Depuis une quinzaine d'années, l'étude des enregistrements de musique de chambre se focalise sous deux points de vue distincts : la séparation de sources et la transcription polyphonique. La séparation de sources cherche à extraire des enregistrements les signaux correspondant aux instruments présents. La transcription polyphonique vise à les décrire par un ensemble de paramètres : noms des instruments, hauteurs et volumes des notes jouées, etc. Les méthodes existantes, fondées sur l'analyse spatiale et spectro-temporelle des enregistrements, fournissent des résultats satisfaisants sur des cas simples. Mais généralement leur performance se dégrade vite au-delà d'un nombre d'instruments limite ou en présence de réverbération, d'instruments de même tessiture ou de notes à intervalle harmonique. Notre hypothèse est que ces méthodes souffrent souvent de modèles de sources instrumentales trop génériques. Nous proposons d'y remédier par la création de modèles d'instruments spécifiques basés sur un apprentissage. Dans ce travail, nous justifions cette hypothèse par l'étude des informations pertinentes présentes dans les enregistrements musicaux et de leur exploitation par les méthodes existantes. Nous construisons ensuite de nouveaux modèles probabilistes d'instruments inspirés de l'Analyse en Sous-espaces Indépendants (ASI) et nous donnons quelques exemples d'instruments appris. Enfin nous appliquons ces modèles à la séparation et la transcription d'enregistrements réalistes, parmi lesquels des pistes de CD et des mélanges synthétiques convolutifs ou sous-déterminés de ces pistes.

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre des recherches menées sur l'évaluation des procédés pyrochimiques pour la séparation actinides-lanthanides. Ils concernent plus précisément un coeur de procédé consistant en la réduction, sur cathode liquide, des actinides dissous en milieu sel fondu. Cette technique présente un certain potentiel pour un scénario de « gestion groupée ». L'objectif de ces travaux est de proposer un procédé de séparation électrolytique qui améliorait, à la fois, les performances d'extraction des An, et de séparation An-Ln. L'amélioration de la sélectivité passe par la mise en oeuvre d'autres solvants que ceux explorés jusqu'à présent. Une étude méthodologique et thermodynamique nous a conduits à sélectionner une combinaison solvant/substrat cathodique prometteuse : fluorures fondus et bismuth liquide. Cette étape a été suivie d'une validation expérimentale (sur néodyme), permettant de s'assurer aussi bien de la faisabilité de mise en oeuvre des systèmes, que de la pertinence de nos prévisions. Les performances d'extraction pourraient, quant à elles, se voir améliorées par la mise en oeuvre d'un renouvellement de l'interface sel/cathode liquide. Il s'agit alors de répondre à la faisabilité d'une électrolyse dynamique sur gouttes de métal liquide. L'étude de la transposition de cette technologie aux milieux présélectionnés nous a conduits à mettre au point un petit dispositif dédié aux études d'écoulement, ainsi qu'une méthode de détermination des tensions interfaciales à haute température. Ces travaux démontrent que le principe de séparation sur cathode liquide à surface renouvelée ne présente pas de point rédhibitoire. Néanmoins, une validation en actif et une optimisation de la technologie sont nécessaires pour compléter l'évaluation de cette technique séparative innovante.

Cette thèse propose des algorithmes rapides pour les représentations parcimonieuses. Les représentations parcimonieuses consistent à approcher le signal par une combinaison linéaire de peu d'atomes choisis dans un dictionnaire redondant (plus d'atomes que la dimension du signal). Comment décomposer un signal donné sur un dictionnaire donné ? C'est un problème NP-complet. Les algorithmes approchés existants sont trop coûteux pour être employés sur de grands signaux ou bien calculent une approximation grossière. Nous proposons un nouvel algorithme, LocOMP, qui passe à l'échelle sans sacrifier la qualité d'approximation. LocOMP nécessite des dictionnaires locaux : la longueur du support d'un atome est petite devant celle du signal. Comment apprendre un dictionnaire qui permet la représentation parcimonieuse d'une famille de signaux donnée ? C'est un problème encore plus complexe : on le résout habituellement en itérant plusieurs décompositions parcimonieuses. Nous proposons une amélioration de l'algorithme d'Olshausen-Field qui optimise le dictionnaire par descente de gradient à pas fixe. Nous exprimons le pas optimal la descente. L'algorithme converge ainsi plus vite vers un meilleur dictionnaire. Enfin, nous avons appliqué ces outils pour isoler les signaux de fibrillation atriale dans l'électrocardiogramme du patient. La fibrillation atriale est une arythmie cardiaque : les atria tremblent au lieu de battre. On souhaite observer la fibrillation dans l'ECG, mais elle est mélangée à l'activité ventriculaire. Notre méthode de séparation est basée sur l'apprentissage d'un dictionnaire pour la fibrillation et un pour l'activité ventriculaire, tous deux appris sur le même ECG.

Cette thèse développe une stratégie multi-échelle pour représenter le comportement mécanique des armatures et des câbles de précontrainte dans une structure en béton armé. Cette stratégie est déclinée en plusieurs étapes, permettant d'intégrer progressivement de nouveaux phénomènes physiques dans la modélisation. Le premier modèle asymptotique développé permet de représenter le comportement élastique effectif d'hétérogénéités périodiquement réparties sur une surface. Il combine un comportement d'interface élastique et un comportement de membrane. Un second modèle asymptotique s'intéresse ensuite au comportement de fibres rigides réparties sur une surface, et susceptibles de glisser par rapport au volume environnant. Ces modèles présentent l'avantage d'induire moins de concentrations de contraintes que les modèles de barres utilisés classiquement. Ils sont implantés dans le code éléments finis Code_Aster, et validés par rapport à des simulations tridimensionnelles de référence. Leur interaction avec une fissure présente dans le béton est étudiée. Enfin, cette stratégie permet de modéliser des essais expérimentaux réalisés sur une portion d'enceinte de confinement à l'échelle 1.

Cette thèse apporte une contribution théorique et expérimentale à l'exploration des propriétés de dispersion et de polarisation de structures à cristaux photoniques à gradient (GPhCs). Nous explorons pour commencer la relation qui existe entre les déformations des surfaces équi-fréquences (EFS) de différents cristaux photoniques et les paramètres de maille des configurations envisagées. Compte tenu de la complexité des structures possibles obtenues à partir d'un chirp spatial bidimensionnel d'au moins un paramètre de maille, nous avons limité notre étude à un type particulier de structure basé sur un réseau carré de silicium sur isolant (SOI) planaire constitué de trous d'air de facteur de remplissage variable. Une expression analytique des EFS connexes en fonction du rayon des motifs a d'abord été extraite, et une structure GPhC de "référence" a ensuite été proposé pour l'exploration des propriétés de dispersion et de polarisation des GPhCs utilisant à la fois une approche consistant à propager un ou plusieurs rayons optiques dont les trajectoires sont données par les équations de l'optique Hamiltonienne et une approche tout numérique basée sur des simulations FDTD. Nous décrivons ensuite les processus de fabrication de salle blanche des structures à cristaux photoniques graduels, obtenues à partir de substrats semiconducteurs par lithographie par faisceau d'électrons et gravure ionique réactive. Les échantillons fabriqués sont étudiés expérimentalement par des techniques de mesure en champ lointain et en champ proche (SNOM) en s'appuyant sur une collaboration avec un autre groupe du CNRS. Les résultats expérimentaux montrent une relation dispersive quasi-linéaire de 0.25μm/nm dans la gamme de longueur d'onde allant de 1470nm à 1600nm. Les premiers dispositifs fabriqués présentent aussi la possibilité de séparer des couples de deux longueurs d'onde (démultiplexage) avec des pertes d'insertion faibles (inférieures à 2 dB) et un niveau de diaphonie faible (de l'ordre de -20 dB). Ils présentent également un effet très net de séparation des polarisations de la lumière avec une diaphonie inter-polarisations TE/TM de -27dB dans une bande spectrale de l'ordre de 70 nm. Au-delà de ces mesures optiques obtenus dans une configuration particulière de cristal photonique graduel, les travaux présentés dans cette thèse ont permis l'observation directe de la transition entre les régimes d'homogénéisation et de diffraction de propagation de la lumière dans un matériau optique artificiel tout diélectrique. Globalement, la méthodologie présentée et adoptée pour l'étude de la propagation de la lumière dans les structures étudiées a ouvert des perspectives pour la réalisation de fonctions optiques plus complexes.

Les données audio occupent une position centrale dans notre vie, que ce soit pour la communication parlée, les vidéos personnelles, la radio et la télévision, la musique, le cinéma, les jeux vidéos ou les divertissements. Cela crée un ensemble de besoins applicatifs allant du rehaussement du signal à l'extraction d'information, en passant par la réditorialisation et la manipulation interactive des contenus. Les données audio réelles ont une structure complexe due à la superposition de plusieurs sources sonores et à la coexistence de plusieurs niveaux d'information. Par exemple, les enregistrements de parole incluent souvent des locuteurs simultanés ou du bruit de fond et ils portent des informations sur l'identité des locuteurs, la langue et le sujet de la discussion, le texte prononcé, l'intonation et l'environnement acoustique. Les enregistrements de musique sont aussi typiquement constitués de plusieurs instruments musicaux ou voix et ils contiennent des informations sur le compositeur, l'organisation temporelle des morceaux, la partition sous-jacente, l'interprétation et l'environnement acoustique. Lorsque j'ai commencé mes études de doctorat de 2001, la séparation des signaux sources dans un enregistrement était considérée comme l'un des grands défis vers l'application des techniques de traitement du signal audio initialement conçues pour des sources seules à des données réelles multi-sources. Les techniques de formation de voies fixe ou adaptative étaient déjà établies, mais elles demandaient un grand nombre de microphones rarement disponible en pratique. Les premières techniques de séparation aveugle de sources conçues pour un nombre plus faible de microphones venaient à peine d'être appliquées à l'audio. Onze ans plus tard, des progrès importants ont été faits et la séparation de sources est devenue un sujet mûr. Grâce en particulier à certaines des contributions listées dans ce document, l'équipe METISS a acquis une réputation de leader dans le domaine, démontrée par un nombre croissant de transferts technologiques visant à rehausser et remixer des signaux de parole et de voix dans divers cas d'usage. L'utilisation de la séparation de sources comme un pré-traitement pour la description de sources de parole ou de musique au sein d'un mélange soulève le défi supplémentaire de prendre en compte les distorsions non-linéaires sur les signaux sources estimés. Des méthodes robustes d'interfaçage de la séparation de sources, de l'extraction de descripteurs et de classification ont émergé dans les dix dernières années basées sur l'idée de propagation de l'incertitude. Ce sujet faisait partie de mon programme de recherche lorsque j'ai rejoint Inria en 2006 et il est actuellement en forte croissance en raison de l'omniprésence des applications vocales pour les appareils portables. Les méthodes actuelles n'ont cependant pas encore atteint la robustesse du système auditif humain, et la reconnaissance de la parole ou du locuteur dans des environnements réels avec du bruit non-stationnaire reste un problème très difficile. Par rapport aux deux défis ci-dessus, le traitement conjoint des différents niveaux d'information sous-jacents aux signaux audio a attiré un intérêt moindre à ce jour. Il demeure cependant un problème fondamental pour le traitement de la musique en particulier, où des tâches telles que la transcription de hauteurs polyphonique et l'identification d'accords sont typiquement effectuées indépendamment l'une de l'autre sans prendre en compte les fortes dépendances entre les informations de hauteur et d'harmonie. Mon travail s'est focalisé sur ces trois défis et il est basé en particulier sur les fondements théoriques de la modélisation et de l'estimation bayésienne d'une part et de la modélisation parcimonieuse et de l'optimisation convexe d'autre part. Ce document fournit une vue d'ensemble de mes contributions depuis la fin de mon doctorat selon quatre axes: le Chapitre 1 se focalise sur la formalisation et l'évaluation diagnostique de certains problèmes étudiés, le Chapitre 2 sur la modélisation linéaire des signaux audio et les algorithmes associés, le Chapitre 3 sur la modélisation de variance des signaux audio et les algorithmes associés, et le Chapitre 4 sur la description des contenus multi-sources et multi-niveaux. Le chapitre 5 résume les perspectives de recherche issues de ce travail.

Cette thèse est dédiée à la modélisation conjointe des modalités audio et vidéo de la parole et à son exploitation pour la séparation de sources. Tout d'abord, une modélisation probabiliste bimodale de la parole audiovisuelle à base de mélange de noyaux est proposée. Cette modélisation est ensuite exploitée pour la détection des silences. De plus, nous proposons une détection purement visuelle des silences en s'appuyant sur l'observation des lèvres du locuteur. Ce dernier procédé présente l'avantage d'être indépendant d'un bruit acoustique. Ces deux modélisations sont ensuite exploitées pour la séparation de mélanges convolutifs de sources audiovisuelles. Nous résolvons ainsi le problème classique des indéterminations des méthodes de séparation dans le domaine fréquentiel avant de proposer une méthode géométrique qui utilise les périodes de silence de la source d'intérêt. Les algorithmes proposés sont validés par des expériences sur des corpus multi-locuteurs et multi-langues.

Dans ce mémoire, nous nous intéressons à l'étude et la résolution de problèmes d'ordonnancement de type flowshop de permutation, en présence de contraintes d'écarts temporels (ou time lags), définies entre les couples d'opérations consécutives au sein des travaux. De telles contraintes généralisent les contraintes de précédence classiques et peuvent modéliser de nombreuses situations réelles. De nouveaux résultats de complexité sont démontrés et viennent compléter des résultats classiques tirés de la littérature. Nous présentons aussi un état de l'art assez détaillé sur les travaux concernant les problèmes d'ordonnancement avec time lags, qui met en évidence le manque d'attention reçu par ces problèmes. Nous développons ensuite un schéma générique de résolution exacte reposant sur une Procédure par Séparation et Evaluation et nous l'utilisons pour résoudre plusieurs problèmes de flowshop de permutation en présence de time lags. L'efficacité de cette approche de résolution est évaluée grâce à des séries d'expériences numériques. Enfin, des extensions permettant de prendre en compte des contraintes supplémentaires sont proposées.

Ce mémoire de thèse porte sur l'étude par résonance magnétique nucléaire (noyaux 59Co et 23Na) des oxydes de cobalt NaxCoO2, dont les propriétés remarquables de supraconductivité et de fort pouvoir thermoélectrique suscitent un grand intérêt.<br />Les deux compositions extrêmes x=0 et x=1 ont été étudiées. Na1CoO2 est un isolant de bande non magnétique : tous les sites de cobalt ont un état d'oxydation +3, et un état bas spin S=0. Par contre, le composé CoO2, où la valence formelle du Co est +4, se révèle être très proche de la transition (isolant-métal) de Mott, ce qui montre que les corrélations électroniques sont fortes, à la base, dans ce système.<br />Dans la zone 0.65

Les propriétés des liquides ioniques telles que leur bas point de fusion, leur non-volatilité, leur stabilité thermique, et surtout leur faculté à solubiliser des composés organiques et inorganiques, en ont fait des composés d'intérêt en électrophorèse capillaire dans la recherche de nouveaux milieux de séparation. Au cours de ces travaux, deux principaux axes de recherche ont été suivis. Dans le but de pallier le manque de données sur ces nouveaux milieux, la détermination des paramètres physico-chimiques (absorbance, viscosité, conductivité) et thermodynamiques (constantes apparentes d'inclusion, seuil d'agrégation) a été réalisée en mettant en oeuvre l'instrumentation de l'électrophorèse capillaire et deux techniques électrophorétiques (électrophorèse capillaire d'affinité, analyse frontale), montrant bien l'intérêt de l'électrophorèse capillaire pour caractériser les liquides ioniques. La deuxième partie de ce travail a été dédiée à l'étude d'une application des liquides ioniques en électrophorèse capillaire, qui a porté sur l'évaluation de deux nouveaux liquides ioniques chiraux à base de cation dérivé de choline, en tant que sélecteurs chiraux pour des séparations énantiomériques.