En France, la nécessaire rationalisation des moyens alloués aux hôpitaux a abouti à une concentration des ressources et une augmentation de la complexité des plateaux techniques. Leur pilotage et leur répartition territoriale s’avèrent d’autant plus difficile, soulevant ainsi la problématique de l’optimisation des systèmes de soins. L’utilisation des données massives produites pas ces systèmes pourrait constituer une nouvelle approche en matière d’analyse et d’aide à la décision. Méthode : A partir d’une réflexion sur la notion de performance, différentes approches d’optimisation préexistantes sont d’abord mis en évidence. Le bloc opératoire a été choisi en tant que terrain expérimental. Suit une analyse sur une fusion d’établissements en tant qu’exemple d’une approche d’optimisation par massification.Ces deux étapes permettent de défendre une approche alternative qui associe l’usage de données massives, la science des réseaux et la visualisation des données sous forme cartographique. Deux sets de séjours en chirurgie orthopédique sur la région ex-Midi-Pyrénées sont utilisés. L’enchainement des séjours de soins est considéré en tant en réseau de données. L’ensemble est projeté dans un environnement visuel développé en JavaScript et permettant une fouille dynamique du graphe. Résultats : La possibilité de visualiser des parcours de santé sous forme de graphes NŒUDS-LIENS est démontrée. Les graphes apportent une perception supplémentaire sur les enchainements de séjours et les redondances des parcours. Le caractère dynamique des graphes permet en outre leur fouille. L’approche visuelle subjective est complétée par une série de mesures objectives issues de la science des réseaux. Les plateaux techniques de soins produisent des données massives utiles à leur analyse et potentiellement à leur optimisation. La visualisation graphique de ces données associées à un cadre d’analyse tel que la science des réseaux donne des premiers indicateurs positifs avec notamment la mise en évidence de motifs redondants. La poursuite d’expérimentations à plus large échelle est requise pour valider, renforcer et diffuser ces observations et cette méthode. / In France, the streamlining of means assigned hospitals result in concentration of resources ana growing complexily of heallhcare facilities. Piloting and planning (them turn out to be all the more difficult, thus leading of optimjzation problems. The use of massive data produced by these systems in association with network science an alternative approach for analyzing and improving decision-making support jn healthcare. Method : Various preexisting optimisation are first highblighted based on observations in operating theaters chosen as experirnentai sites. An analysis of merger of two hospitlas also follows as an example of an optimization method by massification. These two steps make it possible to defend an alternative approach that combines the use of big data science of networks data visualization techniques. Two sets of patient data in orthopedic surgery in the ex-Midi-Pyrénées region in France are used to create a network of all sequences of care. The whole is displayed in a visual environment developed in JavaScript allowing a dynamic mining of the graph. Results: Visualizing healthcare sequences in the form of nodes and links graphs has been sel out. The graphs provide an additional perception of' the redundancies of he healthcare pathways. The dynamic character of the graphs also allows their direct rnining. The initial visual approach is supplernented by a series of objcctive measures from the science of networks. Conciusion: Healthcare facilities produce massive data valuable for their analysis and optimization. Data visualizalion together with a framework such as network science gives prelimiaary encouraging indicators uncovering redondant healthcare pathway patterns. Furthev experimentations with various and larger sets of data is required to validate and strengthen these observations and methods.

Le travail de cette thèse s’interroge sur les réponses à apporter en terme d’organisation de l’offre médico-technique et de sa juste répartition sur les territoires en particulier pour les patients âgés poly-pathologiques. Il part de l’hypothèse qu’il existe un espace pour des concepts de petits établissements de santé ambulatoires pluridisciplinaires, dotés d’un petit plateau médico-technique, qui permettraient de participer à fluidifier et optimiser les parcours de soins. La méthode a consisté d’une part à étudier des structures plus petites de proximité en Allemagne, les MVZ, avec une expérience plus ancienne que celle dont nous disposons en France avec les MSP ou les Centres de Santé, et d’autre part à analyser les données PMSI pour faire émerger à la fois l’existence de groupes homogènes de co-morbidités et de groupes homogènes de parcours de soins. Les résultats sont constructifs, à la fois dans l’analyse par les sciences des réseaux et par l’automatisation de représentations de parcours de soins complexes. Ils ont permis de faire émerger des patterns représentatifs de groupes, d’en caractériser la consommation de soins, en matière de dispositifs médicaux et de ressources humaines, de quantifier les distances parcourues cumulées et les coûts cumulés par les patients selon leur lieu d’habitation et les institutions de santé auxquelles elles sont adressées. Nous en tirons des éléments pour la définition et la labellisation de nouvelles structures de santé de proximité satellites d’hôpitaux plus importants. Ce travail représente une avancée particulièrement utile, à la fois conceptuelle et pratique, pour les études de données de santé complexes des personnes âgées. / This work questions the answer to be given in terms of organization of the health technical offer and its fair distribution in the territories especially for the elderly patients with multimorbidities. It is based on the assumption that there is space for a concept of small multi-disciplinary outpatient health facilities, with a small health-technical platform, which would help to streamline and optimize care pathways. The method consisted on the one hand to study in Germany smaller community interdisciplinary health care center (the MVZ) in operation for a longer time than the the French multidisciplinary médical care centers. And on the other hand it analyzed the national heath data to reveal both the existence of comorbidités related groups and homogeneous care pathways related groups. The results are positive, both in network science analysis and in the automation of representations of complex care pathways. They made it possible to create representative patterns of groups, to characterize the consumption of care, in terms of medical devices and human resources, to quantify the cumulative distances traveled and the costs accumulated by patients according to their place of residence and the health institutions to which they are sent. We get addition elements for the definition and labeling of small community health centers, satellite of larger hospitals. This work represents a particularly useful step, both conceptual and practical, for complex health data studies of elderly.

La Science des Réseaux est apparue comme un domaine d'étude fondamental pour modéliser un grand nombre de systèmes synthetiques ou du monde réel. La découverte du graphe petit monde et du graphe sans échelle dans ces réseaux a révolutionné la façon d'étudier, d'analyser, de modéliser et de traiter ces réseaux. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude des réseaux ayant ces propriétés et souvent qualifiés de réseaux complexes. À notre avis, les recherches menées dans ce domaine peuvent être regroupées en quatre catégories: l'analyse, la structure, le processus/organisation et la visualisation. Nous abordons des problèmes relatifs à chacune de ces catégories tout au long de cette thèse. Les premiers chapitres introduisent l'état de l'art nécessaire aux lecteurs. Les chapitres 3,4,5,6 et 7 abordent chacun un problème spécifique auquel nous proposons une solution. Dans le chapitre 3, nous présentons une méthode de visualisation analytique pour analyser les réseaux complexes. En s'appuyant sur cette méthode, nous introduisons une nouvelle métrique pour déterminer la présence de sommets largement connectés. Nous détaillons dans le chapitre 4 un ensemble de modèles pour générer des réseaux artificiels ayant les propriétés petit monde et sans échelle. Nous proposons un nouveau modèle générant des réseaux de ce type et qui contiennent, de plus, des structures communautaires. En extension des résultats d'analyse obtenus au chapitre 3, nous introduisons un algorithme de clustering agglomératif dans le chapitre 5. Dans le chapitre 6, nous abordons la question de la visualisation de ces réseaux complexes grâce à un système qui combine simplification et clustering avec des algorithmes de mise en page dédiée. Nous abordons enfin dans le chapitre 7 la question de l'évaluation de la qualité des clusters pour les réseaux complexes qui n'ont pas de sommets largement connectés. Nous concluons chaque chapitre par des perspectives de recherches dédiées. Enfin, nous résumons nos résultats et concluons cette thèse en proposant quelques futurs axes de recherches basés sur nos découvertes.

Comprendre le câblage complexe de la régulation cellulaire reste un défi des plus redoutables.Les connaissances fondamentales sur le câblage et le fonctionnement du réseau d’homéostasiedes protéines aideront à mieux comprendre comment l’homéostasie des protéines échouedans les maladies et comment les modèles de régulation du réseau d’homéostasie desprotéines peuvent être ciblés pour une intervention thérapeutique. L’étude vise à développeret à appliquer une nouvelle méthodologie de calcul pour l’identification systématique etla caractérisation des systèmes de rétroaction en homéostasie des protéines. La rechercheproposée combine des idées et des approches issues de la science des protéines, de la biologiedes systèmes de levure, de la biologie computationnelle et de la biologie des réseaux.La difficulté dans la tâche d’incorporer des données multi-plateformes multi-omiques estamplifiée par le vaste réseau de gènes, protéines et métabolites interconnectés qui seréunissent pour remplir une fonction spécifique. Pour ma thèse de maîtrise, j’ai développéun algorithme PBPF (Path-Based Pattern Finding), qui recherche et énumère les motifsde réseau de la topologie requise. Il s’agit d’un algorithme basé sur la théorie des graphesqui utilise la combinaison d’une méthode transversale de profondeur et d’une méthodede recherche par largeur ensuite pour identifier les topologies de sous-graphes de réseaurequises. En outre, le fonctionnement de l’algorithme a été démontré dans les domainesde l’homéostasie des protéines chezSaccharomyces cerevisiae. Une approche systématiqued’intégration des données de la biologie des systèmes a été orchestrée, qui montre l’iden-tification systématique de motifs de rétroaction régulatrice connus dans l’homéostasie desprotéines. Il revendique fortement la capacité d’identifier de nouveaux motifs de rétroactionréglementaire envahissants. L’application de l’algorithme peut être étendue à d’autressystèmes biologiques, par exemple, pour identifier des motifs de rétroaction spécifiques àl’état cellulaire dans le cas de cellules souches. / Understanding the intricate wiring of cellular regulation remains a most formidable chal-lenge. The fundamental insights into the wiring and functioning of the protein homeostasisnetwork will help to better understand how protein homeostasis fails in diseases and howthe regulatory patterns of protein homeostasis network can be targeted for therapeuticintervention. The study aims at developing and applying novel computational methodologyfor the systematic identification and characterization of feedback systems in proteinhomeostasis. The proposed research combines ideas and approaches from protein science,yeast systems biology, computational biology, as well as network biology. The difficultyin the task of incorporating multi-platform multi-omics data is amplified by the largenetwork of inter-connected genes, proteins and metabolites that come together to perform aspecific function. For my master’s thesis, I developed a path-based pattern finding (PBPF)algorithm, which searches and enumerates network motifs of required topology. It is a graphtheory based algorithm which utilizes the combination of depth-first transverse method andbreadth-first search method to identify the required network sub-graph topologies. Further,the functioning of the algorithm has been demonstrated in the realms of protein homeostasisinSaccharomyces cerevisiae. A systematic approach of integration of systems biologydata has been orchestrated, which shows the systematic identification of known regulatoryfeedback motifs in protein homeostasis. It claims the unique ability to identify novelpervasive regulatory feedback motifs. The application of the algorithm can be extended toother biological systems, for example, to identify cell-state specific feedback motifs in caseof stem-cells.

La Science des réseaux est apparue comme un domaine d'étude fondamental pour modéliser un grand nombre de systèmes synthétiques ou du monde réel.La découverte du graphe petit monde et du graphe sans échelle dans ces réseaux a révolutionné la façon d'étudier, d'analyser, de modéliser et de traiter ces réseaux. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude des réseaux ayant ces propriétés et souvent qualifiés de réseaux complexes.A notre avis, les recherches menées dans ce domaine peuvent être regroupées en quatre catégories: l'analyse, la structure, le processus/organisation et la visualisation.Nous abordons des problèmes relatifs à chacune de ces catégories tout au long de cette thèse. (...) / Network science has emerged as a fundamental field of study to model many physicaland real world systems around us. The discovery of small world and scale free propertiesof these real world networks has revolutionized the way we study, analyze, model andprocess these networks. In this thesis, we are interested in the study of networks havingthese properties often termed as complex networks. In our opinion, research conducted inthis field can be grouped into four categories, Analysis, Structure, Processes-Organizationand Visualization. We address problems pertaining to each of these categories throughoutthis thesis. (...)

La problématique de ce doctorat est : comment la structure des réseaux constitue une nouvelle matrice pour la production d’oeuvres artistiques. Pour répondre à cette question, nous commencerons en étudiant l’évolution de la notion de « réseau » de l’antiquité jusqu’à aujourd’hui ; les théories des réseaux concernant leur structure et/ou leur dynamique. Ensuite nous présenterons les applications –de la notion ou des théories de réseaux– tant dans les sciences que dans l’art. Nous listerons et nous analyserons huit types de réseaux et puis nous mentionnerons des oeuvres artistiques qui ont été inspirées par ces types de réseaux et/ou qui utilisent certains (types de) réseaux comme matrice pour leur création. Nous proposerons le projet Lignes Imaginaires, un modèle 3D qui se fonde sur la conception d’un métro de lignes imaginaires, voire de lignes dynamiques et/ou paradoxales qui sont en mouvement, apparaissent/disparaissent, créent de l’infrastructure supplémentaire. L’analyse du métro Lignes Imaginaires dévoile l'importance de la géographie et de la spatialité des réseaux, tandis que leur représentation graphique topologique reste insuffisante pour la représentation précise et pour la compréhension de leur structure (paradoxale). En outre, l’innovation du métro Lignes Imaginaires est que son infrastructure est dynamique et auto-organisée, contrairement aux métros traditionnels où les lignes et leurs itinéraires sont fixes. L’objectif du projet artistique Lignes Imaginaires est de visualiser un concept en créant un métro hors du commun qui pourrait aussi proposer des formes alternatives des réseaux de transports dans le contexte urbain. / This thesis examines and shows ways in which the structure of networks can provide a new matrix for the production of artworks. In order to answer this question we start by studying: the evolution of the term ‘network’ from the ancient times up to nowadays; the theories that refer to network structure or network dynamics. Then we present the applications of these theories into both art and science. We list and analyze eight different types of networks and then we feature artworks which have been inspired by these network types or have used the network structure of a certain type as a matrix for art making. We propose the Imaginary Lines project, a three-dimensional network model which is based on the concept of a metro composed of imaginary lines. More precisely Imaginary Lines metro network encompasses seven paradoxical lines which move, (dis)appear and produce supplementary infrastructure. The Imaginary Lines metro unveils the importance of geography and spatiality, in contrast with topological network graphic representations, which remain insufficient, in terms of utmost accuracy in representation and comprehension of network structure. Additionally, the Imaginary Lines network innovation lays in its infrastructure dynamics as well as in its self-organisation. The objective of the Imaginary Lines artistic project is to visualise a concept by creating an unusual metro, which goes beyond traditional fixed-route transport networks and can support alternative forms of urban transport development.