Le développement de systèmes de mesures et de suivi non-invasifs, fiables, robustes et utilisablesen autonomie est de première importance pour le confort et l’implication de la personne prise en charge dansson parcours de santé. En collaboration avec la société IDS SA, ce travail a été initié et motivé par la volontéde développer des méthodes de traitement et d’analyse dédiées à l’exploration fonctionnelle de mesures phy-siologiques non-invasives d’une part, et le développement de solutions pour la santé et l’autonomie, d’autre part.Les aspects fondamentaux de ce travail doctoral ont pour objectifs la mise au point et la validation de méthodesde décomposition modale pour : (1) l’extraction et la reconstruction des composantes cardiaques d’un signalpléthysmographique et (2) l’estimation d’un indice de complexité témoignant de modifications de stratégiesde contrôle postural. Il est attendu que ces méthodes soient : (1) locales pour gérer les non-stationnarités, (2)lisibles pour permettre l’identification des composantes et (3) adaptatives au sens d’un paramétrage a minima.`A cette fin, la connaissance du contexte physiologique et des modèles spectraux attenants sont employés toutautant comme un guide dans le choix et l’utilisation qu’une grille de lecture dans l’exploitation des méthodesengagées.Dans la première partie de ce travail, à travers le développement d’un banc de test sur signaux simulés, nousavons démontré la supériorité d’une variante de la décomposition modale empirique en comparaison à sa formeoriginale. Par la suite, nous avons établi l’utilisabilité, avec des hypothèses a minima, d’une représentationmodale récente, la transformée par Synchrosqueezing (SQT).Dans la seconde partie de ce travail, nous avons mis au point un indice de complexité en échelles basé sur la SQTet dont le fenêtrage temporel est entièrement déterminé par la dynamique spectrale de la représentation. Aupréalable, nous avons mis en place un protocole expérimental pour identifier les limites des méthodes existanteset légitimer une approche spectrale de l’entropie. Notre indice a été validé sur signaux simulés et testé sur si-gnaux réels où il a pu mettre en évidence le phénomène de repondération sensorielle à la suite d’une perturbation.Les aspects appliqués de ce travail doctoral, quant à eux, s’articulent autour du développement de solutionsdédiées : (1) à la prévention du risque de chute et (2) au suivi des activités de la vie quotidienne.Dans cette dernière partie, nous nous sommes intéressés : (1) à l’évaluation des troubles latéralisés de l’équilibre,(2) à l’évaluation de la prise en charge en charge de troubles posturaux, (3) à la conception et la validationd’un outil de mesure et de rééducation des capacités de contrôle postural intégré dans un smartphone, et (4) àla détection de dérives comportementales par le développement d’un indice de persévération et son applicationau suivi du rythme nycthéméral des activités de la vie quotidienne. / L'auteur n'a pas fourni de résumé en anglais

L'asservissement visuel est un procédé consistant à utiliser l'information visuelle obtenue par un capteur afin de commander un système robotique. Ces informations, appelées primitives visuelles peuvent être d'ordre 2D ou 3D. Le travail présenté ici porte sur une nouvelle approche 2D utilisant des primitives directes : les décompositions de l'image en ondelettes ou en shearlets. Ces représentations présentent en effet l'avantage de décrire l'image sous différentes formes, mettant l'accent soit sur les basses fréquences de l'image, soit sur les hautes fréquences selon plusieurs directions. Les zones de l'image contenant beaucoup d'information, comme les contours ou les points singuliers, possèdent alors de forts coefficients dans la transformée en ondelettes ou en shearlets de l'image, tandis que les zones uniformes possèdent des coefficients proches de zéro. Les travaux de cette thèse montrent la précision et la robustesse de l'approche utilisant la décomposition en shearlets dans le cadre de l'imagerie échographique. Néanmoins, sa contribution majeure est l'élaboration d'une commande permettant d'utiliser au choix les ondelettes ou les shearlets ainsi que la validation de cette méthode sur caméra monoculaire et sur capteur de type tomographie par cohérence optique dans différentes conditions d'utilisation. Cette méthode présente des performances significatives en termes de précision et de robustesse et ouvre la porte vers une utilisation couplée de l'asservissement visuel et de l'acquisition comprimée. / A visual servoing scheme consists of a closed-loop control approach which uses visual information feedback to control the movement of a robotic system. This data, called visual features, can be 2D or 3D. This thesis deals with the development of a new generation of 2D direct visual servoing methods in which the signal control inputs are the coefficients of a multiscale image representation. Specially, we consider the use of multiscale image representations that are based on discrete wavelet and shearlet transformations. This kind of representations allows us to obtain several descriptions of the image based on either low or high frequencies levels. Indeed, high coefficients in the wavelet or in the shearlet transformation of the image correspond to image singularities. This thesis has begun with the development of a shearlet-based visual servoing for ultrasound imaging that has performed well in precision and robustness for this medical application. Nevertheless, the main contribution is a framework allowing us to use several multi-scale representations of the image. It was then tested with conventional white light camera and with an optical coherence tomography imaging system with nominal and unfavorable conditions. Then, the wavelet and the shearlet based methods showed their accuracy and their robustness in several conditions and led to the use of both visual servoing and compressed sensing as the main perspective of this work.

L'analyse des systèmes de grande taille est confrontée à des difficultés d'ordre syntaxique et sémantique : comment observer un million d'entités distribuées et asynchrones ? Comment interpréter le désordre résultant de l'observation microscopique de ces entités ? Comment produire et manipuler des abstractions pertinentes pour l'analyse macroscopique des systèmes ? Face à l'échec de l'approche analytique, le concept d'émergence épistémique - relatif à la nature de la connaissance - nous permet de définir une stratégie d'analyse alternative, motivée par le constat suivant : l'activité scientifique repose sur des processus d'abstraction fournissant des éléments de description macroscopique pour aborder la complexité des systèmes. Cette thèse s'intéresse plus particulièrement à la production d'abstractions spatiales et temporelles par agrégation de données. Afin d'engendrer des représentations exploitables lors du passage à l'échelle, il apparaît nécessaire de contrôler deux aspects essentiels du processus d'abstraction. Premièrement, la complexité et le contenu informationnel des représentations macroscopiques doivent être conjointement optimisés afin de préserver les détails pertinents pour l'observateur, tout en minimisant le coût de l'analyse. Nous proposons des mesures de qualité (critères internes) permettant d'évaluer, de comparer et de sélectionner les représentations en fonction du contexte et des objectifs de l'analyse. Deuxièmement, afin de conserver leur pouvoir explicatif, les abstractions engendrées doivent être cohérentes avec les connaissances mobilisées par l'observateur lors de l'analyse. Nous proposons d'utiliser les propriétés organisationnelles, structurelles et topologiques du système (critères externes) pour contraindre le processus d'agrégation et pour engendrer des représentations viables sur les plans syntaxique et sémantique. Par conséquent, l'automatisation du processus d'agrégation nécessite de résoudre un problème d'optimisation sous contraintes. Nous proposons dans cette thèse un algorithme de résolution générique, s'adaptant aux critères formulés par l'observateur. De plus, nous montrons que la complexité de ce problème d'optimisation dépend directement de ces critères. L'approche macroscopique défendue dans cette thèse est évaluée sur deux classes de systèmes. Premièrement, le processus d'agrégation est appliqué à la visualisation d'applications parallèles de grande taille pour l'analyse de performance. Il permet de détecter les anomalies présentes à plusieurs niveaux de granularité dans les traces d'exécution et d'expliquer ces anomalies à partir des propriétés syntaxiques du système. Deuxièmement, le processus est appliqué à l'agrégation de données médiatiques pour l'analyse des relations internationales. L'agrégation géographique et temporelle de l'attention médiatique permet de définir des évènements macroscopiques pertinents sur le plan sémantique pour l'analyse du système international. Pour autant, nous pensons que l'approche et les outils présentés dans cette thèse peuvent être généralisés à de nombreux autres domaines d'application.

L'analyse des systèmes de grande taille est confrontée à des difficultés d'ordre syntaxique et sémantique : comment observer un million d'entités distribuées et asynchrones ? Comment interpréter le désordre résultant de l'observation microscopique de ces entités ? Comment produire et manipuler des abstractions pertinentes pour l'analyse macroscopique des systèmes ? Face à l'échec de l'approche analytique, le concept d'émergence épistémique - relatif à la nature de la connaissance - nous permet de définir une stratégie d'analyse alternative, motivée par le constat suivant : l'activité scientifique repose sur des processus d'abstraction fournissant des éléments de description macroscopique pour aborder la complexité des systèmes. Cette thèse s'intéresse plus particulièrement à la production d'abstractions spatiales et temporelles par agrégation de données. Afin d'engendrer des représentations exploitables lors du passage à l'échelle, il apparaît nécessaire de contrôler deux aspects essentiels du processus d'abstraction. Premièrement, la complexité et le contenu informationnel des représentations macroscopiques doivent être conjointement optimisés afin de préserver les détails pertinents pour l'observateur, tout en minimisant le coût de l'analyse. Nous proposons des mesures de qualité (critères internes) permettant d'évaluer, de comparer et de sélectionner les représentations en fonction du contexte et des objectifs de l'analyse. Deuxièmement, afin de conserver leur pouvoir explicatif, les abstractions engendrées doivent être cohérentes avec les connaissances mobilisées par l'observateur lors de l'analyse. Nous proposons d'utiliser les propriétés organisationnelles, structurelles et topologiques du système (critères externes) pour contraindre le processus d'agrégation et pour engendrer des représentations viables sur les plans syntaxique et sémantique. Par conséquent, l'automatisation du processus d'agrégation nécessite de résoudre un problème d'optimisation sous contraintes. Nous proposons dans cette thèse un algorithme de résolution générique, s'adaptant aux critères formulés par l'observateur. De plus, nous montrons que la complexité de ce problème d'optimisation dépend directement de ces critères. L'approche macroscopique défendue dans cette thèse est évaluée sur deux classes de systèmes. Premièrement, le processus d'agrégation est appliqué à la visualisation d'applications parallèles de grande taille pour l'analyse de performance. Il permet de détecter les anomalies présentes à plusieurs niveaux de granularité dans les traces d'exécution et d'expliquer ces anomalies à partir des propriétés syntaxiques du système. Deuxièmement, le processus est appliqué à l'agrégation de données médiatiques pour l'analyse des relations internationales. L'agrégation géographique et temporelle de l'attention médiatique permet de définir des évènements macroscopiques pertinents sur le plan sémantique pour l'analyse du système international. Pour autant, nous pensons que l'approche et les outils présentés dans cette thèse peuvent être généralisés à de nombreux autres domaines d'application. / The analysis of large-scale systems faces syntactic and semantic difficulties: How to observe millions of distributed and asynchronous entities? How to interpret the disorder that results from the microscopic observation of such entities? How to produce and handle relevant abstractions for the systems' macroscopic analysis? Faced with the failure of the analytic approach, the concept of epistemic emergence - related to the nature of knowledge - allows us to define an alternative strategy. This strategy is motivated by the observation that scientific activity relies on abstraction processes that provide macroscopic descriptions to broach the systems' complexity. This thesis is more specifically interested in the production of spatial and temporal abstractions through data aggregation. In order to generate scalable representations, the control of two essential aspects of the aggregation process is necessary. Firstly, the complexity and the information content of macroscopic representations should be jointly optimized in order to preserve the relevant details for the observer, while minimizing the cost of the analysis. We propose several measures of quality (internal criteria) to evaluate, compare and select the representations depending on the context and the objectives of the analysis. Secondly, in order to preserve their explanatory power, the generated abstractions should be consistent with the background knowledge exploited by the observer for the analysis. We propose to exploit the systems' organisational, structural and topological properties (external criteria) to constrain the aggregation process and to generate syntactically and semantically consistent representations. Consequently, the automation of the aggregation process requires solving a constrained optimization problem. We propose a generic algorithm that adapts to the criteria expressed by the observer. Furthermore, we show that the complexity of this optimization problem directly depend on these criteria. The macroscopic approach supported by this thesis is evaluated on two classes of systems. Firstly, the aggregation process is applied to the visualisation of large-scale distributed applications for performance analysis. It allows the detection of anomalies at several scales in the execution traces and the explanation of these anomalies according to the system syntactic properties. Secondly, the process is applied to the aggregation of news for the analysis of international relations. The geographical and temporal aggregation of media attention allows the definition of semantically consistent macroscopic events for the analysis of the international system. Furthermore, we believe that the approach and the tools presented in this thesis can be extended to a wider class of application domains.