matrix with both good performance and hardware-Friendly structure has been a significant challenge. In this thesis, we explicitly propose the optimal zero-One binary matrix by searching the best Restricted Isometry Property. In practice, an efficient greedy algorithm is successively developed to construct the optimal binary matrix with arbitrary size. Moreover, we also study another interesting problem for compressed sensing, that is the performance of sensing matrices with high compression rates. For the first time, the performance floor of random Bernoulli matrices over increasing compression rates is observed and effectively estimated. Random projection is mainly used in the task of classification, for which the construction of random projection matrix is also critical in terms of both performance and complexity. This thesis presents so far the most sparse random projection matrix, which is proved holding better feature selection performance than other more dense random matrices. The theoretical result is confirmed with extensive experiments. As a novel technique for feature or sample selection, sparse representation has recently been widely applied in the area of image processing. In this thesis, we mainly focus our attention on its applications to visual object tracking. To reduce the computation load related to sparse representation, a simple but efficient scheme is proposed for the tracking of single object. Subsequently, the potential of sparse representation to multiobject tracking is investigated.

Cette thèse traite du comptage d'extensions cubiques relatives. Dans le premier chapitre on traite un travail commun avec Henri Cohen. Soit k un corps de nombres. On donne une formule asymptotique pour le nombre de classes d'isomorphisme d'extensions cubiques L/k telles que la clôture galoisienne de L/k contienne une extension quadratique fixée K_2/k. L'outil principal est la théorie de Kummer. Dans le second chapitre, on suppose k un corps quadratique imaginaire (avec nombre de classes 1) et on décrit un algorithme pour énumérer toutes les classes d'isomorphisme d'extensions cubiques L/k jusqu'à une certaine borne X sur la norme du discriminant relatif. / This thesis is about counting relative cubic extensions. In the first chapter we describe a joint work with Henri Cohen. Let k be a number field. We give an asymptotic formula for the number of isomorphism classes of cubic extensions L/k such that the Galois closure of L/k contains a fixed quadratic extension K_2/k. The main tool is Kummer theory. In the second chapter, we suppose k to be an imaginary quadratic number field (with class number 1) and we describe an algorithm for listing all isomorphism classes of cubic extensions L/k up to a bound X on the norm of the relative discriminant ideal.

Cette thèse s'intéresse à la question récurrente qu'est la résolution d'un problème pour un grand nombre de configurations différentes. Malgré l'augmentation constante de la puissance de calcul que l'on connait aujourd'hui, le traitement direct d'un tel problème reste souvent hors de portée. La technique qui est développée ici est basée sur l'utilisation de la Proper Generalized Decomposition (PGD) dans le cadre de la méthode LATIN. On étudie tout d’abord la capacité de cette technique de réduction de modèle à résoudre un problème paramétré pour un espace de conception donné. Lors du traitement d’un tel problème, on génère une base réduite que l’on peut réutiliser et éventuellement enrichir en traitant un par un les problèmes correspondants aux jeux de paramètres étudiés. Le but devient alors de développer une stratégie, inspirée par la méthode « Reduced Basis », afin d’explorer de façon rationnelle l’espace des paramètres. L’objectif étant de construire, avec le minimum de résolutions, une base réduite « complète » qui permet de résoudre tous les autres problèmes de l’espace de conception sans enrichir cette base. On commence dès lors par montrer l’existence d’une telle base complète en extrayant les informations les plus pertinentes des solutions PGD d’un problème pour tous les jeux de paramètres de l’espace de conception. On propose ensuite une stratégie rationnelle pour construire cette base complète sans la nécessité préalable de la résolution du problème pour tous les jeux de paramètres. Enfin, les performances de la méthode proposée sont illustrées sur plusieurs exemples, montrant des gains conséquents lorsque des études récurrentes doivent être menées. / This thesis deals with the recurring question of the resolution of a problem for many different configu- rations, which can lead to highly expensive computations when using a direct treatment. The technique which is presented here is based on the use of Proper Generalized Decomposition (PGD) in the framework of the LATIN method. The feasibility of this model reduction technique approach is studied to compute the solution of a parametrized problem for a given space of parameters. For that purpose, a Reduced-Order Basis is generated, reused and eventually enriched, by treating, one-by-one, all the various parameter sets. The aim is to develop a strategy, inspired by the Reduced Basis method, to explore rationally the space of parameters. Then, the objective is to build, with the minimum of resolutions, a ‘‘complete’’ basis that enables to solve all the other problems without enriching the basis. We first exemplify the existence of a such complete basis by extracting the most relevant information from the PGD solutions of the problem for all the sets in the space of parameters. Secondly, we propose a rational strategy to build this complete basis without preliminary solving the problem for all the sets of parameters. Finally, the capabilities of the proposed method are illustrated through a variety of examples, showing substantial gains when recurrent studies need to be carried out.

Les liaisons boulonnées ou rivetées sont, en apparence, l’un des systèmes mécaniques parmi les plus simples qui soient. La fonction première de ces éléments est d’assurer un encastrement rigide entre les composants qu’elles assemblent. Le dimensionnement de ces pièces aux efforts statiques nominaux est un problème assez largement résolu. Néanmoins, ces composants suscitent l’intérêt des ingénieurs et chercheurs depuis plus de 50 ans. Ce paradoxe s’explique en partie par l’amortissement important que ces liaisons produisent au sein des structures. Les efforts subis par les liaisons d’assemblages provoquent le glissement partiel des interfaces de contact. Il résulte de ce glissement, une dissipation par frottement qui est une source majeure d’amortissement des structures aéronautiques. Le niveau vibratoire d’un système est directement lié à son amortissement, c’est à dire à sa capacité à dissiper ou à accumuler de l’énergie. Dans le domaine du transport, entre autres, les vibrations sont néfastes car elles nuisent au confort des usagers ou à l’intégrité des structures. Le bon dimensionnement des assemblages est donc de nature à améliorer le comportement vibratoire des systèmes mécaniques. Actuellement, les outils de calcul numériques permettent d’estimer assez précisément les modes et fréquences propres d’une structure a priori mais l’amortissement, c'est-à-dire le niveau vibratoire, reste une donnée mesurée, a posteriori au travers d’essais couteux. Ceci s’explique par le caractère multi-échelle et la complexité des problèmes de contact. Ainsi, le comportement dynamique des assemblages reste un sujet d’étude très privilégié. Les travaux de cette thèse cherchent à répondre de manière pratique au besoin de produire des modèles réduits de structures assemblées pour la dynamique. / At first sight, riveted and bolted connections seem to be one of the simplest mechanical systems possible. The primary function of these elements is to provide a rigid clamping between the components they assemble. The designing of these parts to nominal static stresses is already quite mastered. However, engineers are still bothered when it comes to modeling these components which have been studied for more than 50 years. This paradox can be explained by the large damping ratios joints generate in structures. The vibration level of a system is directly related to its damping ratio, i.e. its ability to dissipate or store energy. In the field of transport, among others, vibrations are unwanted because they affect the comfort of the users or the integrity of structures. A good designing of jointed structures is likely to improve the vibration behavior of mechanical systems. Nowadays, numerical calculations allow for the computing of the modes but the damping is still measured, a posteriori, through expensive tests. This is explained by the multi-scale nature and the complexity of contact physics. That is why the dynamic behavior of assembled structures remains an area of study for researchers. The work of this thesis aims to provide practical solutions for the identification and the designing of reduced order models for the dynamics of assembled structures.

La pathogénicité des bactéries a toujours été attribuée à des facteurs de virulence et les bactéries pathogènes sont considérées comme étant mieux armées, comparé à des bactéries ne provoquant pas de maladies. Selon les premières études génomiques, le fait de supprimer un certain nombre de gènes des bactéries pathogènes, limiterait leur capacité à infecter leurs hôtes. Au contraire, des études de génomique comparatives récentes, démontrent que la spécialisation des bactéries dans les cellules eucaryotes est associée à une perte de gènes massive, en particulier pour les endosymbiontes allopatriques qui sont isolés depuis longtemps dans une niche intracellulaire. En effet, les bactéries sympatriques, extracellulaires, ont souvent des génomes plus grands et présentent une résistance et une plasticité plus importante. Ces bactéries constituent, de fait, plutôt des complexes d’espèces que de vraies espèces. Certaines bactéries spécialistes, comme les bactéries pathogènes, arrivent à s’échapper de ces complexes et à coloniser une niche, bénéficiant alors d’un nom d’espèce. Leur spécialisation leur permet de devenir allopatriques et leurs pertes de gènes favorisent une évolution réductive. Ces observations nous ont conduits à réaliser une étude afin de quantifier le taux de perte de gènes lors de l’évolution de ces bactéries extracellulaires vers celle de bactéries spécialistes intracellulaires. Notre objectif était de vérifier que ce qui caractérise l’évolution des bactéries intracellulaires est bien la réduction génomique, en prenant en compte tous les événements possibles de gains de gènes. Par ailleurs, dans une étude neutre comparant les 12 espèces pandémiques les plus dangereuses pour l’homme avec les espèces non-épidémiques les plus proches, nous avons voulu identifier des spécificités génomiques associées à la capacité virulente de bactéries pathogènes et démontrer que, à part les toxines et les modules toxine-antitoxine, ce qui caractérise ces espèces ce ne sont pas les facteurs de virulence, mais la perte des gènes de régulation. Au final, les bactéries pathogènes ont un répertoire virulent dans lequel les gènes absents sont aussi importants que les gènes présents. / The virulence of pathogenic bacteria has been attributed to virulence factors and pathogenic bacteria are considered to have more genes compared to bacteria that do not cause disease. According to the first genomic studies, removing a certain number of genes from pathogenic bacteria impairs their capacity to infect hosts. However, more recent studies have demonstrated that the specialization of bacteria in eukaryotic cells is associated with massive gene loss, especially for allopatric endosymbionts that have been isolated for a long time in an intracellular niche. Indeed, bacteria living in sympatry often have bigger genomes and exhibit greater resistance and plasticity and constitute species complexes rather than true species. Specialists, including specific pathogenic bacteria, escape these bacterial complexes and colonize a niche; thereby gaining a species name. Their specialization allows them to adopt allopatric lifestyle and experience reductive genome evolution. These observations led us to design a study to quantify the rate of gene losses during the evolution of free-living bacteria to intracellular specialists. Our objective was to verify that what characterizes the evolution of intracellular bacteria is genomic reduction, taking under consideration all possible gene gain events. Furthermore, in another neutral study comparing the 12 most dangerous pandemic bacteria to Humans to their closest non-epidemic species, we wished to identify any genomic specificities associated to the virulent capacity of pathogenic bacteria and demonstrate that, besides toxins and surprisingly, toxin-antitoxin modules, pathogenic bacteria are not characterized by more virulence factors, but rather by a loss of regulatory genes. Finally, virulent bacteria exhibit a genomic repertoire in which absent genes are as important as present ones.

L'objet de cette thèse est l'étude d'un système différentielle non linéaire issu d'un modèle stellaire. Après réduction et changements d'inconnues et variables, on se ramène à un second membre analytique en chacune des variables du problème ainsi qu'en des fonctions bien choisies. Nous montrons ensuite que les solutions peuvent s'écrire dans un espace de séries absolument convergentes. Ce théorème d'existence servira alors de brique élémentaire à une méthode de réduction de type Fuchsienne. L'objectif étant d'obtenir un développement sous forme de série faisant apparaître de manière explicite les différentes constantes arbitraires inhérentes à ce type d'équations. / The object of this thesis is the study of a non linear differential equation stemming from a stellar model. After reduction and unknowns changes and variables, we achieve to an analytic second member in each of the problem variables and well chosen functions. Then we show that the solutions can be described in a space of absolute convergent series. This theorem of existence will be used as an elementary brick to a nearby method of Fuchsian reduction. The objective was to obtain a development which elicits arbitrary various constants inherent to this type of equations.

La réduction des émissions de méthane (CH 4) des ruminants permet de limiter les impacts environnementaux négatifs de leur élevage et d’améliorer leur efficacité digestive. Dans le rumen, le CH 4 est majoritairement produit par les méthanogènes à partir de l’hydrogène (H 2). La disponibilité de l’H 2 pour ces micro-organismes est réduite en limitant sa production par les protozoaires (via un apport de lipides ou extraits de plantes dans la ration) ou en stimulant des voies utilisatrices d’H 2 compétitives à la méthanogenèse (via un apport alimentaire de nitrate). Aucune étude n’a porté sur l’association de stratégies alimentaires jouant à la fois sur la production et l’utilisation d’H 2 pour diminuer les émissions de CH 4 . Notre objectif était de comprendre l’importance des différentes voies métaboliques de l’H 2 dans le rumen. Nous avons émis l’hypothèse que manipuler simultanément la production et l’utilisation de l’H 2 permet une diminution plus importante des émissions de CH 4 plutôt que d’agir sur un seul niveau. Nos résultats expérimentaux ont montré l’additivité de l’association lipides du lin-nitrate sur la méthanogenèse des bovins. Cet effet était persistant mais non bénéfique pour les performances digestives et laitières des animaux. L’association saponine de thé-nitrate n’a pas été efficace pour réduire les émissions de CH 4 car l’effet dépressif de la saponine sur les protozoaires n’a pas été observé. Cette thèse ouvre la possibilité d’étudier le potentiel anti-méthanogène de nouvelles associations de stratégies alimentaires ayant des mécanismes d’action différents dans le rumen. Les conditions d’utilisation de ces stratégies en élevage devront être délimitées, et leur rentabilité prouvée, pour être acceptées par l’éleveur. / Reduction of methane (CH 4) emissions from ruminants may limit the negative environmental impacts of their breeding and may improve their digestive efficiency. In the rumen, CH 4 is mainly produced by methanogens from hydrogen (H 2). Hydrogen availability for these micro-organisms is reduced by limiting its production by protozoa (via lipids or plants extracts supplementation in diets) or by stimulating pathways competing with methanogenesis for H 2 consumption (via nitrate supplementation in diets). No study tested association of dietary strategies acting on both H 2 production and consumption to reduce CH 4 emissions. Our objective was to understand the importance of the different H 2 metabolic pathways in the rumen. We assumed that simultaneous manipulation of H 2 production and consumption reduces CH 4 emissions to a higher extent than acting on a single pathway. Our experimental results showed the additive CH 4 -mitigating effect of the association lipids from linseed-nitrate supplemented to bovine. This effect was persistent but not beneficial for digestive and lactating performances of animals. The association tea saponin-nitrate was not efficient to reduce CH 4 emissions, as the depressive effect of saponin towards protozoa has not been observed. This PhD thesis opens the possibility to study the anti-methanogenic potential of new association of dietary strategies having different mechanisms of action in the rumen. Conditions of use of these strategies at the breeding scale will have to be delineated, and their cost effectiveness proved to be accepted by farmers.

Les applications de transmission de messages distribués font partie du courant dominant des technologies de l'information car elles exploitent la puissance des systèmes informatiques parallèles pour produire des performances plus élevées. La conception de programmes distribués reste difficile car les développeurs doivent raisonner sur la concurrence, le non-déterminisme, la distribution de données… qui sont les principales caractéristiques des programmes distribués. En outre, il est pratiquement impossible de garantir l'exactitude de tels programmes via des approches de test classiques, car il est possible que l'on n'atteigne jamais avec succès l'exécution qui conduit à des comportements indésirables dans les programmes. Il existe donc un besoin de techniques de vérification plus puissantes. La vérification des modèles est l'une des méthodes formelles qui permet de vérifier automatiquement et efficacement certaines propriétés des modèles de systèmes informatiques en explorant tous les comportements possibles (états et transitions) du modèle de système. Cependant, les espaces d'état augmentent de façon exponentielle avec le nombre de processus simultanés, conduisant à une «explosion de l'espace d'état» .La réduction dynamique de l'ordre partiel basée sur le dépliage (UDPOR) est une technique récente mélangeant la réduction dynamique de l'ordre partiel (DPOR) avec des concepts de théorie de la concurrence tels que dépliages pour atténuer efficacement l'explosion de l'espace d'états lors de la vérification des modèles de programmes simultanés. Il est optimal dans le sens où chaque trace de Mazurkiewicz, c'est-à-dire une classe d'entrelacements équivalents en commutant des actions indépendantes adjacentes, est explorée exactement une fois. Et elle s'applique aux programmes en cours d'exécution, pas seulement aux modèles de programmes.La thèse vise à adapter UDPOR pour vérifier les programmes distribués asynchrones (par exemple les programmes MPI) dans le cadre du simulateur SIMGRID d'applications distribuées. Pour ce faire, un modèle de programmation abstrait de programmes distribués asynchrones est défini et formalisé en langage TLA +, permettant de définir avec précision une relation d'indépendance, ingrédient principal de la sémantique concurrentielle. Ensuite, l'adaptation de l'UDPOR, impliquant la construction d'un dépliage, est rendue efficace par une analyse précise des dépendances dans le modèle de programmation, permettant des calculs efficaces d'opérations habituellement coûteuses. Un prototype d'implémentation d'UDPOR adapté aux programmes asynchrones distribués a été développé, donnant des résultats expérimentaux prometteurs sur un ensemble significatif de références. / Distributed message passing applications are in the mainstream of information technology since they exploit the power of parallel computer systems to produce higher performance. Designing distributed programs remains challenging because developers have to reason about concurrency, non-determinism, data distribution… that are main characteristics of distributed programs. Besides, it is virtually impossible to ensure the correctness of such programs via classical testing approaches since one may never successfully reach the execution that leads to unwanted behaviors in the programs. There is thus a need for more powerful verification techniques. Model-checking is one of the formal methods that allows to verify automatically and effectively some properties on models of computer systems by exploring all possible behaviors (states and transitions) of the system model. However, state spaces increase exponentially with the number of concurrent processes, leading to “state space explosion”.Unfolding-based Dynamic Partial Order Reduction (UDPOR) is a recent technique mixing Dynamic Partial Order Reduction (DPOR) with concepts of concurrency theory such as unfoldings to efficiently mitigate state space explosion in model-checking of concurrent programs. It is optimal in the sense that each Mazurkiewicz trace, i.e. a class of interleavings equivalent by commuting adjacent independent actions, is explored exactly once. And it is applicable to running programs, not only models of programs.The thesis aims at adapting UDPOR to verify asynchronous distributed programs (e.g. MPI programs) in the setting of the SIMGRID simulator of distributed applications. To do so, an abstract programming model of asynchronous distributed programs is defined and formalized in the TLA+ language, allowing to precisely define an independence relation, a main ingredient of the concurrency semantics. Then, the adaptation of UDPOR, involving the construction of an unfolding, is made efficient by a precise analysis of dependencies in the programming model, allowing efficient computations of usually costly operation. A prototype implementation of UDPOR adapted to distributed asynchronous programs has been developed, giving promising experimental results on a significant set of benchmarks.

L'Internet des objets (loT) est devenu une réalité et ses applications pressenties vont fortement augmenter la demande de vidéo mobile. En conséquence, les systèmes montent en complexité algorithmique et le portage du codage vidéo sur plates-formes embarquées devient problématique. Les nouveaux contenus vidéo 4K et 360°, venant avec des résolutions spatiales (8K, 16K) et temporelles (120 images/seconde élevées compliquent encore le problème. Il est donc nécessaire de réduire l'empreinte des nouveaux codec tels que HEVC tout en préservant les performances en compression et en qualité d'image de ces codecs, La performance énergétique limitée des batteries des systèmes embarqués pousse à proposer de nouvelle méthodes pour ajuster et contrôler la complexité et l'énergie des codecs HEVC. Ce document propose un ensemble d'études dont l'objectif est d'ajuster et de contrôler la complexité et donc la consommation énergétique de l'encodeur HEVC. Deux méthodes de prédiction de découpe de CTU sont proposées : la première basée sur une approche statistique utilisant la variance de l'image et la seconde utilisant l'intelligence artificielle. À partir de cette prédiction, une méthode est proposée pour ajuster la complexité de l'encodage HEVC. Cette solution étend l'espace de recherche autour de la prédiction et alloue la complexité dans l'image afin de minimiser les dégradations en termes de compression et de qualité. Enfin un système de contrôle temps réel de la complexité d'encodage est proposé. Il démontre l'applicabilité de contributions de ce document en maintenant la complexité d'encodage proche d'une consigne. / The Internet of Things (loT) is now a reality. Forthcoming applications will boost mobile video demand to an unprecedented level. The induced increase in computational complexity is a challenge when executing in real-time new video coding standards on embedded platforms, limited in computing, memory, and energy. New 4K UHD and 360-degree video contents coming with high spatial (SK, 16K) and temporal (120fp resolutions further complicate the problem. In this context, codecs such as HEVC (High Efficiency Vide Coding) must be worked on to reduce their complexity while preserving the bitrate and image quality. Th bounded energy density of embedded system's batteries requires designers to propose new methods scaling and controlling the complexity and energy consumption of HEVC codecs. This document presents a set of studies aiming at scaling and controlling the complexity, and therefore the energy consumption, of HEVC Intra encoding. Two methods of quad-tree partitioning prediction in "one-shot are proposed: one based on variance-aware statistic approach and one based on Machine Learning using data-mining classifiers. From the obtained prediction, a generic tunable complexity scheme of HEVC encoding is introduced. It expands the search space around the original partitioning prediction and allocates complexit in a frame while minimizing performance loss in terms of bitrate and visual quality. Finally, a real-time contr system is created that dynamically manages the encoding process to keep the encoding complexity under specific tarjet. It demonstrates the a licability of the mayor contributions of this document.

Pour répondre aux enjeux économiques et sociaux modernes, le développement de catalyseurs organométalliques à base de métaux abondants et bon marché, comme alternatives aux catalyseurs historiques basés sur les métaux précieux, connaît un essor constant depuis deux décennies. L’objectif du présent travail doctoral a été de développer des catalyseurs à base de manganèse, troisième métal de transition le plus abondant après le fer et le titane, et précédemment principalement utilisé en oxydation, pour les réactions de (dé)-hydrogénation. / To meet modern economic and social challenges, the development of inexpensive and abundant metal-based organometallic catalysts, as alternatives to historical catalysts based on precious metals, has been growing steadily for two decades. The aim of this doctoral work was to develop catalysts based on manganese, which is the third most abundant transition metal after iron and titanium, and previously mainly used in oxidation, for (de)-hydrogenation reactions.