Au Québec, les barrages poids en béton de plus de cinquante ans sont particulièrement étudiés depuis le séisme du Saguenay (1988, 6,2 sur l’échelle de Richter) car ils n’avaient pas été dimensionnés pour de tels aléas. Dans les codes de calculs de fiabilité d’Hydro-Québec, différents paramètres relatifs à la morphologie de l’ouvrage ainsi que des paramètres physiques et mécaniques sont nécessaires. Parmi ces derniers, la résistance au cisaillement des interfaces (béton-béton, béton-roche et roche-roche) du barrage est particulièrement importante car elle conditionne en grande partie le coefficient de sécurité. De plus, il est communément admis que la rugosité des épontes des discontinuités rocheuses conditionne le comportement mécanique en cisaillement. Cette étude se décompose en deux volets : une étude d’échantillons prélevés sur deux barrages et la réalisation d’un contact roche-béton artificiel. Tout d’abord, à partir d’essais de cisaillement sous contrainte normale constante, réalisés sur des contacts provenant de deux barrages d’hydro-Québec, l’étude en composantes principales des paramètres mécaniques et de rugosité a été menée afin de déterminer les paramètres prépondérants (Z2, Z4, Étendue). De plus, une classification de terrain des discontinuités est proposée. Cette dernière repose sur différents paramètres tels que l’angularité de la surface, le remplissage ou encore l’oxydation des épontes. Le contact roche-béton artificiel, réalisé au cours de ce travail, a été étudié dans sa globalité par différents moyens statistique et géostatistique, afin de décrire le plus précisément possible sa rugosité de surface. Une fois cette dernière connue, un plan de carottage au carottier de 150 mm de diamètre a été décidé. Les zones prélevées sont celles présentant des particularités de rugosité, comme par exemple, une angularité forte. Une fois le carottage effectué, les échantillons ont été soumis à un essai de cisaillement sous contrainte normale constante. Il en résulte une étude des paramètres mécaniques et de rugosité ainsi qu’une prise en compte de l’effet d’échelle. / In Quebec, the concrete dams over fifty years are systematically studied since the Saguenay earthquake (1988, 6.2 on the Richter scale) because they were not sized for such hazards. For calculation of the reliability codes for Hydro-Quebec structures, different parameters on the morphology of structure and the physical and mechanical parameters are needed. Among these, the shear strength of interfaces (concrete-concrete, concrete-rock rock-rock) is particularly important because it determines the safety factor in large part. Moreover, it is commonly accepted that the roughness of the surfaces of rock discontinuities determines the mechanical behavior in shear. This study is divided into two parts: a study of taking samples from two dams of Hydro-Quebec and the conception of an artificial rock-concrete contact. Firstly, from shear tests realized under constant normal load, achieved on contacts from two dams, the principal component study of mechanical and roughness parameters was conducted to determine the parameters dominate (Z2, Z4, Extent). In addition, a field classification of discontinuities is proposed. The latter depends on various parameters such as the angularity of the surface, filling or oxidation of the surfaces of the discontinuity. Artificial rock-concrete contact has been studied in its entirety by various statistical and geostatistical methods in order to describe as precisely as possible its surface roughness. Once the last known, a map of coring with a 150 mm diameter core sampler has been decided. The collected areas are those with features of roughness, for example, a high angularity. Once the coring performed, samples were tested for shear resistance under a constant normal load. It follows a study of mechanical and roughness parameter and an underline of scale effect.

Le procédé de production d’éthanol à partir de biomasse lignocellulosique nécessite l’hydrolyse de cette dernière en sucres simples. Cette hydrolyse est le plus souvent réalisée par voie biologique grâce à des enzymes appelées cellulases. La production de ces enzymes représente cependant un verrou économique majeur au développement du procédé à grande échelle. Les cellulases sont généralement produites industriellement par le champignon filamenteux aérobie Trichoderma reesei, doté d’une forte capacité de sécrétion d’enzymes. Les cultures sont réalisées en bioréacteurs aérés et agités mécaniquement. Elles nécessitent de contrôler la concentration des substrats, ce qui requiert la maitrise de conditions hydrodynamiques et physicochimiques. En effet, le milieu de culture de T. reesei devient une suspension de cellules de champignons associées en filaments, de structure complexe, dont la viscosité augmente avec la concentration microbienne selon un comportement rhéofluidifiant. La viscosité est fonction de la morphologie du microorganisme qui peut, elle-même, varier avec les conditions de cultures. Cet accroissement de viscosité est un critère clef de l’extrapolation du procédé, car il affecte le transfert d’oxygène. Afin de maintenir une concentration en oxygène dissous suffisante, l’agitation et l’aération sont en général augmentées, entraînant un accroissement du cisaillement. Cet accroissement impacte en retour la morphologie du champignon, ralentit sa croissance puis diminue la production de cellulases. Ainsi, les conditions hydrodynamiques et rhéologiques engendrées au sein du bioréacteur sont complexes et variables dans le temps. L’interrelation entre conditions opératoires, morphologie, croissance du champignon et viscosité du moût de fermentation impose l’intégration de tous ces phénomènes pour l’optimisation du procédé, notamment à grande échelle. L’objectif de la thèse est de mettre en place une approche, visant à étudier au laboratoire la croissance de T. reesei et sa production d’enzymes, en reproduisant les contraintes hydrodynamiques associées aux conditions de fonctionnement des fermenteurs industriels. Pour ce faire, deux méthodologies originales ont été développées : une méthode de mesure de la viscosité du milieu, optimisée pour les champignons filamenteux, représentative des conditions rencontrées à grande échelle et qui s’appuie sur l’utilisation d’un rhéomètre rotatif équipé d’un rotor hélicoïdal ; une méthode d’analyse d’images associant un microscope motorisé et des algorithmes d’analyse d’images innovants, qui permet de générer des données sur la morphologie du champignon et d’identifier un critère morphologique pertinent basé sur le nombre de « trous » au sein d’un filament. Parallèlement à ces méthodes, différentes contraintes de cisaillement ont été mises en oeuvre en fermentation, afin de reproduire, à l’échelle du laboratoire, les conditions rencontrées à l’échelle industrielle. Ces outils ont été utilisés conjointement et validés lors de cultures non conventionnelles mimant les conditions industrielles en termes de cisaillement. Ils ont permis d’identifier un critère représentatif du cisaillement (EDCF) et d’établir, à partir de ce critère, des corrélations capables de prédire la viscosité du moût de fermentation, le taux de croissance maximum du microorganisme ainsi que certains paramètres morphologiques de la souche. De façon originale, ces corrélations déterminées à l’échelle du laboratoire ont été validées par des mesures effectuées à l’échelle industrielle. Au final, l’approche développée permet d’identifier au plus tôt les contraintes d’extrapolation à ne pas dépasser, afin d’orienter les choix technologiques des fermenteurs industriels impliquant des champignons filamenteux. / Ethanol production from lignocellulosic biomass requires its transformation into fermentable sugars before the alcoholic fermentation. This step called hydrolysis is catalyzed by cellulases and is often considered as the major technical and economic challenge for the process development. Cellulases are industrially produced by the filamentous fungus Trichoderma reesei, thanks to its high secretion capacity. This fungus is strictly aerobic and is thus cultivated in aerated and stirred bioreactors. The fermentation optimization requires control of physicochemical conditions. Actually the growth of fungi induces an increase of the broth viscosity with shear thinning behavior because of the formation of three-dimensional mycelial structures (from micrometer to millimeter). This viscosity increase has a negative impact on the oxygen transfer. In order to keep the dissolved oxygen concentration higher than a critical limit, it is necessary to increase the power input thereby increasing the shear stress, which may affect the morphology of the fungus as well as its growth and cellulose production. Actually, physico-chemical conditions generated inside the bioreactor are complex and vary with time. These interrelations, between process conditions, morphology, growth and viscosity, require the integration of all these parameters to optimize the full-scale process. The goal of the thesis work was to develop a scale-down approach at lab-scale to mimic hydrodynamic conditions of industrial bioreactors and to study their impact on T. reesei growth and cellulase production. For that purpose, two new tools were developed. The first one consists in a new rheological measurement set-up using a helical rotor dedicated to filamentous fungi preventing mycelium degradation during the measurements. The second one is an original image analyses method that uses specific algorithms. It was then possible to record various morphological data on fungi and to select the most relevant ones (like the number of holes). Meanwhile, a wide range of shear stress conditions were explored in the laboratory bioreactor to reproduce industrial conditions. The new tools we had developed, coupled to these unconventional cultures lead to identifying a shear stress relevant

La chirurgie robotisée a été développée pour pallier les difficultés de la chirurgie laparoscopique. Le robot da Vinci (Intuitive Surgical) est largement répandu dans les hôpitaux nord-américains et européens pour la chirurgie abdominale. Basé sur de la téléopération, il améliore la dextérité et la précision des opérations en chirurgie mini-invasive. Cependant, des recommandations incomplètes et des défauts ergonomiques du système, pour positionner les bras du robot à la surface l’abdomen du patient avant l’opération, créent un des principaux problèmes de la chirurgie robotisée : des organes inatteignables ou des collisions entre les instruments pendant l’opération. L’objectif de ces travaux de recherche est de proposer une nouvelle méthode de placement des bras du robot basée sur une assistance opératoire numérique utilisant l’analyse d’images médicales du patient et la modélisation 3D de la surface de son abdomen afin de calculer des positions des bras optimales en fonction des caractéristiques du robot, de la position des organes et du type de chirurgie. / Robot-assisted surgery, or “robotic”surgery, has been developed to address thedifficulties with the traditional laparoscopicsurgery. The da Vinci (Intuitive Surgical, CA andUSA) is one of the FDA-approved surgical robotic system which is widely used in the case of abdominal surgeries like hysterectomy and cholecystectomy. The technology includes a system of master and slave tele-manipulators that enhances manipulation precision. However, inadequate guidelines and lack of a human machine interface system for planning the ports on the abdomen surface are some of the main issues with robotic surgery. Unreachable target and mid-surgery collisions between robotic arms are the major problems that surgeons complain about in robotic surgery. The objective of this research is to design a new decision-support tool for planning port placement in robotic surgery. The decision support system will be able to determine the optimal location of the entrance ports on the abdomen surface that is specific to the patient.

Dans le cadre de la vitrification des déchets nucléaires de haute activité à vie longue, un nouveau procédé a été mis en service à l’usine de La Hague en 2010 : le procédé creuset froid. Dans ce procédé, des gradients thermiques apparaissent au sein du bain de verre. Celui-ci forme une couche solide au contact de la paroi froide, appelée « auto-creuset ». Dans cette zone, le verre est soumis à des températures où il peut potentiellement cristalliser. L’objectif de ce travail était de déterminer la microstructure de cet auto-creuset en précisant les zones de cristallisation. Parallèlement, il s’agissait d’évaluer l’impact du gradient thermique sur la cristallisation des verres considérés. La cristallisation de deux verres d’intérêt nucléaire a donc été étudiée à l’aide d’une méthode basée sur l’analyse d’images MEB en conditions de traitements isotherme et sous gradient thermique. Les analyses en isotherme mettent en évidence la cristallisation de cristaux d’apatite (660°C-900°C) et de powellite (630°C-900°C) et permettent de quantifier cette cristallisation (vitesses de croissance et de nucléation, fraction cristallisée) qui reste très limitée (< 3%). La comparaison des résultats issus de ces deux types d’expérimentations montre que le gradient thermique n’a pas d’impact mesurable sur les cristallisations observées. Afin de compléter les analyses surfaciques de la cristallisation, des mesures par microtomographie in et ex situ ont été réalisées à l’ESRF sur la ligne ID19. Cette étude a permis de suivre la cristallisation d’apatites dans un verre simplifié et de confirmer la fiabilité de la méthode de quantification de la cristallisation basée sur l’analyse d’images 2D. / In the context of the vitrification of high level nuclear waste, a new industrial process has been launched in 2010 at the La Hague factory: The skull melting process. This setup applies thermal gradients to the melt, which leads to the formation of a solid layer of glass: the “self-crucible”. The question would be to know whether these thermal gradients have an impact or not on the crystallization behaviour of the considered glasses in the self crucible. In order to answer that question, the crystallization of two glass compositions of nuclear interest has been investigated with an image analysis based method in isothermal and thermal gradient heat treatments conditions. The isothermals experiments allow for the quantification (growth speed, nucleation, crystallized fraction) of the crystallization of apatites (660°C-900°C) and powellites (630°C- 900°C). The comparison of the results obtained through these two types of experimentations allows us to conclude that there is no impact of the thermal gradient on the crystallization of the studied glass compositions. In order to complete the image analysis study (based on surfaces), in and ex situ microtomography experiments have been performed at ESRF (Grenoble) on the ID10 beamline. This study allowed us to follow the crystallization of apatites in a simplified glass and to confirm the reliability of the image analysis method based on the analysis of surfaces.

Pour beaucoup de cultures, un sol non travaillé est une alternative de plus en plus crédible au travail intensif du sol, en particulier pour des raisons environnementales. Mais l’ananas (ananas comosus) présente un enracinement fragile très sensible à la structure, ce qui motive souvent un travail important du sol avant plantation. L’alternative d’une plantation sans travail du sol ne va donc pas de soi. L’objet de cette thèse est de répondre à la question de la faisabilité d’une culture d’ananas sans travail du sol, en remplaçant ce dernier par une plante de service « décompactante » dont les traits racinaires seraient favorables à la (re)structuration d’un sol compact. Le travail de cette thèse a donc porté sur l’évaluation de plusieurs espèces candidates, puis sur l’étude, au champ, des effets sur le sol de la plus prometteuse (Stylosanthes guianensis ). Enfin, dans le cadre d’un essai au champ comparant un système de culture innovant ananas sans travail du sol, on a étudié l’effet de la plante de service sur le fonctionnement de la culture de l’ananas. Dans un premier essai, c’est le Stylosanthes guianensis qui, comparé à huit autres espèces (Arachis pintoï, Brachiaria decumbens, Cajanus cajan, Crotalaria juncea, Cynodon dactylon, Eleusine coracana, Pueraria phaseoloides, et le maïs), a montré les traits racinaires les plus favorables à la structuration d’un sol compact. Les valeurs supérieures du diamètre racinaire moyen et de la densité de longueur racinaire (DRL) caractérisent les principaux traits impliqués. Dans un deuxième essai, les mesures de conductivité hydraulique, d’indice des vides du sol et d’analyse d’images de blocs de sol imprégné sur la répartition surfacique des différents types de porosité ont montré que la culture du Stylosanthes guianensis avait augmenté l’indice des vides du sol et provoqué l’apparition d’une porosité fissurale de grande taille, contribuant ainsi à l’amélioration de la structure du sol. Enfin, un troisième essai mettant en comparaison (i) un système de culture innovant où la culture d’ananas est implantée sans travail du sol après une culture de S. guianensis restructurante et (ii) un système conventionnel comportant un travail profond du sol (et pas de plante de service) a montré que le rendement en fruit est similaire dans les deux systèmes. Cet essai a permis de vérifier que l’enracinement de l’ananas en condition de sol non travaillé bénéficiait du précédent S. guianensis. / For many crops, direct drilling is a well-tried alternative facing the damaging effects of intensive tillage, mainly for environmental causes. But, pineapple (ananas comosus), presents a fragile rooting system which is very sensitive to soil structure. This leads frequently to intensive soil tillage before planting. Direct drilling is not so evident. The aim of this thesis is to give an answer to the feasibility of a no till system for pineapple cultivation, by using a plant with favorable roots traits for compacted soil (re)structuration. This work consisted in evaluating several candidate species, followed by the study, on the field, of the effects the most promising on soil (Stylosanthes guianensis). Finally, through a field experiment, comparing an innovating no till pineapple cultivation system we studied the use effects of Stylosanthes guianensis on the pineapple crop functioning. In a first experiment, Stylosanthes guianensis compared with eight other species (Arachis pintoï, Brachiaria decumbens, Cajanus cajan, Crotalaria juncea, Cynodon dactylon, Eleusine coracana, Pueraria phaseoloides and corn) showed better roots traits for structuring a compacted soil. Measures of average root diameter and root length density are the main implicated roots traits. In a second experiment, the measures of hydraulic conductivity, of the soil void ratio and the analysis of blocks of resin-impregnated soil on the surface distribution of the different type of porosity, all of this showed that Stylosanthes guianensis had increased the soil void ratio and had caused the creation of large-sized cracked porosity, thus contributing to the improvement of the soil structure. Finally, a third experiment involving a comparison between (i) an innovating cultivation system where pineapple is growing in a no till soil after a structuring crop of S. guianensis and (ii) a conventional system with deep tillage (without structuring crop), showed similar fruit yield. This experiment showed evidence that the rooting of pineapple in no till soil benefited from the previous Stylosanthes.

Le nombre important de campagnes de numérisation mises en place ces deux dernières décennies a entraîné une effervescence scientifique ayant mené à la création de nombreuses méthodes pour traiter et/ou analyser ces images de documents (reconnaissance d’écriture, analyse de la structure de documents, détection/indexation et recherche d’éléments graphiques, etc.). Un bon nombre de ces approches est basé sur un apprentissage (supervisé, semi supervisé ou non supervisé). Afin de pouvoir entraîner les algorithmes correspondants et en comparer les performances, la communauté scientifique a un fort besoin de bases publiques d’images de documents avec la vérité-terrain correspondante, et suffisamment exhaustive pour contenir des exemples représentatifs du contenu des documents à traiter ou analyser. La constitution de bases d’images de documents réels nécessite d’annoter les données (constituer la vérité terrain). Les performances des approches récentes d’annotation automatique étant très liées à la qualité et à l’exhaustivité des données d’apprentissage, ce processus d’annotation reste très largement manuel. Ce processus peut s’avérer complexe, subjectif et fastidieux. Afin de tenter de pallier à ces difficultés, plusieurs initiatives de crowdsourcing ont vu le jour ces dernières années, certaines sous la forme de jeux pour les rendre plus attractives. Si ce type d’initiatives permet effectivement de réduire le coût et la subjectivité des annotations, reste un certain nombre de difficultés techniques difficiles à résoudre de manière complètement automatique, par exemple l’alignement de la transcription et des lignes de texte automatiquement extraites des images. Une alternative à la création systématique de bases d’images de documents étiquetées manuellement a été imaginée dès le début des années 90. Cette alternative consiste à générer des images semi-synthétiques imitant les images réelles. La génération d’images de documents semi-synthétiques permet de constituer rapidement un volume de données important et varié, répondant ainsi aux besoins de la communauté pour l’apprentissage et l’évaluation de performances de leurs algorithmes. Dans la cadre du projet DIGIDOC (Document Image diGitisation with Interactive DescriptiOn Capability) financé par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche), nous avons mené des travaux de recherche relatifs à la génération d’images de documents anciens semi-synthétiques. Le premier apport majeur de nos travaux réside dans la création de plusieurs modèles de dégradation permettant de reproduire de manière synthétique des déformations couramment rencontrées dans les images de documents anciens (dégradation de l’encre, déformation du papier, apparition de la transparence, etc.). Le second apport majeur de ces travaux de recherche est la mise en place de plusieurs bases d’images semi-synthétiques utilisées dans des campagnes de test (compétition ICDAR2013, GREC2013) ou pour améliorer par ré-apprentissage les résultats de méthodes de reconnaissance de caractères, de segmentation ou de binarisation. Ces travaux ont abouti sur plusieurs collaborations nationales et internationales, qui se sont soldées en particulier par plusieurs publications communes. Notre but est de valider de manière la plus objective possible, et en collaboration avec la communauté scientifique concernée, l’intérêt des images de documents anciens semi-synthétiques générées pour l’évaluation de performances et le ré-apprentissage. / In the last two decades, the increase in document image digitization projects results in scientific effervescence for conceiving document image processing and analysis algorithms (handwritten recognition, structure document analysis, spotting and indexing / retrieval graphical elements, etc.). A number of successful algorithms are based on learning (supervised, semi-supervised or unsupervised). In order to train such algorithms and to compare their performances, the scientific community on document image analysis needs many publicly available annotated document image databases. Their contents must be exhaustive enough to be representative of the possible variations in the documents to process / analyze. To create real document image databases, one needs an automatic or a manual annotation process. The performance of an automatic annotation process is proportional to the quality and completeness of these databases, and therefore annotation remains largely manual. Regarding the manual process, it is complicated, subjective, and tedious. To overcome such difficulties, several crowd-sourcing initiatives have been proposed, and some of them being modelled as a game to be more attractive. Such processes reduce significantly the price andsubjectivity of annotation, but difficulties still exist. For example, transcription and textline alignment have to be carried out manually. Since the 1990s, alternative document image generation approaches have been proposed including in generating semi-synthetic document images mimicking real ones. Semi-synthetic document image generation allows creating rapidly and cheaply benchmarking databases for evaluating the performances and trainingdocument processing and analysis algorithms. In the context of the project DIGIDOC (Document Image diGitisation with Interactive DescriptiOn Capability) funded by ANR (Agence Nationale de la Recherche), we focus on semi-synthetic document image generation adapted to ancient documents. First, we investigate new degradation models or adapt existing degradation models to ancient documents such as bleed-through model, distortion model, character degradation model, etc. Second, we apply such degradation models to generate semi-synthetic document image databases for performance evaluation (e.g the competition ICDAR2013, GREC2013) or for performance improvement (by re-training a handwritten recognition system, a segmentation system, and a binarisation system). This research work raises many collaboration opportunities with other researchers to share our experimental results with our scientific community. This collaborative work also helps us to validate our degradation models and to prove the efficiency of semi-synthetic document images for performance evaluation and re-training.

Dans le domaine moléculaire, les polymères sont observés et étudiés par microscopie. Les formes obtenues sont souvent imprécises en raison de l'effet de convolution et de diffraction de l'acquisition par microscopie. Par conséquent, le polymère apparait comme une courbe épaisse, bruitée et floue. Pour étudier les caractéristiques d'une chaîne de polymère, une des approches possibles consiste à réduire la forme acquise par microscope à une représentation minimale, soit une courbe. Cette dernière doit représenter au mieux l'objet étudié malgré les différentes difficultés rencontrées telles que la qualité des images ou les imprécisions dues à la discrétisation. De plus, un polymère adopte un mouvement "Reptilien" et peut former des géométries complexes telles que des courbes fermées ou avec boucles. L'objet de cette thèse est donc l'extraction de courbes visant à fournir une représentation minimale des polymères à des fins d'analyse. La méthode que nous proposons comprend deux grandes étapes à savoir : L'extraction des géodésiques et leur fusion. La première étape consiste à calculer un ensemble de géodésiques, chacune parcourant une partie distincte de la forme. Ces morceaux de géodésiques sont fusionnés dans la seconde étape afin de générer la courbe complète. Afin de représenter la reptation, les géodésiques doivent être fusionnées dans un ordre précis. Nous modélisons ce problème par graphes et nous cherchons l'ordre de fusion en parcourant le graphe. La fusion est effectuée selon le chemin optimal minimisant différentes contraintes. / In the molecular field, polymers are observed and studied by microscopy. The shapes obtained are often inaccurate because of the convolution and diffraction effect of microscopy. Therefore, the polymer appears as a thick, noisy and fuzzy curve. In order to study a polymer chain, one of the possible approaches consists in reducing the acquired shape to a minimal representation, ie a curve. This curve must represent the studied object in the best way, despite the various encountered difficulties, such as the quality of the images or inaccuracies due to discretization. In addition, a polymer performs a "Reptilian" movement and can form complex geometries such as closed and looped curves. The object of this thesis is, therefore, the extraction of curves aimed at providing a minimal representation of the polymers for analysis. The proposed method comprises two major steps: geodesics extraction and their fusion. The first step is to compute a set of geodesics, each one traversing a distinct part of the shape. These pieces of geodesics are fused in the second step to generate the complete curve. In order to represent the reptation, the geodesics have to be merged in a precise order. We model this problem by graphs and consider the fusion as a graph traversal problem. The fusion is performed according to the optimal path minimizing various constraints.

La finalité industrielle de ce travail est la réalisation d’un simulateur qui permette aux entraîneurs de football de mieux interpréter certaines situations de jeu à partir de séquences vidéo en en proposant une vision 3D, mais aussi de présenter de la manière la plus ergonomique qui soit des schémas de jeux sur la base de ces situations réelles. De plus, contrairement à ce qui se pratique assez couramment dans ce cadre-là, nous avons souhaité – pour des raisons de souplesse d’utilisation – rester dans un cadre assez large et ne pas profiter d’une phase préalable (fastidieuse) de calibrage, ce qui a été à l’origine de verrous scientifiques et technologiques que nous avons cherché à résoudre, et pour lesquels nous proposons des solutions dans la première partie. Les problèmes que nous avons eu à traiter sont de deux natures, informatiques d’une part et ergonomiques d’autre part. Il s’est agi, par exemple, de caractériser la transformation homographique permettant de passer de l’image au modèle, de retrouver la position de la caméra ou de déterminer automatiquement à quelle zone du terrain correspond l’image acquise. Et, au niveau ergonomique, il s’est agi de reproduire le plus fidèlement possible les modes d’appréhension de la réalité terrain, ainsi que de modélisation et de communication des entraîneurs de football. / This work refers to a 3D simulator that has for purpose to help football trainers interpreting tactical sequences based on real situations. This simulator has to be able to interpret video movies, to reconstruct a situation. The camera’s calibration state has to be as simple as possible. The first part of this document refers to the solution elaborated to implement this constraint whereas the second one is more oriented on the industrialisation process. These processes imply to focus on vision computing and ergonomics problems and to answer questions such as : how to characterize a homographic transformation matching the image and the model ? How to retrieve the position of the camera? Which area is part of the image? In an ergonomically point of view, the simulator has to reproduce the game play reality and to improve the abstraction and the communication of the coaches.

Cette thèse présente des méthodes d’imagerie pour l’analyse du mouvement cardiaque afin de permettre des statistiques groupées, un diagnostic automatique et une étude longitudinale. Ceci est réalisé en combinant des méthodes d’apprentissage et de modélisation statistique. En premier lieu, une méthode automatique de segmentation du myocarde est définie. Pour ce faire, nous développons une méthode de recalage très rapide basée sur des réseaux neuronaux convolutifs qui sont entrainés à apprendre le recalage cardiaque inter-sujet. Ensuite, nous intégrons cette méthode de recalage dans une pipeline de segmentation multi-atlas. Ensuite, nous améliorons des méthodes de suivi du mouvement cardiaque afin de définir des représentations à faible dimension. Deux méthodes différentes sont développées, l’une s’appuyant sur des sous-espaces barycentriques construits sur des frames de référence de la séquence et une autre basée sur une représentation d’ordre réduit du mouvement avec des transformations polyaffine. Enfin, nous appliquons la représentation précédemment définie au problème du diagnostic et de l’analyse longitudinale. Nous montrons que ces représentations en- codent des caractéristiques pertinentes permettant le diagnostic des patients atteint d’infarct et de Tétralogie de Fallot ainsi que l’analyse de l’évolution dans le temps du mouvement cardiaque des patients atteints de cardiomyopathies ou d’obésité. Ces trois axes forment un cadre pour l’étude du mouvement cardiaque de bout en bout de l’acquisition des images médicales jusqu’à leur analyse automatique afin d’améliorer la prise de décision clinique grâce à un traitement personnalisé assisté par ordinateur. / This thesis presents image-based methods for the analysis of cardiac motion to enable group-wise statistics, automatic diagnosis and longitudinal study. This is achieved by combining advanced medical image processing with machine learning methods and statistical modelling. The first axis of this work is to define an automatic method for the segmentation of the myocardium. We develop a very-fast registration method based on convolutional neural networks that is trained to learn inter-subject heart registration. Then, we embed this registration method into a multi-atlas segmentation pipeline. The second axis of this work is focused on the improvement of cardiac motion tracking methods in order to define relevant low-dimensional representations. Two different methods are developed, one relying on Barycentric Subspaces built on ref- erences frames of the sequence, and another based on a reduced order representation of the motion from polyaffine transformations. Finally, in the last axis, we apply the previously defined representation to the problem of diagnosis and longitudinal analysis. We show that these representations encode relevant features allowing the diagnosis of infarcted patients and Tetralogy of Fallot versus controls and the analysis of the evolution through time of the cardiac motion of patients with either cardiomyopathies or obesity. These three axes form an end to end framework for the study of cardiac motion starting from the acquisition of the medical images to their automatic analysis. Such a framework could be used for diagonis and therapy planning in order to improve the clinical decision making with a more personalised computer-aided medicine.

Le développement de biofilms est étudié sur de longues périodes (de deux à sept mois) dans des réacteurs à disque tournant (RBC) et à lit fixe alimentés par des eaux résiduaires domestiques ou des substrats synthétiques en continu à l’échelle du laboratoire. Deux réacteurs ont été spécialement conçus pour des expériences. Les biofilms ont été soumis à des stress physiques (forces hydrodynamiques) ou chimiques (antibiotique). L’activité biologique des réacteurs a été suivie au cours du temps (dégradation de la pollution carbonée et azotée). Les phénomènes de détachement et de redéveloppement des biofilms ont été caractérisés sur des surfaces lisses ou structurées par des techniques d’analyse d’images non destructives. La quantité globale de biomasse présente est évaluée par l’opacité du biofilm et cette méthode d’évaluation a été validée par comparaison avec des méthodes classiques destructives (coloration au Cristal Violet, matières sèches). La macrostructure du biofilm, liées aux phénomènes de croissance, détachement et recroissance, a été évaluée à l’aide de deux méthodes de caractérisation de la texture visuelle : la méthode de cooccurrence de niveaux de gris (SGLDM) et la longueur des segments (GLRLM). Le travail montre l’efficacité de l’analyse d’images comme une méthode rapide et peu onéreuse dans l’étude des biofilms sur le long terme. / The development of biofilm has been studied over long periods of time (two to seven months) in laboratory-scale rotating biological contactors and fixed bed reactors continuously fed with municipal wastewater or synthetic growth media. Two reactors have been specifically designed for this purpose. The biofilms have been subject to hydrodynamic and chemical (antibiotics) stresses. The overall biological activity of the reactors have been monitored, in terms of carbon and nitrogen removal. The phenomena of sloughing and re-growth have been characterized on smooth and rough surfaces using image analysis non-destructive techniques. The amount of biomass present on the substratum has been evaluated by the biofilm opacity and this monitoring method has been validated by comparison with destructive methods such as crystal violet staining and dry weight. The biofilm macrostructure, related to growth, sloughing and re-growth phenomena, has been evaluated through visual texture characterization of the scanning gray level co-occurrence matrix (SGLDM) and the gray level run length method (GLRLM). The results shows the efficiency of image analysis as a rapid and cheap method to monitor biofilm development on the long term.