L’Office de l’Efficacité Energétique utilise des méthodes où l’opérateur est très sollicité pour réaliser les modèles 3D de bâtiments nécessaire pour le calcul énergétique. Cependant, les appareils mobiles sont de plus en plus présents sur le marché et pourraient être utilisé pour automatiser cette tâche. Ces appareils possèdent une caméra, et il existe des recherches sur la reconstruction 3D à partir d’images. Ces méthodes permettent d’obtenir un nuage de point et non un maillage devant répondre à certaines caractéristiques afin de pouvoir y réaliser des calculs de volumes. Ce mémoire présente une méthode permettant de réaliser l’acquisition et le traitement qui produit un modèle 3D du bâtiment qui sera utilisé pour les calculs écoénergétiques. Les méthodes de reconstruction 3D ont été passées en revue et ont permis d’imaginer une nouvelle méthode permettant de générer un nuage de points 3D qui sera utilisé pour générer le modèle 3D du bâtiment. / The Office Energy Efficiency use methods to perform 3D model of buildings. But the user is very solicited and he take a lot of time for the 3D reconstruction. The 3D model is using by software for energy calculation. They take some measure to generate an ugly 3D model. Mobile devices are increasingly present on the market at a lower price. These devices contain an integrated camera and there are multiple researches on 3D reconstruction from image. Unfortunately, these methods can generally get a points cloud rather than a mesh that must have some characteristics for accurate volume calculations. The purpose of this paper is to present a series of existing methods or not to perform data acquisition and processing needed to produce a 3D model of a building. The 3D reconstruction methods which we reviewed helped us to designed a new method based on various studies to generate a 3D points cloud. Then an algorithm based on the point cloud processing was performed to generate a 3D model of the building.

En raison de la nature dynamique et volumétrique de l'écosystème marin pélagique, sa modélisation spatiale constitue un défi important. La représentation conventionnelle des phénomènes de ce milieu s’effectue par des coupes statiques verticales ou horizontales dans un environnement bidimensionnel (2D). Cependant, comme le démontre ce mémoire, l'étude de l'écosystème marin peut être grandement améliorée grâce à la modélisation spatiale tridimensionnelle (3D). L’apport principal de cette étude est d’avoir démontré le potentiel et la pertinence de la modélisation spatiale 3D pour l’environnement pélagique marin. Cette étude confirme que les outils émergents de visualisation scientifique dans le domaine de la modélisation géologique peuvent servir à améliorer l’étude de cet écosystème. Elle permet également de combler une lacune importante identifiée dans la littérature scientifique en examinant la performance des méthodes d’interpolation spatiale 3D. L’interpolation spatiale est une étape essentielle de la modélisation spatiale 3D des phénomènes continus (p.ex. salinité, température, etc.), mais aucune étude n’avait encore évalué son efficacité pour l’environnement pélagique marin. Il s’agit donc d’un pas important vers le développement d’un système d’information géographique (SIG) marin 3D complet. Les avantages de migrer vers une modélisation spatiale 3D sont discutés dans le contexte de la campagne océanographique ArcticNet-Malina, réalisée dans la mer de Beaufort (Arctique canadien) en 2009. Des représentations spatiales 3D basées sur une stratégie d’interpolation 3D robuste et optimale de cinq variables pélagiques marines (température, concentration en chlorophylle a, coefficient d’atténuation particulaire, distribution des eaux de l'halocline supérieure et flux vertical de carbone organique particulaire) sont présentées et leurs valeurs écologiques sont discutées. / Spatial modeling of the marine pelagic ecosystem is challenging due to its dynamic and volumetric nature. Consequently, conventional oceanographic spatial analysis of this environment is in a 2D environment, limited to static cutting planes in horizontal and vertical sections to present various phenomena. However, the study of the marine pelagic ecosystem can benefit from 3D spatial modeling. The main contribution of this study is to show that recent advances in 3D spatial modeling tools developed primarily for geological modeling can be exploited to extend the usual interpretation of marine pelagic phenomena from a 2D to a 3D environment. This study also fills a major gap identified in the literature by examining the performance of 3D spatial interpolation methods. Such interpolation is an essential step in 3D spatial modeling of continuous phenomena (eg, salinity, temperature, etc.), but no study has yet evaluated its performance for the marine pelagic environment. Accordingly, this study constitutes an important step towards the development of a complete 3D marine GIS. The benefits of migrating to a 3D spatial modeling of the marine environment are discussed in the context of the oceanographic campaign ArcticNet-Malina, conducted in the Beaufort Sea (Canadian Arctic) in 2009. 3D spatial representations based on a robust and optimal 3D interpolation strategy for five pelagic variables (temperature, chlorophyll a, particulate attenuation coefficient, distribution of upper halocline water mass and vertical flux of particulate organic carbon) of the ArcticNet-Malina campaign are presented and their ecological values are discussed.

Ce Mémoire s’intéresse au suivi (Tracking) sans marqueurs et à la reconstruction tridimensionnelle de mouvements humains articulés à partir de séquences vidéo acquises avec une caméra de type 3D (stéréo ou infrarouge). Ce domaine de recherche est très actif de nos jours et comporte un champ d’applications assez large qui touche des domaines tels que la capture du mouvement sans cibles pour l’animation et la réalité virtuelle, les interactions homme-machines, la télésurveillance ou bien sûr les jeux vidéos. Au cours de ce manuscrit, nous proposons une méthode pour déterminer la pose d’une personne en 3D. La technique, sans marqueurs, repose sur un alignement d’un squelette et d’un modèle humain 3D sur la silhouette vue par la caméra en s’appuyant sur un ajustement progressif, débutant par la tête et se poursuivant par le torse et les différents membres. La technique prend en considération l’aspect articulé de l’anatomie humaine et permet en particulier de régler certains problèmes d’occlusions et de chevauchement. Cela dit, la complexité de la structure du corps humains, de ses contraintes physiques ainsi que la grande variabilité dans les observations des images, font que la détermination d’une solution à ce problème soit difficile. L’objectif de cette mémoire est donc de développer une méthode assez robuste capable de faire face à ces différentes difficultés imposées par le choix de la technologie et le contexte général d’utilisation pour les consoles de jeux vidéo de salon. Pour aborder cette étude, nous proposons un modèle humain 3D qui tient compte des contraintes physiques et qui permet une intégration cohérente des différentes informations visuelles comme le visage, les contours et les silhouettes. / This report is interested in the markerless motion tracking and the three-dimensional reconstruction of articulated human movements from video sequences acquired with a 3D camera (stereo or infrared). Nowadays, this research field is very active and contains a wide field of applications which deals with areas such as motion capture for animations and virtual reality without using any kind of markers, human-machine interaction (HMI), remote monitoring and of course video games. In this manuscript, we propose a novel method to estimate the 3D human pose. This markerless technique is based on an alignment of a skeleton and a 3D human model over the silhouette seen by the camera by leaning on a progressive adjustment, starting from the head and continuing to the trunk and the various members. The technique considers the articulated aspect of the human body and allows, in particular, solving some problems of occlusions and overlapping. Besides, the complexity of the human body structure, of its physical constraints as well as the big variability in the images’ observations, makes that the solution determination for this problem is difficult. The objective of this memory thus is to develop a strong and robust method capable of facing these various difficulties imposed by the technology choice and the general context of use for home video games consoles. To approach this study, we propose a 3D human model which takes into account physical and kinematic constraints and which allows a coherent integration of various visual information such as face detection, edges and silhouettes. The combined system allows 3D human motion tracking using only one 3D camera.

La fabrication additive par soudage ultrasons joint de minces feuillards entre eux par le biais de soudures ultrasoniques continues. Puisque ce procédé donne naissance à des composantes qui possèdent des propriétés mécaniques étroitement liées au métal d’apport, le choix des feuillards utilisés est déterminant. Les trois alliages étudiés dans ce projet sont le 5005, 5052 et 5056. Ils possèdent des concentrations respectives en magnésium de 0,8, 2,4 et 4,9 % massique qui augmente rapidement leurs propriétés mécaniques. L’impact de la concentration de cet élément d’alliage a été caractérisé sous plusieurs aspects : la déformation des feuillards, de l’énergie de soudage, des joints produits, des propriétés mécaniques dans les différentes directions de construction et de la microstructure aux interfaces. La résistance mécanique des joints produits est corrélée à l’énergie de soudage, où les effets principaux sont dominés par la température de préchauffe, la vitesse d’avance et l’amplitude d’oscillation. La hausse énergétique est favorisée via la réduction de la vitesse de soudage et de l’augmentation de l’amplitude, menant à des joints plus solides, mais diminuant les propriétés mécaniques dans les autres directions de construction. Les diverses composantes produites ont révélé des propriétés anisotropes, conséquence du procédé et de l’utilisation de feuillards écrouis. Comparativement au matériel de base, des résistances en traction aussi élevées que 105 % selon la direction longitudinale (X), 100 % dans la direction transversale longue (Y) et 45 % dans la direction de déposition (Z) ont été obtenues. Les allongements maximaux observés sont aussi élevés que 25 % en X et 7 % en Y pour certaines conditions évaluées. En revanche, l’alliage 5056 ne permet pas la production de soudures adéquates. Des traces résiduelles d’oxydes en surface sur de larges zones non déformées sont visibles ainsi qu’une augmentation de dureté significativeaux interfaces comparativement auxautres alliages. / Ultrasonic additive manufacturing enables the production of components by generation of bonds between thin foils by continuous ultrasonic welds. Since produced parts have mechanical properties closely linked to the base material, the selectionof foil is decisive and needs to be taken into consideration. The three alloys studied are 5005, 5052 and 5056. They are composed of 0.8, 2.4 and 4.9% weight of magnesium, respectively. The presence of Mg increases notably their mechanical properties. The influence of Mg content on UAM was investigated with respect to the physical changes of foils induced by deformation, welding energy, produced joints, mechanical properties in the different building directions and microstructure at the interface. Joint resistance was found to be correlated to welding energy input, where dominant effects are temperature, welding speed and the amplitude of vibration. Energy can be raised by a decrease of the welding speed as well as the enhancement of the amplitude of vibration, leading to better joints properties but affecting the mechanical responses in other build directions. A large number of components were successfully built and showed anisotropic properties due to the process itself and the use of strain-hardened foils. When comparing tensile results with base material, properties in the longitudinal direction (X) are up to 105% of the foil used, 100 % for the transverse direction (Y) and 45 % for the deposited direction (Z). Depending on the condition tested, tensile deformation up to 25 % in the X-direction and 7 % for the Y-direction was observed. On the other hand, the 5056 alloy could not be adequately welded and showed multiple areas where residual surface oxide was present, paired with adrastic increase of hardness at the interfacecomparatively to other alloys.

Le présent travail de thèse concerne la quantification en imagerie moléculaire en trois dimensions (3D), en particulier, dans le cadre de la thérapie radionucléique par radiopeptides (TRRP) au ¹⁷⁷Lu pour les tumeurs neuroendocrines (TNE). Le ¹⁷⁷Lu est un radioisotope émetteur beta, à courte portée dans les tissus (2 mm), et gamma, avec des énergies utilisables pour l'imagerie de tomographie par émission mono-photonique (TEM). Ces caractéristiques font de celui-ci un bon radioisotope pour la TRRP des TNE : de petite taille et répandues dans le corps. De plus, avec plusieurs images de TEM prises lors d'un traitement, il est possible de quantifier la distribution du radioisotope dans le corps du patient et même d'évaluer la progression du traitement. L'objectif principal du projet est le développement et la validation des outils, expérimentaux et informatiques, pour la quantification de la dose absorbée lors d'une TRRP au ¹⁷⁷Lu, avec la possibilité d'étendre les méthodes à d'autres radioisotopes. Deux étapes principales ont été nécessaires. La première était la calibration et la caractérisation de l'appareil d'imagerie de TEM. Dans ce contexte, plusieurs techniques d'acquisitions et d'analyse ont été testées et un protocole de calibration simplifié a été proposé. Un accent particulier est mis sur la détermination du facteur de calibration (CF) et du temps mort (τ ) de l'appareil de TEM pour la correction et la quantification des images acquises. D'une évaluation de l'équation qui gouverne le comportement de détection de l'appareil de TEM, une nouvelle formulation plus concise et analysable mathématiquement a été proposée. Celle-ci permet l'extraction des deux facteurs de façon approximative, mais simple ainsi que la proposition d'un nouveau protocole de calibration. Avec des images bien quantifiées en activité (biodistribution du radiopeptide dans le corps), il est possible, par simulations Monte Carlo (MC), de calculer le dépôt de dose. Une deuxième étape a été la validation du code irtGPUMCD. Il s'agit d'un code MC, fonctionnant sur processeur graphique (GPU), pour le calcul de la dose absorbée lors d'une TRRP et précédemment développé au sein du Groupe de recherche en physique médicale du CHU de Québec - Université Laval. Le code irtGPUMCD a été adapté pour l'utilisation dans des conditions standard et validé sur les modèles informatiques de la International Commission on Radiological Protection (ICRP110), non seulement pour le ¹⁷⁷Lu, mais aussi pour le ¹³¹I et ⁹⁹ᵐTc. Avec les simulations exécutées sur une géométrie de référence et une comparaison avec d'autres résultats présents en littérature, le code a été validé. Dans le cadre de l'optimisation en termes de temps et exactitude des résultats fournis par irtGPUMCD, un algorithme de traçage de rayons (raytracing) ainsi qu'une technique de réduction de variance ont été implémentés, testés et validés. Ces changements de code ont permis une réduction d'un facteur dix du temps de calcul pour une simulation. Les images/cartes de dose absorbée tridimensionnelle bien quantifiées donnent la possibilité de calculer les histogrammes dose-volume (DVH) et d'extraire toutes les informations dosimétriques intéressantes tel que fait dans d'autres branches de la radiothérapie. Une petite section de cette thèse est consacrée à la proposition de techniques statistiques, qui permettent, en associant les données dosimétriques avec celles du patient, de construire des modèles de probabilité de complication des tissus normaux (NTCP). Le principal impact de cette étude est l'introduction de toute une chaîne, bien validée, pour la quantification dans les TRRP. Avec une calibration adéquate de l'appareil d'imagerie de TEM et l'utilisation du code MC irtGPUMCD, il sera possible d'effectuer des études dosimétriques et statistiques plus avancées, par rapport à l'état de l'art en médicine nucléaire, et se diriger vers une personnalisation plus poussée des traitements. / The present thesis work concerns quantification in three-dimensional molecular imaging (3D), in particular, in the context of peptide receptor radionuclide therapy (PRRT) with ¹⁷⁷Lu for neuroendocrine tumors (NET). The ¹⁷⁷Lu is a beta emitting radioisotope, with short-range in tissue (2 mm), and gamma, with energies usable for single-photon emission computed tomography (SPECT) imaging. These characteristics make ¹⁷⁷Lu a good radioisotope for the PRRT of NETs: small and widespread in the body. In addition, with several SPECT images taken during a treatment, it is possible to quantify the distribution of the radioisotope in the patient body and assess the progress of the treatment itself. The main objective of the project is the development and validation of tools, experimental and computational, for the absorbed dose quantification during a ¹⁷⁷Lu PRRT, with the possibility to extend the methods to other radioisotopes. Two main steps were necessary. The first step was the calibration and characterization of the SPECT imaging device. In this context, several acquisition and analysis techniques were tested and a simple calibration protocol was proposed. Particular emphasis is given to the determination of the calibration factor (CF) and dead time (τ ) constant of the SPECT device for the correction and quantification of the acquired images. From an evaluation of the equation describing the behavior of the SPECT system, a new, more concise and mathematically tractable formulation has been proposed. This formulation allows the extraction of the two factors in an approximate but simple way as well as the proposal of a new calibration protocol. With well-quantified images in activity (bio-distribution of the radio-peptide in the body) it is possible to calculate the dose deposition by Monte Carlo simulations (MC). A second step was the validation of the irtGPUMCD code. It is a MC code, operating on a graphics processing unit (GPU), previously developed within the Research Group in Medical Physics of the CHU de Québec, which allows the calculation of the absorbed dose received during a PRRT. The irtGPUMCD code has been used and validated under standard conditions with International Commission on Radiological Protection (ICRP110) phantoms, not only for the ¹⁷⁷Lu, but also for the ¹³¹I and ⁹⁹ᵐT c. With the simulations performed on a referenced geometry and with a comparison to other results present in literature, the code was validated. In the context of the optimization in time and accuracy of the results provided by irtGPUMCD, a new raytracing algorithm and a variance reduction technique were introduced, tested and validated. These code changes have led to a reduction in execution time of a factor ten for a simulations. The well quantified three-dimensional absorbed dose images/maps give the possibility of calculating dose-volume histograms (DVH) and extracting all the dosimetric information of interest as done in other branches of radiotherapy. A small part of this thesis is dedicated to the proposal of statistical techniques, which allow, by linking the dosimetric data with patient outcomes, to build models of normal tissues complication probability (NTCP). The main impact of this study is the introduction of a whole chain, well validated, for the quantification in PRRT. With an accurate calibration of the SPECT imaging system and the use of the irtGPUMCD MC code, it will be possible to carry out more advanced dosimetric and statistical studies, compared to the state of the art in nuclear medicine, and to head towards a more personalized treatment.

La présente thèse propose un système complet de placement de capteurs mobiles dans un environnement pleinement tridimensionnel et préalablement inconnu. Les capteurs mobiles sont des capteurs placés sur des unités robotiques autonomes, soit des véhicules possédant une unité de calcul et pouvant se déplacer dans l’environnement. Le placement de capteur est fondé sur une vue désirée par un utilisateur du système nommé vue virtuelle. La vue virtuelle est contrôlée à distance en changeant les paramètres intrinsèques et extrinsèques du capteur virtuel, soit sa position, sa résolution, son champ de vue, etc. Le capteur virtuel n’est alors soumis à aucune contrainte physique, par exemple il peut être placé à n’importe quelle hauteur dans l’environnement et avoir un champ de vue et une résolution arbitrairement grande. Les capteurs mobiles (réels) ont pour tâche de récupérer toute l’information contenue dans le point de vue virtuel. Ce n’est qu’en combinant leur capacité sensorielle que les capteurs mobiles pourront capter l’information demandée par l’utilisateur. Tout d’abord, cette thèse s’attaque au problème de placement de capteurs en définissant une fonction de visibilité servant à évaluer le positionnement d’un groupe de capteurs dans l’environnement. La fonction de visibilité développée est applicable aux environnements tridimensionnels et se base sur le principe de ligne de vue directe entre un capteur et la cible. De plus, la fonction prend en compte la densité d’échantillonnage des capteurs afin de reproduire la densité désirée indiquée par le capteur virtuel. Ensuite, ce travail propose l’utilisation d’un modèle de l’environnement pleinement tridimensionnel et pouvant être construit de manière incrémentale, rendant son utilisation possible dans un environnement tridimensionnel non convexe préalablement inconnu. Puis, un algorithme d’optimisation coopératif est présenté afin de trouver simultanément le nombre de capteurs et leur positionnement respectif afin d’acquérir l’information contenue dans la vue virtuelle. Finalement, la thèse démontre expérimentalement dans diverses conditions que le système proposé est supérieur à l’état de l’art pour le placement de capteurs dans le but d’observer une scène bidimensionnelle. Il est aussi établi expérimentalement en simulation et en réalité que les performances se transposent à l’observation d’environnements tridimensionnels non convexes préalablement inconnus. / This Thesis proposes a novel mobile sensor placement system working in initially unknown three dimensional environment. The mobile sensors are fix sensors placed on autonomous robots, which are ground and aerial vehicles equipped with computing units. The sensor placement is based on a user-defined view, named the virtual view. This view is manipulated through a virtual sensor intrinsic and extrinsic parameters, such as its position, orientation, field of view, resolution, etc. The virtual sensor is not subject to any physical constraint, for example it can be place where no sensor could be or it possess an arbitrary large field of view and resolution. The mobile (real) sensors have to acquire the entire information contained in this virtual view. It is only by combining the sensory capacity of an unknown number of sensors that they can acquire the necessary information. First, this Thesis addresses the sensor placement problem by defining a visibility function to qualify a group of sensor configurations in the environment. This function is applicable to three dimensional environments and is based on direct line of sight principle, where we compute the sensor sampling density in its visibility region. Then, this Thesis proposes the use of an incrementally built model of the environment containing all the information needed by the objective function. Next, a cooperative optimization algorithm is put forward to simultaneously find the number of sensors and their respective position required to capture all the information in the virtual view. Finally, the proposed system is experimentally shown to use less sensor to acquire the scene of interest at a higher resolution than state of the art methods in initially known two dimensional environments. It is also shown in simulation and practice that the performance of the system can be transposed to initially unknown non-convex three dimensional environments.

Depuis leur introduction, les téléphones intelligents n’ont cessé d’évoluer. Ceux-ci intègrent généralement plusieurs composantes utiles (i.e. caméra numérique, récepteur GPS, accéléromètres, boussole numérique et plus récemment le gyroscope) pour des applications de Réalité Augmentée Mobile (RAM). Ce type d’application génère beaucoup d’intérêt auprès du grand public qui se voit offrir une nouvelle manière d’explorer son environnement. Afin d’obtenir une forte augmentation de la réalité en termes d’immersion de l’utilisateur et des interactions qui lui sont proposées, ces applications de RAM requièrent généralement un modèle 3D de l’environnement. Ce modèle 3D peut alors être exploité selon trois finalités différentes au sein de l’application de RAM qui sont : 1) gérer les occlusions; 2) aider au calcul de la pose (position/orientation) de la caméra de l’utilisateur; 3) supporter les interactions et l’augmentation de la réalité. Cependant, ces modèles 3D ne sont pas toujours disponibles à l’endroit où l’on souhaite augmenter la réalité ce qui nuit au déploiement des applications de RAM n’importe où et n’importe quand. Afin de surmonter cette contrainte, le présent projet de maîtrise a consisté à concevoir une chaîne de production de modèles 3D adaptée au contexte des applications de RAM dites fortement augmentées et facilement exploitable directement sur les lieux ciblés pour l’augmentation. La chaîne de production élaborée a été implantée sur la plateforme de l’iPhone 3G puis évaluée selon des critères d’exactitude, de rapidité, d’intuitivité et d’efficacité de l’augmentation résultante. Les résultats de cette évaluation ont permis de mettre en évidence la possibilité de modéliser en 3D un bâtiment simplement tout en atteignant une exactitude sous les 5 mètres en environ 3 minutes à l’aide d’un appareil de type téléphone intelligent. / Recently, a new genre of software applications has emerged allowing the general public to browse their immediate environment using their smartphone: Mobile Augmented Reality (MAR) applications. The growing popularity of this type of application is triggered by the fast evolution of smartphones. These ergonomic mobile platforms embed several pieces of equipment useful to deploy MAR (i.e. digital camera, GPS receiver, accelerometers, digital compass and now gyroscope). In order to achieve a strong augmentation of the reality in terms of user’s immersion and interactions, a 3D model of the real environment is generally required. The 3D model can be used for three different purposes in these MAR applications: 1) to manage the occlusions between real and virtual objects; 2) to provide accurate camera pose (position/orientation) calculation; 3) to support the augmentation and interactions. However, the availability of such 3D models is limited and therefore preventing MAR application to be used anywhere at anytime. In order to overcome such constraints, this proposed research thesis is aimed at devising a new approach adapted to the specific context of MAR applications and dedicated to the simple and fast production of 3D models. This approach was implemented on the iPhone 3G platform and evaluated according to precision, rapidity, simplicity and efficiency criteria. Results of the evaluation underlined the capacity of the proposed approach to provide, in about 3 minutes, a simple 3D model of a building using smartphone while achieving accuracy of 5 meters and higher.

La disponibilité de capteurs 3D rapides et précis a favorisé le développement de différentes applications dans les domaines de l’assemblage, de l’inspection, de la conception assistée par ordinateur (CAO), de l’ingénierie inverse, de la construction mécanique, de la médecine, et du divertissement, pour n’en citer que quelques-unes. Alors que les caméras 2D capturent des images 2D de la surface des objets, soit en noir-et-blanc, soit en couleur, les caméras 3D fournissent des informations sur la géométrie de la surface d’un objet. Aujourd’hui, les caméras 3D nouvellement introduites peuvent acquérir l’apparence et la géométrie des objets en même temps. La popularité et la disponibilité de ces modèles 3D a ouvert de nouveaux champs d’intérêts, comme segmentation de modèles 3D, la reconnaissance du modèles 3D, l’estimation des paramètres de modèles 3D et même la modélisation 3D. Dans ce projet, nous visons à faire une reconnaissance intelligente des différentes parties (primitives) d’un objet 3D. À cette fin, nous préparons d’abord une base de données de primitives de CAO 3D (i.e., plans, cylindres, cônes, sphères et tores). Ensuite, en utilisant les algorithmes de segmentation, les objets complexes sont décomposés en leurs primitives et, en utilisant des techniques de reconnaissance des formes, un descripteur est associé à chaque primitive et, enfin, un classificateur est formé pour apprendre les propriétés des primitives. Le manuscrit étudie différentes méthodes liées à ces défis. Une étape supplémentaire est également proposée dans ce projet, par l’estimation des paramètres des primitives et la génération de primitives de CAO, qui complète l’ensemble du processus d’ingénierie inverse. / The availability of fast and accurate 3D sensors has favored the development of different applications in assembly, inspection, Computer-Aided Design (CAD), reverse engineering, mechanical engineering, medicine, and entertainment, to list just a few. While 2D cameras capture 2D images of the surface of objects, either black-and-white or color, 3D cameras provide information on the geometry of an object surface. Today, newly introduced 3D cameras can acquire the appearance and geometry of objects concurrently. The popularity and availability of such these 3D models has opened new fields of interests, such as 3D model segmentation, 3D model recognition, estimation of 3D models’ parameters and even 3D modelling. In this project, we aim at recognizing different parts (primitives) of a 3D object, intelligently. For this purpose, we first prepare a database of 3D CAD primitives (i.g. planes, cylinders, cones, spheres and, tori). Then using segmentation algorithms, the complex objects are decomposed into their primitives and, by utilizing recognition techniques, a descriptor is extracted and associated to each primitive and, finally, a classifier is trained to learn the properties of primitives. The manuscript investigates different methods related to these challenges. An additional step is also proposed in this project which estimates the parameters of primitives and generate the CAD primitives that completes the whole process of reverse engineering.

Les infiltrations d’eau souterraines possiblement liées à un système de structures majeures représentent un défi d’ingénierie pour la mine Éléonore. Le pompage et la pré-cimentation par forages pilotes du massif sont les méthodes de mitigation préconisées pour contrôler les flux d’eau entrant dans les excavations souterraines de la mine. Bien que ces méthodes s’avèrent satisfaisantes pour réduire les flux entrant, une optimisation des techniques de pré-cimentation est souhaitable afin de réduire les quantités de ciment utilisées. Un modèle numérique 3D d’éléments finis par volumes de contrôle construit en adaptant la méthodologie de Blessent (2009) avec maillage tétraédrique a été appliqué afin de représenter le système d’écoulement en milieux poreux équivalents couplé aux structures majeures. Les résultats du calage effectué sur le modèle 3D numérique à partir d’un essai de pompage ont montré que le modèle conceptuel initial nécessite un plus grand raffinement des puits ainsi que des investigations supplémentaires sur les structures majeures les plus conductrices. Les caractéristiques calées du modèle 3D numérique ont été utilisées afin de construire un modèle conceptuel 2D de chantier typique. Des analyses de sensibilité d’injection de ciment pour trois différents modèles conceptuels de chantier avec une structure majeure conductrice ont été effectuées pour évaluer la réduction du flux entrant dans le chantier. Les résultats des analyses de sensibilité montrent que les conditions d’écoulement régional ont peu d’influence sur le flux entrant dans le chantier. Aussi, les analyses de sensibilité ont montré que dans l’éventualité d’une structure majeure interceptant le chantier, l’injection de ciment dans la structure est plus efficace pour réduire le flux entrant dans le chantier. Or, dans le cas d’une structure majeure au-dessus du chantier, l’injection de ciment entre le chantier et la structure est plus efficace que de cibler directement la structure. / Groundwater infiltrations into underground excavations represent a major engineering challenge at the Éléonore mine. Pumping and pre-grouting are the mitigation methods used to control water inflows into the mine workings. Even though these methods seem to give good results to reduce water inflows, a better understanding of the flow system throughout the domain of interest and optimisation of pre-grouting approaches can be achieved to reduce the amount of cement used for grouting. A 3D finite-element by control volume model is built with the modified approach of Blessent (2009), including a tetrahedral mesh to represent the porous media coupled to the major structures. The calibration results from the 3D numerical model with a pumping test show that an increased refinement of wells and more investigations on the structures properties on-site should be done. It is also suggested that the division of the porous mass into five hydrostratigraphic intervals should be reviewed. The calibrated properties of the 3D numerical model are then used to build a 2D conceptual model of a fictive stope with a water-conductive structure nearby. Sensitivity analysis of cement injection into the porous mass or the structure itself are performed with three different versions of this conceptual model. The results of these analysis show that a condition of regional flow through the model has no significant impact on the results. The sensitivity analysis show that for a fracture above the stope, grouting the area between the stope and the fracture is better to reduce water inflows in the stope than grouting the structure itself. Also, in the case of a structure intercepting the stope, grouting the structure as widely as possible is more efficient to reduce the inflows into the stope.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) et l'ataxie récessive spastique autosomique de Charlevoix-Saguenay (ARSACS) sont deux maladies neurodégénératives incurables. La SLA, le plus souvent d'apparition tardive, se caractérise par la dégénérescence des neurones moteurs (NM) supérieurs et inférieurs, ainsi que par une atrophie musculaire. En plus des causes sporadiques, de nombreuses mutations génétiques, dont la mutation G93A dans le gène de la superoxyde dismutase 1 (SOD1), ont été identifiées comme causes de la maladie. Le processus de dégénérescence des NM est dit non-autonome et fait intervenir des cellules non-neuronales à l'image des astrocytes, microglies ou oligodendrocytes. Cependant, l'implication des cellules de Schwann (CS) dans la pathogenèse demeure encore floue. À l'inverse de la SLA, l'ARSACS apparait au cours de l'enfance et est caractérisée par une dégénérescence des cellules neuronales du cervelet, une atteinte pyramidale ainsi que par une atteinte neuropathique. Des mutations dans le gène SACS, sacsin molecular chaperone, ont été identifiées responsables de la maladie. La fonction de la protéine sacsine, encodée par le gène SACS et très fréquemment retrouvée dans les cellules de Purkinje ou les neurones corticospinaux, n'a pas totalement été élucidée. Cependant, seuls des tissus post-mortem, des modèles animaux, et des cellules normales sont disponibles pour l'étude de cette pathologie. Tout d'abord, un modèle 3D in vitro récapitulant la SLA a été développé. Ce modèle tri-compartimenté, ayant pour base une éponge de collagène/chitosan, comprenait des astrocytes, microglies, fibroblastes d'épineurium, NM et CS, extraites de souris SLA comportant la mutation d'intérêt (SOD1ᴳ⁹³ᴬ) ou de souris sauvage (SOD1ᵂᵀ) dépendamment du modèle souhaité, ainsi que des cellules musculaires. Nous avons montré que les NM SOD1ᴳ⁹³ᴬ ou SOD1ᵂᵀ étaient capables de migrer respectivement dans les modèles 3D SLA ou sain, et que les CS impactaient la migration neuronale puisque les CS SOD1ᵂᵀ étaient capables d'induire une augmentation du nombre de neurites dans le modèle sain, contrairement aux CS SOD1ᴳ⁹³ᴬ dans le modèle SLA. Par la suite, en vue d'une utilisation de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) pour l'étude de l'ARSACS, nous avons élaboré un protocole de différenciation d'iPSC en CS; et nous avons montré que malgré l'absence de sérum, il permettait l'obtention de CS myélinisantes. Enfin, en vue de générer le premier modèle in vitro 3D modélisant l'ARSACS, nous avons différencié des iPSC dérivées de patients ARSACS en NM et cellules de Purkinje et montré qu'elles exprimaient des marqueurs caractéristiques de ces cellules. Par ailleurs, la culture des NM et cellules de Purkinje ARSACS dans le modèle en éponge a permis de montrer que ces cellules mimaient des aspects physiopathologiques retrouvés dans la maladie comme une agrégation des neurofilaments dans les dendrites ou corps cellulaires des NM et des cellules de Purkinje, ainsi qu'une diminution des niveaux de protéines sacsine et Drp1, Dynamin related Protein 1 dans les cellules de Purkinje. Le modèle 3D en éponge réalisé par génie tissulaire nous a permis d'étudier deux maladies distinctes, et serait tout à fait adaptable à l'étude de diverses mutations touchant d'autres gènes impliqués dans la SLA par exemple. L'utilisation d'iPSC en combinaison avec ce modèle facilement modifiable pourrait apporter une approche prometteuse dans l'étude d'autres maladies neurodégénératives dont les mécanismes physiopathologiques demeurent inconnus. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and autosomal recessive spastic ataxia of Charlevoix-Saguenay (ARSACS) are two incurable neurodegenerative diseases. ALS, usually with a late-onset, is characterized by upper and lower motor neuron (MN) degeneration, as well as by muscle atrophy. Besides sporadic causes, numerous genetic mutations, including the G93A mutation in the superoxide dismutase 1 (SOD1) gene, have been identified as causes of the disease. MN degeneration is considered to be a non-autonomous process and involves non-neuronal cells such as astrocytes, microglia, or oligodendrocytes. Nevertheless, the involvement of Schwann cells (SCs) in the pathogenesis remains unclear. In contrast to ALS, ARSACS appears during childhood and is characterized by degeneration of cerebellar neuronal cells, and pyramidal and neuropathic involvement. Mutations in the sacsin molecular chaperone (SACS) gene, have been identified as responsible for the disease. The function of the sacsin protein, encoded by the SACS gene and frequently found in Purkinje cells or corticospinal neurons, has not been fully elucidated. However, only post-mortem tissues, animal models, and normal cells are available to study this pathology. First, a 3D in vitro model recapitulating ALS has been developed. This tri-compartmented model, based on a collagen/chitosan sponge, included astrocytes, microglia, epineurium fibroblasts, MNs, and SCs, extracted from ALS mice with the mutation of interest (SOD1ᴳ⁹³ᴬ) or from wild type mice (SOD1ᵂᵀ) depending on the desired model, as well as muscle cells. We showed that SOD1ᴳ⁹³ᴬ or SOD1ᵂᵀ MNs were able to migrate in the ALS or healthy 3D models, respectively, and that the SCs impacted neuronal migration since SOD1ᵂᵀ SCs were able to induce an increase in the number of neurites in the healthy model, unlike SOD1ᴳ⁹³ᴬ SCs in the ALS model. Subsequently, in order to use induced pluripotent stem cells (iPSC) for the study of ARSACS, we developed a protocol for the differentiation of iPSC into SCs; and we showed that despite the absence of serum, it allowed the generation of myelinating SCs. Finally, to generate the first in vitro 3D model of ARSACS, we differentiated iPSC derived from ARSACS patients into MNs and Purkinje cells and showed that they expressed characteristic markers of these cell types. Moreover, the culture of ARSACS MNs and Purkinje cells in the sponge model allowed us to show that these cells mimicked physiopathological aspects found in the disease such as an aggregation of neurofilaments in the dendrites or cell bodies of the MNs and Purkinje cells, as well as a decrease in the levels of sacsin and Drp1 (dynamin related protein 1) proteins in the Purkinje cells. The 3D tissue-engineered sponge model allowed the study of two distinct diseases and would be highly adaptable to the investigation of various mutations affecting other genes involved in ALS for example. The use of iPSC in combination with this flexible model could provide a promising approach to the study of other neurodegenerative diseases whose pathophysiological mechanisms remain unknown.