Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de l'identification des facteurs à l'origine de l'augmentation des concentrations en carbone organique dissous (COD) observée ces dernières années dans un grand nombre de rivières d'Europe et d'Amérique du Nord. Elle vise à mieux comprendre les mécanismes de transfert du COD des sols vers les rivières, et à identifier et quantifier le rôle de l'hydro-climat et de sa variabilité sur la production et le transfert de COD. Pour atteindre cet objectif, une série long-terme (8 ans) et horaire (8 crues) décrivant la variabilité des teneurs en COD enregistrée dans la rivière à l'exutoire du bassin-versant agricole de Kervidy-Naizin a été confrontée à la variabilité des principaux facteurs hydro-climatiques censés contrôler la production et le transfert de COD. Un travail de modélisation a finalement permis de tester certaines des hypothèses avancées. Nous avons ainsi identifié les horizons superficiels des sols des zones de bas fond comme la principale source de COD. De l'automne jusqu'au printemps, cette composante allochtone représente l'essentiel du flux de COD transitant à l'exutoire et devient relayée par une composante autochtone en été. L'analyse des variations saisonnières des apports allochtones de COD révèle la présence de deux compartiments producteurs de COD au niveau du sol: i) un compartiment mobilisé uniquement en automne, dont la taille est finie et parait être sous la dépendance de la durée du retrait de la nappe hors des horizons organiques pendant l'été précédent; ii) un compartiment mobilisé en hiver et au printemps, dont la taille paraît, elle, indépendante des conditions climatiques. Nous supposons que ce deuxième compartiment correspond au fond humique "ancien" des sols des zones de bas fond, la nature du premier compartiment restant, elle, à élucider. La localisation des zones sources du COD aux zones humides de bas-fond déduite dans ce travail est comparable aux résultats publiés sur des bassins versants forestiers et alpins. Ainsi, l'activité agricole intensive pratiquée sur ce bassin versant ne semble pas avoir d'effet sur la dynamique du transfert du COD, alors qu'elle modifie profondément la chimie de l'eau. Dans notre étude, les variables hydro-climatiques telles que la température et/ou la hauteur de nappe n'influencent les transferts de COD qu'à l'échelle d'une saison, l'automne. Aucun effet n'est détecté à l'échelle annuelle. En particulier, l'épisode caniculaire de 2003 où l'augmentation progressive de la profondeur estivale de la nappe enregistrée sur la période d'étude ne crée pas d'augmentation long-terme de la teneur moyenne annuelle en COD celle-ci restant stable (5,5 mg.l-1). Ce résultat suggère que le réchauffement climatique actuel n'est probablement pas la cause de l'augmentation des teneurs en COD observée dans beaucoup de rivières de part le monde. Le travail de modélisation a permis, entre autre, de confirmer la localisation de la source principale du COD dans les horizons superficiels des sols des zones de bas de versant, ou l'existence d'une production autochtone de COD dans la rivière en été. Néanmoins des travaux complémentaires semblent nécessaires pour déterminer la nature exacte des sources du COD ainsi que leur dynamique de production et de décomposition.

Ce travail de thèse porte sur l'utilisation des NanoDiamants Photoluminescents (NDPs) pour des applications en bio-imagerie. Les nanodiamants (NDs) sont photoluminescents grâce à la présence de centres colorés azote-lacune (NV) dans leur maille cristalline. Le manuscrit est divisé en deux parties. La première concerne l'étude des propriétés optiques des centres colorés NV dans des NDs. Après l'optimisation de la concentration des centres NV, nous comparons la photoluminescence des NDPs à celle des nanoparticules semi-conductrices commerciales; nous concluons qu'elle peut être équivalente, même supérieure dans le cas des NDPs. Pour augmenter le contraste d'imagerie intracellulaire des NDPs, nous avons étudié l'excitation à 2-photons des centres NV. Lors de cette étude avec un laser impulsionnel, nous avons découvert que le signal de photoluminescence des NDPs excité à un photon chute très fortement lorsque l'impulsion infrarouge est simultanée de l'excitation visible. Nous avons étudié la façon d'utiliser cet effet pour l'imagerie de super-resolution. La deuxième partie porte sur l'étude des applications des NDPs comme sondes pour la bio-imagerie. Dans le but d'utiliser des NDPs comme véhicules de biomolécules, nous avons étudié leurs mécanismes d'internalisation et avons élucidé leur localisation intracellulaire, en inhibant des voies différentes d'internalisation et par des expériences d'immunofluorescence. De plus, nous avons montré que les NDPs ne sont pas toxiques pour des cellules en culture. Un premier essai de vectorisation a été mené avec de NDPs couverts d'ADN plasmidique.

Coburn et Spence (2002) rappellent qu'au cours du dernier siècle, le coût des séismes ramené à la valeur de l'année 2000 est de l'ordre de mille milliard de dollars. Rapporté par an, ils constatent que cette valeur augmente au cours du XXème siècle, essentiellement à cause de l'augmentation et de la concentration des populations dans les grands centres urbains exposés à un aléa sismique fort. Des agglomérations de plus en plus grandes, exposées aux séismes et constituées d'un habitat hétérogène et de qualité très variable, sont donc les ingrédients qui positionnent le milieu urbain à l'étape la plus critique de l'évaluation du risque sismique. Cette position est renforcée du fait que de nombreuses villes gigantesques (mega-cities) exposées se trouvent, pour des raisons historiques et sociologiques, sur des remplissages sédimentaires majeurs, facteur aggravant de l'aléa sismique local. Le bâti existant va également présenter une hétérogénéité forte, conséquence de l'évolution de ses caractéristiques structurales au cours du temps, renforçant l'idée d'une ville vulnérable et fragile. Enfin, tandis que le risque sismique consiste bien souvent à aborder séparément l'aléa de la vulnérabilité, il n'est pas surprenant que l'urbain puisse modifier, perturber, voir même contaminer le mouvement sismique incident, en particulier lorsque l'habitat est dense et massif, ce qui à l'aube du 21ème siècle semble être l'évolution majeure des grandes concentrations urbaines. Au cours de cet exposé, nous aborderons la sismologie urbaine en essayant de comprendre sur des résultats expérimentaux récents la façon de réagir d'un milieu urbain à une sollicitation sismique. Deux échelles d'espace seront discutées: la réponse de la ville en montrant comment celle-ci peut à la fois subir le séisme (vulnérabilité sismique) et contribuer de façon significative au mouvement du sol (interaction site-ville); et la réponse d'une structure simple en évaluant sa capacité à se déformer sous une sollicitation sismique (analyse modale opérationnelle) et à prédire son intégrité à la fin de la secousse (courbes de fragilité et structural health monitoring).

Cette thèse étudie l'anticipation musicale, à la fois comme un processus cognitif et comme un principe de conception pour des applications d'informatique musicale et d'extraction de données musicales. Dans cette étude, nous reformulons le problème de modélisation d'anticipation abordé dans la littérature de la cognition musicale, à celui de modélisation anticipative, un principe de conception cognitive pour modéliser des systèmes artificiels. Nous proposons des modèles anticipatifs concernant trois préoccupations principales de l'attente musicale : quoi attendre?, comment attendre?, et quand attendre?.<br />Dans le traitement de la première question, nous introduisons un cadre mathématique nommé géométrie d'informations musicales combinant la théorie de l'information, la géométrie différentielle, et l'apprentissage statistique pour représenter les contenus pertinents de l'informations musicales. La deuxième question est abordée comme un problème d'apprentissage automatique des stratégies décisionnelles dans un environnement, en employant les méthodes d'apprentissage interactif. Nous proposons pour la troisième question, une nouvelle conception du problème de synchronisation temps réel entre une partition symbolique et un musicien. Ceci nous ramène à Antescofo, un outils préliminaire d'écriture du temps et de l'interaction dans l'informatique musicale. Malgré la variété des sujets abordés dans cette thèse, la conception anticipative est la facture commune entre toutes les propositions avec les prémices de réduire la complexité structurelle et computationnelle de modélisation, et d'aider à aborder des problèmes complexes dans l'informatique musicale.

Cette étude s'inscrit dans le cadre d'un projet régional ayant pour objectif la conception et la commande d'une machine de rééducation des membres inférieurs. Le premier chapitre a permis de mettre en évidence les atouts d'une rééducation en chaîne musculaire fermée (CMF). En effet, cette technique de rééducation permet la récupération rapide des fonctions motrices et le renforcement musculaire des membres inférieurs tout en garantissant l'équilibre dynamique des articulations. Le second chapitre présente alors le concept cinématique d'une nouvelle machine de rééducation en CMF ainsi que sa structure de contrôle-commande générique. Le troisième chapitre traite la partie continue de cette structure de commande afin d'assurer la stabilité en suivi de trajectoire du système robotisé tout en atténuant les efforts de l'utilisateur sur le dispositif. Ainsi, une méthodologie de synthèse de loi de commande non linéaire garantissant la stabilité en suivi de trajectoire pour la classe des multimodèles de type Takagi-Sugeno sous forme descripteur a été proposée. Pour ce faire, des conditions LMIs ont été obtenues sur la base de la théorie de Lyapunov. Le quatrième chapitre traite le générateur de consigne qui permet, quant à lui, la conduite volontaire du dispositif par l'utilisateur via la mesure de ses interactions avec le dispositif de rééducation. La structure de commande est validée en simulation pour le nouveau dispositif Sys-Rééduc et, ce dernier n'étant pas pour l'heure disponible pour des tests en situation réelle, une validation expérimentale a été proposée sur la machine Multi-Iso de rééducation en chaîne musculaire ouverte disponible au CReSTIC.

Le cadre général de ce travail est l'étude de la représentation et la reconstruction de surfaces tridimensionnelles d'objets non polyédriques, lorsqu'ils sont observes avec des systèmes de vision passifs. Cette thèse est plus spécialement consacrée a la reconstruction de surfaces tridimensionnelles en utilisant des surfaces b-splines, a partir de l'observation du mouvement des contours occultant, dans une séquence d'images calibrées. Nous présentons plusieurs résultats auxquels nous avons abouti : premièrement, nous introduisons un algorithme pyramidal de suivi de contours courbes et la correction des anomalies de contours dans une sequence d'images. Deuxièmement, une methode originale de reconstruction de surfaces b-splines tridimensionnelles est développée a partir d'une séquence d'images calibrées. Finalement, nous proposons une approche de raccordement de différentes surfaces b-splines reconstruites en utilisant le maillage triangulaire et l'interpolation de surfaces. Des résultats sur des données synthétiques et des données réelles sont présentés. Les applications potentielles de ce travail sont très nombreuses dans le cadre des problèmes de modélisation d'objets non polyédriques dans une séquence d'images calibrées

Cette thèse en informatique se place dans le domaine des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain. Durant une activité d'apprentissage, de nombreuses informations peuvent être recueillies et interprétées pour constituer un profil, en termes de connaissances, compétences, conceptions ou comportements d'un apprenant ou d'un groupe d'apprenants. Ces profils peuvent différer de part leur intention pédagogique, leur contenu, leur structuration, leur présentation. Par ailleurs, les acteurs de la situation d'apprentissage concernés par ces profils sont divers.<br /><br />Il n'existe pas à l'heure actuelle de solution technique permettant de réutiliser ces profils hétérogènes. Cette thèse cherche donc à proposer des modèles et des outils permettant la réutilisation pour les différents acteurs de profils d'apprenants créés par d'autres.<br /><br />Dans nos travaux, nous proposons le modèle de processus de gestion de profils REPro (Reuse of External Profiles). Pour permettre la réutilisation de profils hétérogènes, nous proposons de les réécrire selon un formalisme commun qui prend la forme d'un langage de modélisation de profils, le langage PMDL (Profiles MoDeling Language). Nous définissons ensuite un ensemble d'opérateurs permettant la transformation des profils ainsi harmonisés, ou de leur structure, tels que l'ajout d'éléments dans le profil, ou la création d'un profil de groupe à partir de profils individuels. Ces propositions ont été mises en œuvre au sein de l'environnement EPROFILEA du projet PERLEA (Profils d'Élèves Réutilisés pour L'Enseignant et l'Apprenant), avant d'être mises à l'essai auprès d'enseignants en laboratoire.

Cette etude traite de l'utilisation de methodes de filtrage pour du suivi dans des sequences d'images. Ces algorithmes reposent sur une representation du systeme dynamique par une chaine de Markov cachee, decrite par une loi dynamique et une vraisemblance des donnees. Pour construire une methode generale, une loi dynamique estimee sur les images est consideree. Ce choix met en evidence les limitations du modele simple de chaine de Markov cachee, qui ne decrit pas la dependance des elements du systeme aux images.<br />Nous proposons d'abord une modelisation originale du probleme. Celle-ci rend les images explicites et permet de construire des algorithmes sans information a priori. Les filtres associes a cette nouvelle representation sont derives sur la base des filtres classiques, en considerant un conditionnement par rapport a la sequence. Il est egalement presente comment ce nouveau schema permet de considerer des modeles simples, pour lesquels la fonction d'importance optimale est disponible.<br />Ensuite, nous nous interessons a la validation pratique de la modelisation proposee sur une application de suivi de points caracteristiques. Les systemes mis en oeuvre sont entierement estimes sur la sequence. Ils associent des mesures de similarite a une dynamique definie a partir d'un mouvement instantane estime par une methode differentielle robuste. Afin de controler l'importance des differents elements du systeme, les matrices de covariance de bruit des modeles sont estimees. Trois algorithmes de suivi de points sont ainsi construits et valides sur de nombreuses sequences reelles. Enfin, cette approche est etendue au suivi de motifs plans textures. Le modele considere introduit une information geometrique par homographie et amene a un algorithme robuste aux occultations totales.

La segmentation en objets d'une image consiste à extraire de l'image des régions d'intérêt suivant un critère défini. Nous segmentons l'image par un algorithme de contours actifs dans le cadre d'une approche variationnelle. Partant d'un contour initial quelconque, le contour actif évolue, suivant une équation aux dérivées partielles. L'équation d'évolution du contour actif est déduite de la dérivation du critère. Au vu de la dépendance du critère à la région considérée, la dérivation du critère par rapport à la région n'est pas aisée. Nous utilisons des outils de dérivation empruntés à l'optimisation de domaine: les gradients de forme.<br />La contribution de cette thèse réside dans l'élaboration et l'étude de différents descripteurs de région. Pour chaque critère, nous calculons la dérivée du critère à l'aide des gradients de forme, et en déduisons l'équation d'évolution du contour actif.<br />Le premier descripteur définit un a priori géométrique sans contrainte paramétrique: il minimise la distance du contour actif à un contour de référence. Nous l'avons appliqué à la déformation de courbe, la segmentation et le suivi de cible.<br />Le deuxième descripteur caractérise le mouvement de l'objet par un modèle de mouvement. Le critère associé définit conjointement une région et son mouvement sur plusieurs images consécutives. Nous avons appliqué ce critère à l'estimation et la segmentation conjointe du mouvement et au suivi d'objets en mouvement.

La sécrétion régulée d'hormones est un processus décomposable en plusieurs étapes. Les granules de sécrétion (GS) contenant ces hormones sont formés au niveau du réseau trans-golgien puis migrent jusqu'à la périphérie de la cellule. Ces hormones sont libérées dans le milieu extérieur par exocytose en cas de stimulation de la cellule. Grâce à l'observation des GS situés dans la région juxta-membranaire par microscopie de fluorescence à excitation par onde évanescente, les mouvements de ces organites ont été étudiés à l'échelle du granule unique. Une méthode d'analyse permettant la mise en évidence de comportements transitoires au sein des trajectoires tridimensionnelles des GS a été mise au point. Grâce à son application à l'étude des effets de drogues du cytosquelette et à des observations en double marquage, nous avons pu associer chaque type de mouvements décrit par les GS à un environnement particulier (GS lié à la membrane plasmique, au cytosquelette d'actine ou de microtubules). Nous avons de plus étudié le rôle du complexe protéique Rab27A/MyRIP/Myosine Va lors de la capture des GS en périphérie de la cellule et leur accrochage aux filaments d'actine.