Cette thèse propose une méthode pour la description incrémentale d'objets formés de plusieurs parties en mouvement observées dans des séquences vidéo. La principale contribution de ce travail est l'automatisation de la modélisation incrémentale des objets en mouvement. L'approche proposée permet l'initialisation entièrement automatique des modèles. Puisque cette opération n'est plus distincte, la topologie des modèles n'a pas à être connue à l'avance et les objets observés n'ont pas à être segmentés correctement à un instant prédéterminé. Afin de décrire automatiquement les mouvements d'un objet déformable, les parties rigides qui le composent sont segmentées selon leur déplacement dans les images. Un algorithme de segmentation combinant le mouvement des points d'intérêt et le déplacement de patrons d'arêtes est proposé afin de rendre les résultats moins dépendants de la texture présente dans les images. De plus, l'utilisation de la mesure de quantité de mouvement est introduite afin d'assurer une certaine indépendance face à l'échelle temporelle. La segmentation n'est activée que localement, quand les parties existantes ne peuvent plus être suivies correctement. Les parties ainsi segmentées sont automatiquement intégrées dans un modèle formé de parties rigides qui est ensuite utilisé pour le suivi de l'objet. La gestion des occultations de même que la création et la validation de modèles articulés sont toutes deux réalisées lors du suivi. Cette approche permet d'intégrer l'initialisation des modèles et leur suivi dans une boucle de rétroaction entre la segmentation et le suivi. Une mémoire des modèles favorise l'émergence des meilleurs modèles en renforçant ceux qui sont souvent réobservés et en pénalisant les autres. Les objets qui peuvent être représentés par cette nouvelle approche sont composés de parties rigides et ils sont déformables. Dans ce contexte, la déformation d'un objet est définie comme un déplacement relatif de ses parties. Des exemples montrent l'application du système sur des objets manufacturés composés d'une ou de plusieurs parties, des personnes et des personnes qui transportent des objets.

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L'objectif principal des réseaux électriques est de convertir l'énergie d'une forme naturelle à la forme électrique et aussi de la distribuer aux clients avec la meilleure qualité. L'énergie électrique est une des formes d'énergie les plus utilisées dans l'industrie, dans les résidences, aux bureaux et dans le transport. Présentement, la complexité des réseaux électriques augmente continuellement en raison de la croissance des interconnexions et de l'utilisation des nouvelles technologies. Également, la croissance de la demande d'énergie électrique a forcé l'utilisation des réseaux électriques à leur capacité maximale et donc près de la limite de stabilité. Dans ces conditions, si le système est soumis à une perturbation, la chute de la tension ou celle de la fréquence serait très probable. Par conséquent, les équipements de contrôle, qui constituent une structure avec plusieurs niveaux de contrôle, peuvent aider les réseaux électriques à surmonter les événements imprévus. Les récentes pannes dans les réseaux électriques démontrent le besoin urgent d'une structure de contrôles multi-niveaux basés sur une technologie avec très rapide réponse appelée en anglais Wide Area Measurement and Control system (WAMAC). Présentement, le Wide Area Measurement System (WAMS) qui utilise le Global Positioning System (GPS) et la technologie satellite, joue un rôle important dans différentes parties du système de contrôle des réseaux électriques pour emp^echer les pannes globales ou locales du système. Les informations transférées par cette technologie seraient employées dans un contrôleur global appelé Wide Area Controller en anglais pour améliorer la performance dynamique des réseaux électriques pendant et après les perturbations. Donc, pour implémenter un Wide-Area Controller dans cette thèse, nous présenterons un plan multi-étapes pour l'amélioration de la stabilité du système et l'amortissement des oscillations du réseau. La première étape de ce plan serait l'estimation d'état dynamique des réseaux électriques en utilisant des phaseurs qui sont accessibles de Phasor Measurement Unit (PMU). Les angles des machines synchrones estimés à la première étape, qui pourrait nous montrer l'état des oscillations du réseau, seront utilisés comme des signaux d'entrée pour le contrôleur. La deuxième étape de notre plan est de trouver les meilleurs eplacements des dispositifs FACTS sur le réseau électrique pour augmenter la puissance transmise dans le réseau, maximiser la chargeabilité et minimiser les pertes. Après le placement optimal des dispositifs FACTS, la troisième étape consiste à implémenter le Wide-Area Controller. Ce contrôleur reçoit les états estimés, qui sont disponibles à partir des résultats de la première étape, et d'autres informations de partout dans le réseau en utilisant des PMUs. Après la vérification des signaux reçus, le contrôleur commande des contrôleurs locaux, tels que les contrôleurs des dispositifs FACTS qui ont été placés de façon optimale à la deuxième étape. Le contrôleur implémenté modifie les signaux de référence des éléments locaux pour améliorer la performance dynamique du système et amortir les oscillations du réseau. / The main goal of power system is to convert the energy from one of its natural forms to the electrical form and deliver it to the costumers with the best quality. So far, the complexity of power system is continually increasing because of the growth in interconnections and use of new technologies. Also, the growth of electrical energy demand has forced the power networks to work with the maximum possible capacity and in turn near the stability limits. In this condition, if the system is subjected to a disturbance, the voltage or frequency collapse events would be more probable. Therefore the control equipments, which constitute a multi level control structure, can help the power system to overcome the contingencies. Recent collapse events in the power system networks show the urgent need for such a multi level control structure based on a rapid response technology such as Wide Area Measurement and Control (WAMAC). Nowadays, the wide area measurement and monitoring, which uses the Global Positioning System (GPS) and satellite technology, plays an important role in different parts of power system control strategies to prevent from global or local collapses. The information transferred by this technology would be employed in a master central controller, called wide area controller, to improve the power system dynamic performance during and after disturbances. From this point of view, in this thesis we will present a multi-step plan for system stability improvement and network oscillations damping by implementing a FACTS-based wide-area power oscillation damper (WA-POD) controller. The frrst step of this plan would be the dynamic state estimation of power system using the phasor measurements signals accessible from Phasor Measurement Units (PMUs). The estimated rotor angles of the synchronous machines from the first step, which could show us the network oscillations condition, will be used as the input signals of the wide-area controller. The second step of this plan is to find the best locations of FACTS devices to increase the power transmitted by network, maximize the system loadability and minimize the transmission line losses. After optimal placement of FACTS controllers, the third step is to implement a wide-area damping controller which receives the estimated rotor angles, available from the results of step one, and other information from all over the network, and then modifies the set points of optimized local control utilities such as FACTS device controllers. The implemented wide area controller, which acts as a master controller, sends the reference signals and setpoints to the local FACTS controllers such as UPFC to improve the oscillations damping performance. This result in higher transfer limits across major transmission interfaces and less blackouts in terms of frequency, duration and consequences.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2018-2019 / Le contrôle de flot d’information est une approche prometteuse permettant aux utilisateurs decontrôler comment une application utilise leurs informations confidentielles. Il reste toutefois plusieurs défis à relever avant que cette approche ne puisse être utilisée par le grand public. Plus spécifiquement, il faut que ce soit efficace, facile à utiliser, que ça introduise peu de surcharge à l’exécution, et que ça fonctionne sur des applications et langages réels. Les contributions présentées dans cette thèse nous rapprochent de ces buts. Nous montrons qu’une combinaison d’analyse statique et dynamique permet d’augmenter l’efficacité d’un mécanisme de contrôle de flot d’information tout en minimisant la surcharge introduite. Notre méthode consiste en trois étapes : (1) à l’aide d’analyse statique, vérifier que le programme ne contient pas de fuites d’information évidentes; (2) instrumenter l’application (c.-à-d., insérer des commandes) pour prévenir les fuites d’information confidentielles à l’exécution; (3) évaluer partiellement le programme pour diminuer l’impact de l’instrumentation sur le temps d’exécution. Pour aider les utilisateurs à identifier les applications qui sont les plus susceptibles de faire fuirde l’information confidentielle (c.à.d., les applications malicieuses), nous avons développé un outil de détection de maliciel pour Android. Il a une précision de 94% et prend moins d’une seconde pour effectuer son analyse.Pour permettre aux utilisateurs de prioriser l’utilisation de ressources pour protéger l’information provenant de certaines sources, nous introduisons le concept defading labels. Pour permettre aux chercheurs de développer plus facilement et rapidement des mécanismes de contrôle de flot d’informations fiables, nous avons développé un outil permettant de générer automatiquement la spécification d’un mécanisme à partir de la spécification d’un langage de programmation. Pour permettre aux chercheurs de plus facilement communiquer leurs preuves écrites en Coq, nous avons développé un outil permettant de générer des versions en langue naturelle de preuves Coq. / Information-flow control is a promising approach that enables users to track and control how applications use their sensitive information. However, there are still many challenges to be addressed before it can be used by mainstream users. Namely, it needs to be effective, easy to use, lightweight, and support real applications and languages. The contributions presented in this thesis aim to bring us closer to these goals. We show that a combination of static and dynamic analysis can increase the overall effectiveness of information-flow control without introducing too much overhead. Our method consists of three steps: (1) using static analysis, we verify that the program does not contain anyobvious information leaks; (2) we instrument the program to prevent less obvious leaks from occurring at runtime; (3) we partially evaluate the program to minimize the instrumentation’simpact on execution time. We present a static-based malware detection tool for Android that allows users to easily identify the applications that are most likely to leak sensitive information (i.e., maliciousapplications). It boasts an accuracy of 94% and takes less than a second to perform its analysis. We introduce the concept of fading-labels, which allows information-flow control mechanisms to prioritize the usage of resources to track information from certain sources. We present a tool that can, given a programming language’s specification, generate information-flow control mechanism specifications. This should allow researchers to more easily develop information-flow control mechanisms. Finally, we present a tool that can generate natural-language versions of Coq proofs so that researchers may more easily communicate their Coq proofs.

Ce document présente SCOOP, un nouveau cadriciel Python pour la distribution automatique de hiérarchies de tâches dynamiques axé sur la simplicité. Une hiérarchie de tâches réfère à des tâches qui peuvent récursivement générer un nombre arbitraire de sous-tâches. L’infrastructure de calcul sous-jacente consiste en une simple liste de ressources de calcul. Le cas d’utilisation typique est l’exécution d’un programme principal sous la tutelle du module SCOOP, qui devient alors la tâche racine pouvant générer des sous-tâches au travers de l’interface standard des « futures » de Python. Ces sous-tâches peuvent elles-mêmes générer d’autres sous-sous-tâches, etc. La hiérarchie de tâches complète est dynamique dans le sens où elle n’est potentiellement pas entièrement connue jusqu’à la fin de l’exécution de la dernière tâche. SCOOP distribue automatiquement les tâches parmi les ressources de calcul disponibles en utilisant un algorithme de répartition de charge dynamique. Une tâche n’est rien de plus qu’un objet Python pouvant être appelé en conjonction avec ses arguments. L’utilisateur n’a pas à s’inquiéter de l’implantation du passage de message ; toutes les communications sont implicites. / This paper presents SCOOP, a new Python framework for automatically distributing dynamic task hierarchies focused on simplicity. A task hierarchy refers to tasks that can recursively spawn an arbitrary number of subtasks. The underlying computing infrastructure consists of a simple list of resources. The typical use case is to run the user’s main program under the umbrella of the SCOOP module, where it becomes a root task that can spawn any number of subtasks through the standard “futures” API of Python, and where these subtasks may themselves spawn other subsubtasks, etc. The full task hierarchy is dynamic in the sense that it is unknown until the end of the last running task. SCOOP automatically distributes tasks amongst available resources using dynamic load balancing. A task is nothing more than a Python callable object in conjunction with its arguments. The user need not worry about message passing implementation details; all communications are implicit.

Ce mémoire est consacré à la parallélisation d'un algorithme d'assemblage d'ADN de type de novo sur différentes plateformes matérielles, soit les processeurs multicoeurs et les accélérateurs de type FPGA. Plus précisément, le langage OpenCL est utilisé pour accélérer l'algorithme dont il est question, et de permettre un comparatif direct entre les les plateformes. Cet algorithme est d'abord introduit, puis son implémentation originale, développée pour une exécution sur une grappe de noeuds, est discutée. Les modifications apportées à l'algorithme dans le but de faciliter la parallélisation sont ensuite divulgées. Ensuite, le coeur du travail est présenté, soit la programmation utilisant OpenCL. Finalement, les résultats sont présentés et discutés.

Les développements technologiques et scientifiques des dernières années dans le domaine des lasers à impulsions ont permis l'essor d'une toute nouvelle méthode de détection multihétérodyne utilisant deux peignes de fréquence. Un petit nombre de groupes de recherche ont commencé à étudier diverses applications possibles avec ce que l'on appelle aujourd'hui l'interféromètre à peignes de fréquence. Ce mémoire présente différentes mesures de réflectométrie prises avec un interféro-mètre à peignes de fréquence. La première moitié est consacrée à la présentation de la théorie, de l'implémentation en laboratoire de l'instrument et comment il est utilisé en réflectométrie. Par la suite, des mesures d'échantillons montrent les performances épatantes de l'interféromètre à peignes de fréquence pour caractériser des composants optiques à fibre communs dans le domaine des télécommunications. De plus, une série de mesures consécutives montre la capacité de l'instrument de prendre des mesures instantanées permettant ainsi de suivre le profil de déformation mécanique d'un échantillon à fibre dans le temps. L'instrument est par la suite adapté afin de prendre des mesures de type tomographic sur une surface étendue d'un échantillon. Le premier résultat montre la capacité de l'instrument à prendre des mesures en profondeur tandis que le second présente une image en trois dimensions de la surface d'un échantillon. Pour terminer, une brève analyse des performances et limites du montage de l'interféromètre à peignes de fréquence permet d'introduire les améliorations futures de l'instrument.

Les dépenses de santé augmentent continuellement année après année et prennent une grande partie du budget d’un pays. Pendant les soins médicaux, les signes vitaux, tels que le rythme cardiaque et la respiration, sont des paramètres clés qui sont surveillés en permanence. La toux est un indicateur important de plusieurs problèmes comme la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), et c’est aussi la principale raison pour laquelle les patients consultent un médecin. En fait, c’est un mécanisme de défense pulmonaire des voies respiratoires qui permet l’expulsion de substances indésirables et irritantes. Les capteurs de corps sans fil sont de plus en plus utilisés par les cliniciens et les chercheurs, dans un large éventail d’applications telles que le sport, l’ingénierie spatiale et la médecine. La surveillance des signes vitaux en temps réel peut considérablement augmenter la précision du diagnostic et peut permettre des méthodes de guérison automatiques, par exemple, la détection et l’arrêt des crises d’épilepsie ou de narcolepsie. Les paramètres respiratoires sont essentiels en oxygénothérapie, en milieu hospitalier et en surveillance ambulatoire, tandis que l’évaluation de la sévérité de la toux est essentielle pour traiter plusieurs maladies, comme la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO). Dans cette thèse, un système de surveillance respiratoire sans fil de faible puissance avec détection de la toux est présenté. Ce système utilise des capteurs multimodaux, portables et sans-fils, conçus à l’aide de composants conventionnels disponibles dans le commerce. Ces capteurs portables utilisent une unité de mesure inertielle à 9 axes de faible puissance pour mesurer la fréquence respiratoire, et un microphone MEMS pour effectuer la détection de la toux. L’architecture de chaque capteur sans fil est présentée. De plus, les résultats montrent que le capteur à petite taille de 26,67 x 65,53 mm² consomme environ 12 à 16,2 mA et peut durer au moins 6 heures avec une batterie lithium-ion miniature de 100 mA. L’unité d’acquisition, l’unité de communication sans fil et les algorithmes de traitement de données sont décrits. Les performances du réseau de capteurs sont présentées pour des tests expérimentaux en comparant avec la pléthysmographie d’inductance respiratoire. / Health care expenses are continuously increasing year after year and taking a large part of a country’s budget. During medical care, vital signs, such as heart and breathing rates, are key parameters that are continuously monitored. Coughing is a prominent indicator of several problems such as COPD, and it is also the main reason for why patients seek medical advice. In fact, it is a pulmonary defense mechanism of the respiratory tract that allows the expulsion of undesirable and irritating substances. Wireless body sensors are increasingly used by clinicians and researchers, in a wide range of applications such as sports, space engineering and medicine. Monitoring vital signs in real time can dramatically increase diagnosis accuracy and enable automatic curing procedures, e.g. detect and stop epilepsy or narcolepsy seizures. Breathing parameters are critical in oxygen therapy, hospital and ambulatory monitoring, while the assessment of cough severity is essential when dealing with several diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD). In this thesis, a low-power wireless respiratory monitoring system with cough detection is proposed to measure the breathing rate and the frequency of coughing. This system uses wearable wireless multimodal patch sensors, designed using off the shelf components. These wearable sensors use a low-power 9-axis inertial measurement unit to measure the respiratory frequency, and a MEMs microphone to perform cough detection. The architecture of each wireless patch-sensor is presented. In fact, the results show that the small 26.67 x 65.53 mm² patch-sensor consumes around 12 to 16.2 mA, and can last at least 6 hours with a miniature 100 mA lithium ion battery. The acquisition unit, the wireless communication unit and the data processing algorithms are described. The proposed network performance is presented for experimental tests with a freely behaving user in parallel with the gold standard respiratory inductance plethysmography

L'étude couvre un nouveau type de laser dont la longueur d'onde d'émission est synthonisable, discrète et stabilisée. Le principe de fonctionnement de ce nouveau type de laser repose sur la combinaison de la rétroaction optique provenant d'un réseau de Bragg échantillonné et des réflexions parasites de la section semi-conducteur amplificatrice. Dans un premier temps, la démonstration du laser ainsi qu'une comparaison par rapport aux autres lasers accordables est présentée. Ensuite, une théorie de la rétroaction optique basée sur la fonction d'Airy appliquée aux lasers est développée. Des expériences visant à optimiser le laser sont menées et une analyse des principaux paramètres de conception est par la suite effectuée. Enfin, le laser proposé est utilisé dans le cadre des télécommunications et du routage optique.

Cette thèse propose une stratégie de contrôle avancée pour guider une flotte d'aéronefs sans pilote (UAV) dans un environnement à la fois stochastique et dynamique. Pour ce faire, un simulateur de vol 3D a été développé avec MATLAB® pour tester les algorithmes de la stratégie de guidage en fonctions de différents scénarios. L'objectif des missions simulées est de s'assurer que chaque UAV intercepte une cible ellipsoïdale mobile tout en évitant une panoplie d'obstacles ellipsoïdaux mobiles détectés en route. Les UAVs situés à l'intérieur des limites de communication peuvent coopérer afin d'améliorer leurs performances au cours de la mission. Le simulateur a été conçu de façon à ce que les UAV soient dotés de capteurs et d'appareils de communication de portée limitée. De plus, chaque UAV possède un pilote automatique qui stabilise l'aéronef en vol et un planificateur de trajectoires qui génère les commandes à envoyer au pilote automatique. Au coeur du planificateur de trajectoires se trouve un contrôleur prédictif à horizon fuyant qui détermine les commandes à envoyer à l'UAV. Ces commandes optimisent un critère de performance assujetti à des contraintes. Le critère de performance est conçu de sorte que les UAV atteignent les objectifs de la mission, alors que les contraintes assurent que les commandes générées adhèrent aux limites de manoeuvrabilité de l'aéronef. La planification de trajectoires pour UAV opérant dans un environnement dynamique et stochastique dépend fortement des déplacements anticipés des objets (obstacle, cible). Un filtre de Kalman étendu est donc utilisé pour prédire les trajectoires les plus probables des objets à partir de leurs états estimés. Des stratégies de poursuite et d'évitement ont aussi été développées en fonction des trajectoires prédites des objets détectés. Pour des raisons de sécurité, la conception de stratégies d'évitement de collision à la fois efficaces et robustes est primordiale au guidage d'UAV. Une nouvelle stratégie d'évitement d'obstacles par approche probabiliste a donc été développée. La méthode cherche à minimiser la probabilité de collision entre l'UAV et tous ses obstacles détectés sur l'horizon de prédiction, tout en s'assurant que, à chaque pas de prédiction, la probabilité de collision entre l'UAV et chacun de ses obstacles détectés ne surpasse pas un seuil prescrit. Des simulations sont présentées au cours de cette thèse pour démontrer l'efficacité des algorithmes proposés.