Le dépistage du cancer colorectal par IRM à des stades précoces exige l'obtention des images avec une résolution spatiale suffisante. L'acquisition d'images de résolution spatiale submillimétrique peut être réalisée avec des capteurs endoluminaux placés au plus proche de la zone à explorer. Les développements de ce type de capteur ont été compromis par des aspects liés à la sécurité du patient en raison des échauffements localisés qui ont lieu avec une liaison galvanique reliant le capteur au système d'imagerie. Pour pallier ces problèmes de sécurité, nous proposons de développer un capteur magnétique déporté grâce à une transmission par fibre optique. Deux points importants doivent être traités pour réaliser ce capteur : le découplage actif de la boucle endoluminale et le transport optique de l'information RMN. Un système de découplage actif optique a été réalisé puis caractérisé sur banc et en IRM (in-vitro). Les résultats montrent que le découplage optique est efficace et ses performances sont comparables avec un système de découplage conventionnel. Le transport optique du signal RMN a été réalisé en couplant un cristal Electro-Optique à la boucle résonnante endoluminale. Ce cristal permet une modulation de l'état de polarisation du faisceau optique. Les résultats de caractérisation du capteur en termes de linéarité, dynamique et sensibilité sur un banc optique montrent sa faisabilité / Detection of colorectal cancer by MRI at its early stages requires images with high spatial resolution. Submillimetric spatial resolution images can be achieved with MRI endoluminal receiver coil placed as close as possible to the region of interest. However using this type of receiver is always limited by security issues related to patient safety due to localized heating which appear with a galvanic connection between the receiver coil and the imaging system. To address this problem, we propose to develop an non-invasive optically deported characterization of NMR Radiofrequency signal. Two important points need to be addressed to achieve this receiver: active endoluminal loop decoupling and optical signal transport. A system of active optical decoupling has been achieved and characterized on bench and in MRI (in-vitro). The results show that the optical decoupling is efficient and its performance is comparable to a conventional decoupling system. The optical transmission of the NMR signal has been achieved by associating a passive Electro-Optical crystal transducer to the resonant receiver coil. This crystal allows a modulation of the polarization state of the laser probe beam. The results of sensor’s characterization on an optical bench concerning its linearity, its sensitivity and its dynamic, show the feasibility

Cette thèse traite des aspects tribologiques et dynamiques de la perception tactile donnée par un doigt lors du balayage d'une surface. Une attention particulière est portée à l'analyse directe des spectres des vibrations induites par contact entre le doigt et la surface touchée, qui représente un nouveau champ de recherche. En fait, si le fait que les vibrations activent les afférentes tactiles et leur rôle essentiel pour la perception des textures fines est une chose acquise (duplex theory of tactile texture perception), le lien entre les caractéristiques de la surface, leur perception et les caractéristiques des spectres des vibrations induites est encore inconnu. Le travail de est animés par la volonté de contribuer à comprendre les mécanismes du toucher, élément clé de nombreuses applications touchant différents domaines : la quantification de la qualité des textiles, l'ergonomie des objets du quotidien (affectant grandement leur compétitivité commerciale), l'identification des imperfections de surface; la conception de dispositifs tactiles de communication , le développement de capteurs tactiles artificiels pour les prothèses intelligentes ou assistants robotisés, le développement des interfaces homme-machine pour l'interaction avec les réalités virtuelles ou des systèmes de télé-opération (télédiagnostic ou microchirurgie), ou encore le développement de tests d'évaluation de la sensibilité tactile lors d'un diagnostic. L'étude d'un doigt se déplaçant sur une surface, comporte plusieurs difficultés liées aux caractéristiques du contact et aux mesures mêmes. Ces problèmes ont fait que la première étape du travail présenté a été la conception d'un nouveau dispositif expérimental, baptisé TriboTouch, développé pour reproduire le balayage d'une surface par un doigt dans des conditions de contact réalistes (vitesse de balayage, charge normale, rugosité de surface, etc.) et surtout, en évitant la production de bruit. Le banc d'essai a été conçu pour garantir la reproductibilité des mesures et pour effectuer des mesures sans introduire de bruit parasite. Il permet de réaliser à la fois des mesures de la dynamique globale et des mesures de la dynamique locales (au niveau de la zone de contact) employant un doigt en silicone. L'analyse présentée s'intéresse au comportement de l'index de la main droite, en contact avec différentes surfaces (rugueuses périodiques ou isotropes et issues de textiles), analysé pour différentes vitesses de balayage et valeurs de la charge appliquée en soulignant le rôle des empreintes digitales. Un modèle numérique simple a été développé pour reproduire le comportement des vibrations induites lors du balayage de deux surfaces périodiques et les résultats sont comparés aux résultats expérimentaux. La correspondance de la distribution des fréquences de vibrations a mis en évidence le rôle clé des empreintes digitales dans les spectres de vibration et, en conséquence, pour la perception tactile. / This thesis deals with the tribological and dynamic aspects of tactile perception given by the scanning of the finger on a surface. The attention is focused on a direct analysis of the vibration spectrum characteristics, induced by the surface features that is a relatively new research field. In fact, it is accepted that vibrations activate the tactile afferents and their essential role for the perception of fine textures (duplex theory of tactile texture perception) but it is still unknown the link with the surface texture characteristics and the features of the induced vibration spectra. The work is aimed to contribute to a better understanding of the mechanisms of the tactile sense, that is basilar for manifold different applications: textile quality quantification, ergonomics of everyday objects (which largely affects their commercial competitiveness), identification of surface imperfections, the design of tactile communication devices, the development of artificial tactile sensors for intelligent prostheses or robotic assistants, the development of human-machine interfaces for interaction with virtual realities or teleoperation systems, such as for telediagnosis or microsurgery, reproducing real perception (virtual reality), increasing the human perception (augmented reality), development of tests for evaluation of tactile sensitivity during diagnosis or monitoring process in rehabilitation. The study of a finger that moves on a surface involves different difficulties that are related to the material characteristics and to the measurements themselves. For these reasons, a new experimental set-up, named TriboTouch, has been developed to reproduce the finger/surface scanning phenomena under real values of the contact feature (scanning velocity and amplitude, surface roughness, etc..), avoiding undesired vibrations. The test bench has been designed to guarantee the measurements reproducibility and to perform measurements without introducing external noise. The set-up permits to carry out both measurements of the global dynamics and local ones (at the contact zone) employing a silicone fake finger. In the presented analysis, the behavior of the right hand index finger scanning on the surface sample with periodical and isotropic roughness and on textiles has been investigated for different scanning speed, highlighting the role of fingerprints A simple numerical model have been developed for reproducing the behavior of the induced vibrations when sliding two periodical surfaces and the numerical results have been compared with the experimental ones. The presented work has shown the possibility to obtain objective indexes for the tactile perception characterization, by means of the friction induced vibration spectrum analysis, in agreement with the neurophysiological studies present in literature.

Le toucher est considéré comme l’un des sens primordiaux à modéliser chez un robot afin de lui permettre de générer des comportements plus souples et plus agiles comme attraper un objet, toucher (ou être touché par) une personne. Même si les capteurs tactiles actuels sont encore très limités en comparaison à la peau humaine, combinés à la vision et à la proprioception, le développement de nouveaux capteurs proches de la peau humaine pourrait démultiplier les capacités d’interactions d’un robot afin d’interagir directement avec une personne en toute sécurité et de partager avec lui son environnement physique et social. A la différence de la peau humaine, les principaux capteurs tactiles utilisés en robotique actuellement ne sont capables de détecter des variations de pression et de poids que sur de petites surfaces uniquement. De plus, ceux-ci sont souvent très rigides et n’ont pas les propriétés élastiques de déformation de la peau humaine. Les travaux de cette thèse se basent sur le développement d’une interface tactile proche d’une "peau artificielle" en terme de surface de recouvrement (qui peuvent atteindre plusieurs dizaines de centimètres carrés) et de localisation des points de contact de quelques dizaines de millinewtons. Deux aspects principaux sont développés : (i) aspect d’ingénierie comprenant le développement d’un prototype de peau artificielle conçue pour un robot humanoïde afin de lui conférer une perception tactile, et (ii) aspect cognitifs qui s’appuient sur l’intégration de multiples rétroactions sensorielles (tactile, visuelle, proprioceptive) dans le but d’avoir un robot qui puisse interagir physiquement avec des personnes.Le prototype tactile développé est basé sur la reconstruction du champ électrique à la surface d’un matériau conducteur, suivant le principe de la Tomographie par Impédance Électrique (TIE). Notre innovation principale a été d’implémenter des techniques d’apprentissage par réseau de neurones artificiels afin de reconstruire l’information sans utiliser les techniques analytiques d’inversion de matrice coûteuse en temps de calcul. De plus, nous montrons que l’utilisation de réseaux de neurones artificiels permet d’avoir un système beaucoup plus biomimétique, indispensable pour comprendre la perception du toucher chez l’être humain.Nous avons ensuite abordé le problème de l’intégration des informations tactiles et motrices. Après avoir recouvert un bras manipulateur avec la peau artificielle, nous avons fait apprendre un réseau de neurones son schéma corporel et adapter sa compliance par retour tactile. Le fonctionnement du moteur est basé sur le contrôle par admittance du bras robotique. Des expériences montrent que les réseaux de neurones peuvent contrôler l’interaction adaptative entre le bras du robot avec une personne grâce à l’estimation du couple appris selon la position où la force tactile avait été appliquée lors de la phase d’apprentissage.Enfin, nous nous sommes intéressées à la problématique de la représentation du corps au niveau neuronal, comment les êtres humains perçoivent leur propre corps à travers tous les sens (visuel, tactile et proprioceptif). Nous avons proposé un modèle biologique au niveau du cortex pariétal qui s’appuie sur l’intégration de multiples rétroactions sensorielles du corps du robot (son bras) et sur la synchronisation des rétroactions visuelles et proprioceptives. Nos résultats montrent l’apprentissage d’une image corporelle et l’espace péri-personnel avec l’émergence de neurones qui codent une information spatiale visuo-tactile relative au déplacement du bras et centrée soit sur le bras robotique soit centrée sur l’objet. / The touch perception is considered as one of the crucial senses to be recreated in a robot so that it could generate a more flexible and agile behavior. For instance, grasping an object, as well as touch or be touched by a person. Although modern touch sensors are still very limited compared to the human skin, combined with vision and proprioception, the development of new sensors similar to human skin could multiply the robot’s capacity to interact directly and safely with a person, as well as to share his or her physical and social environment.Unlike human skin, the main touch sensors used in modern robotics are only capable of detecting the pressure and weight variations on small batches of surface. Moreover, they are often quite stiff and do not have the elastic deformation capacity intrinsic to the human skin. The purpose of this thesis is to develop a touch interface close to "artificial skin" in terms of the covered area (which can reach several square decimeters) and localization of the contact points (several dozen millinewtons). Two main aspects have been developed: (i) the engineering aspect including the development of an artificial skin prototype for a humanoid robot designed to impart a tactile perception, and (ii) the cognitive aspect that is based on the integration of multiple sensory feedbacks (tactile, visual, proprioceptive) in order to conceive a robot that can physically interact with people.The developed tactile prototype is based on the reconstruction of the electric field on the surface of a conductive material, following the principle of Electrical Impedance Tomography (EIT). Our main innovation was to implement the neural network learning techniques to reconstruct the information without using the inverse matrix analytical techniques which imply time consuming computation. Moreover, we show that the application of artificial neural networks allows to obtain a much more biomimetic system, essential to understand the perception of the human touch.Then, we addressed the issue of integrating tactile and motor information. After having covered a manipulator arm with artificial skin, we have learn a neural network its body schema and enables it to adjust its compliance with tactile feedback. The functioning of the motor is based on the admittance control of the robot arm. Experiments show that neural networks can control the adaptive interaction between the robot arm and a human being by estimating the torque perceived according to the position where the touch force had been applied during the learning phase.Finally, we turned our attention to the issue of the body representation at the neuronal level, namely, how human beings perceive their own body through all their senses (visual, tactile, and proprioceptive). We have proposed a biological model in the parietal cortex, which is based on the integration of multiple sensory feedbacks from the robot’s body (its arm) and on the synchronization of visual and proprioceptive feedback. Our results show the capacity to perceive the body image with the emergence of neurons that encode a spatial visual-tactile information of the arm movement and is centered on either the robotic arm or on the object.

Les travaux de thèse sont axés sur le développement de nouvelles techniques de caractérisation basées sur la variation de la réponse d’un résonateur, réponse modifiée par les propriétés diélectriques ou métalliques d’un matériau sous test. La première méthode utilise la microscopie microonde en champ proche pour la caractérisation résonante et non destructive de matériaux diélectriques dans la bande ISM (2,45 GHz).Celle-ci permet de déterminer les propriétés électromagnétiques (permittivité relative, tangente de pertes) des échantillons diélectriques solides de faible volumepar rapport à la longueur d’onde de mesure, et cela sans aucun traitement préalable. La connaissance de ces paramètres est essentielle pour fournir des informations critiques nécessaires pour la conception, la modélisation et la fabrication de circuits microondes. Une deuxième approche vise l’étude et le développement d’un nouveau capteur à base de céramique, économique, sensible, et pouvant s’intégrer dans un système sans fil pour la détection et la caractérisation du degré de corrosion. Ces nouveaux capteurs fournissent des informations sur l'état de l'équipement opérationnel d’une structure cible afin d'assurer la sécurité de cette dernière et par conséquent celle de leurs utilisateurs. Pour ces deux axes d’études, des simulations sur des logiciels de calcul électromagnétique ont été effectuées puis validées par des mesures expérimentales. / This Ph. D thesis focuses on the development of new characterization techniques of dielectric and metallic materials in the ISM band (2.45 GHz). The first proposed method is based on non-destructive near field microave microscopy. This technique allows the determination of the electromagnetic properties (permittivity, loss tangent) of solid dielectric samples of small volume without prior treatment. The knowledge of these parameters is essential to provide critical information needed for accurately designing, modeling and manufacturing microwave circuits. A second study focuses on the development of a new, ceramic based, sensitive and economic sensor that can be integrated in a wireless system for the detection and characterization of the corrosion evolution. These new sensors provide information about the state of the operational equipment of the target structure in order to ensure the safety of these structures and therefore that of their users. In these two studies, simulations on electromagnetic calculation software have been performed and validated by experimental measurements.

Une recherche bibliographique a permis de faire un état de l'art, d'une part des différents principespermettant de détecter le givre et d'autre part de l'application de matériaux magnétostrictifs à la mesure defaibles masses. La faisabilité et l’applicabilité de certains alliages amorphes et nanocristallins à la réalisationde capteurs de givre ont été démontrées.Suite à cet état de l'art, le principe de détection par résonateur magnétostrictif qui a été retenu, a faitl'objet d'une étude approfondie aboutissant à l'établissement d'un nouveau modèle analytique complet desrésonateurs magnétostrictifs sous forme de ruban. L'intérêt principal de ce modèle est la prise en compte depertes mécaniques et l'expression finale contenant la fonction de transfert complète entre les entrées et sortiesélectriques. Ainsi, la réponse en fréquence du modèle est vraiment similaire aux réponses expérimentales. Deplus, il apporte une explication aux retournements observés, pour certains harmoniques entre les fréquencesde résonance et d'antirésonance, pour lesquels l’origine n’avait pu être clairement identifiée.La mise en œuvre de ce nouveau modèle pour la caractérisation de rubans amorphes a montré qu'ilest possible de déterminer le coefficient de couplage à partir de la réponse en fréquence ainsi que le moduled'Young ou l'amortissement. On a donc pu tracer pour des rubans de 2605SC et 2826MB les évolutions avecle champ de polarisation des paramètres du résonateur. De l'évolution de ces paramètres, il est possible dereconstruire les courbes de magnétostriction d'un ruban, ce qui constitue actuellement une méthode decaractérisation.La mise en œuvre d'un prototype a permis de détecter du givre et ainsi de confirmer la faisabilité dela détection de givrage par ce moyen, mais les essais préliminaires qui sont très prometteurs n’ont puapporter une réponse quantitative du capteur soumis à un dépôt de givre. Des mesures utilisant des enceintesde givrage contrôlées en température et en hygrométrie constituent une première perspective. Par ailleurs, lesrésultats présentés dans ce manuscrit s’avèrent une bonne base pour la valorisation de ces travaux,notamment pour la réalisation d’un prototype de capteur, son conditionnement et sa mise en œuvre dans devraies conditions de givrage. / A review of literature allowed first to a state of the art of the different routes to detect the ice on theone hand and of the use of magnetostrictive materials to measure small masses. Both the feasibility andapplicability of metglasses and nanocrystalline alloys to frost resonating sensors have been clearlyestablished.The principle of magnetostrictive sensing resonator was developed and a new comprehensiveanalytical model of ribbonshaped magnetostrictive resonators was successfully achieved. The present modelincludes mechanical losses and the final expression contains the complete transfer function between the inputand output powers. Thus, the predicted frequency response of the model fairly fits to the experimental one.In addition, it clearly explains henceforth the reversals of some harmonic frequencies which occur from theresonance and antiresonance phenomena.The implementation of this new model for the characterization of amorphous ribbons showed thusthat it is now possible to well estimate the coupling coefficient from the frequency response and the Young'smodulus or damping. So we could draw developments with the bias field parameters of the resonator for2826MB and 2605SC amorphous ribbons. The evolution of these parameters allows the magnetostrictioncurves to be well established, that consists in a new characterization method.The implementation of a first prototype permits to detect frost, confirming thus the feasibility ofdetecting icing this way, but these promising preliminary tests could not bring quantitative data to model thefrost deposition on a resonating sensor. Measurements using pregnant icing controlled temperature andhumidity are a first perspective. Finally, it is important to emphasize that the present results appear as a goodsupport for the valorization of this study, especially to elaborate of a prototype sensor based onmagnetostrictive ribbons, its packaging and its implementation in in situ icing conditions.

La problématique de cette thèse est l’amélioration de la fiabilité des systèmes électroniques encapsulés, concernant l’herméticité et les perturbations causées par les infiltrations d’humidité. Le travail consiste en l’étude d’un capteur pour mesurer in situ le taux d’humidité dans les cavités des systèmes encapsulés. Comparativement aux actuelles techniques d’évaluation de l’herméticité, l’intérêt du dispositif réside dans la généralisation du test à chaque cavité, le contrôle de l’atmosphère de la cavité sur une longue période d’utilisation, et la correction automatique de la dérive occasionnée (packaging intelligent). Deux structures en Si poreux (SP) ont été étudiées pour réaliser des capteurs, et ont d’abord été caractérisées d’un point de vue morphologique. Les deux couches ont la même porosité de 45 %. Les mesures de sorption d’azote appliquées aux théories BET et BJH ont montré que SP1 et SP2 présentaient respectivement des surfaces spécifiques de 330 et 223 m²/g, et des diamètres poreux moyens de 4,3 et 5.5 nm. Une nouvelle méthode de caractérisation basée sur le traitement d’image de surface de Si poreux est présentée. La méthode permet d’estimer les distributions de taille de pore (DTP), porosité, surface spécifique et fraction volumique d’oxyde. Elle est validée par la cohérence des résultats obtenus, comparés à ceux donnés par les théories de sorption. Outre le caractère complet de l’analyse, les avantages de cette méthode sont sa simplicité de mise en œuvre, sa non restriction à une gamme de taille de pores, et l’absence d’hypothèse mathématique sur l’estimation de la DTP. Les tests électriques ont montré que SP1 présentait une résistance supérieure à SP2 et que le capteur basé sur SP1 présentait une plus grande sensibilité vis-à-vis de la prise d’humidité : -90 % entre 0 et 80 % d’humidité relative. La spécificité du transport électrique dans les structures étudiées a été mise en évidence expérimentalement, conduisant à l’hypothèse d’une barrière de potentiels à l’interface Si - Si poreux. La plus grande résistance présentée par SP1 a été explicitée par sa plus grande fraction volumique d’oxyde, ainsi que les effets plus prononcés de confinement quantique et de déplétion de surface. L’utilité d’un capteur d’humidité in situ en Si poreux pour l’herméticité des systems in package a été démontrée par les résultats expérimentaux d’un prototype. / This work deals with the improvement of reliability of packaged electronic devices, concerning the hermeticity and the disturbances caused by moisture infiltration. As an analysis method of sealing quality of Systems in Package (SiP), a study of humidity sensors for in situ moisture level evaluation of SiP microcavities is presented. Compared to others analysis methods, the interest of the present one is its global utility for all manufactured chips, the capability to monitor the cavities atmosphere over a long period, and the possibility of automatic drifts correction. Two porous silicon (PS) based structures have been studied to make sensors. First we performed morphological analyses of PS layers. Both have a porosity of 45 %. Nitrogen sorption measurements applied to BET and BJH theories showed that PS1 and PS2 respectively present specific areas of 330 and 223 m²/g and mean pore diameters of 4.3 and 5.5 nm. A new analysis method based on processing of PS surface images is presented. It allows the estimation of pore size distribution (PSD), porosity, specific area, and volumic oxide ratio. The method has been validated by the closeness between its results and sorption theories results. In addition to the method’s completeness, it presents several advantages such as easy-to-use application, no restriction on PSD range, and no computing hypothesis on PSD evaluation. Electrical measurements showed that PS1 resistance is higher than PS2 resistance, and that sensitivity of PS1 based sensors exposed to moisture variation is superior: -90 % from 0 to 80 % relative humidity. Specificity of carriers transport in PS structures has been experimentally underlined; leading to the hypothesis of a potential barrier between PS and non porous Si. Higher resistance has been explained by the higher volumic oxide ratio of PS1, and the more developed quantum confinement and depletion surface effects. Utility of such in situ PS moisture sensor for SiP hermeticity has been demonstrated by preliminary experimental results.

Ce travail de thèse concerne l’étude des propriétés électrochimiques des fibres de nanotubes de carbone (NTC). D’une part, nous nous sommes intéressés à leurs caractéristiques en tant que nouveau capteur analytique. Pour cela, une procédure de fabrication de microélectrodes au comportement stable et reproductible a été mise en place. Puis leur comportement analytique intrinsèque fut caractérisé avant de procéder à des modifications de surface pour les rendre plus sélectives. D’autres part, nous nous sommes intéressés aux propriétés électromécaniques des fibres de NTC, soit leur comportement en tant qu’actionneur électrochimique capable de générer une déformation mécanique en réponse à une injection de charge électrique. Nous avons caractérisé leurs performances en terme de contrainte et déformation mécanique générée. Des voies d’optimisation ont été investies. Enfin, nous montrons l’influence que peut avoir l’alignement des NTC au sein de la fibre sur leur propriétés. Ces premières investigations électrochimiques concernant les fibres de NTC, ouvrent de nombreuses voies d’applications prometteuses vers des systèmes analytiques (capteurs, biocapteurs) mais aussi mécaniques (robots, outils chirurgicaux, muscle artificiel) performants et fiables. / This thesis deals with the study of the electrochemical properties of carbon nanotube (CNT) fibers. On the one hand, we have characterized this material as new analytical sensors. With respect to this, a fabrication procedure to obtain stable and reproducible microelectrodes has been elaborated. Their analytical performance has been characterized with and without surface modification in order to emphasize their selectivity. On the other hand, we have studied the electromechanical properties of CNT fibers in the context of electrochemical actuators that can convert electrical into mechanical . The performances has been characterized in term of generated strain and stress. Possible ways of optimization have been investigated. Finally, we demonstrate the influence of the CNT orientation on the fiber properties. This first study on electrochemical properties of CNT fibers opens various promising applications regarding reliable and efficient analytical tools (sensors, biosensors) and mechanical devices (robots, microchirurgical tools, artificial muscle).

La gestion incorrecte des eaux usées peut entraîner des dommages importants sur les stations de traitement et sur le récepteur final (écosystème aquatique). Dans le passé, la gestion des eaux usées n'a pas retenu beaucoup d'attention de la part des différentes parties prenantes. Toutefois, récemment, le changement de modèle de gestion des eaux usées et des eaux pluviales, a évolué du simple contrôle sanitaire et des inondations, à une protection globale de l'environnement. Un aspect très important, dans la politique de gestion des systèmes d'assainissement, est de détecter et d'éliminer une intrusion illicite, qui peut être intentionnelle. Ce travail thèse de doctorat est constitué de deux parties principales. Dans la première partie les problèmes relatifs à l'identification d'une intrusion illicite dans un système d'assainissement ont été abordés, proposant une méthodologie d'identification de la source (IS). Dans la deuxième partie, différentes méthodologies innovantes ont été proposées pour trouver l'emplacement optimal d'un nombre limité de capteurs dans le système d'assainissement. Dans cette thèse, le ISest résolu grâce à un modèle de simulation-optimisation, combinant l'outil de simulation Storm Water Management Model (SWMM) avec un code d'optimisation basé sur un algorithme génétique (Galib). Ceci nécessite des mesures en ligne de certains capteurs placés sur le réseau. Le SWMM ne possède pas l'outil de programmation. Afin d'intégrer le simulateur SWMM à la méthodologie de IS automatisé proposée, un outil ad-hoc a été développé. Une procédure de présélection, basée sur le concept de la matrice de la pollution et compte tenu de la topologie des égouts, a été mis en œuvre pour réduire l'effort de calcul. La méthodologie IS a été testée sur deux réseaux différents. L'un est un réseau connu dans la littérature, extrait du manuel de SWMM, tandis que l'autre réseau est un sous-bassin versant du réseau d'assainissement de Massa Lubrense, village situé près de Naples, en Italie. Les résultats montrent que les procédures de présélection réduisent considérablement l'effort de calcul, avec un rôle crucial pour les grands systèmes. En enquêtant sur la performance de la méthodologie IS, sa sensibilité par rapport aux paramètres de l'algorithme génétique a été vérifiée. En outre, l'influence de l'incertitude des flux entrés et des erreurs de mesure sur les résultats ont été approfondi. Un autre problème fondamental, associé à la surveillance de la qualité de l'eau des égouts, est le placement optimal d'un nombre limité de capteurs pour la détection précoce d'une source illicite. Dans la thèse l'emplacement du capteur est exprimé avec un problème d'optimisation mono ou multi-objectif. Le SWMM est utilisé pour extraire les données de qualité de l'eau. Différentes formulations ont été proposées et testées. Tout d'abord, la Théorie de l'Information (TI) basée sur la méthodologie d'optimisation multi-objectif est présentée. La TI considère deux objectifs : l'entropie conjointe, le contenu de l'information dans un ensemble de capteurs, qui est maintenu aussi haut que possible ; la corrélation totale, une mesure de la redondance, qui est maintenue aussi faible que possible. Dans la seconde approche multi-objectifs le temps de détection doit être minimisé et la fiabilité qui doit être maximisée. Les deux cas, les problèmes multi-objectifs sont résolues en utilisant l'algorithme Non-Dominating Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II). Comme troisième alternative, un outil d'optimisation mono-objectif (Greedy) a été testé. Les objectifs précédemment considérées sont utilisés avec différentes combinaisons. Le réseau d'assainissement de Massa Lubrense a été utilisé pour tester les performances des différentes procédures proposées. Une comparaison normalisée entre toutes les approches montre que l'approche basée sur Greedy pourrait être une alternative pratique pour l'optimisation des emplacements de capteurs dans les systèmes d'assainissement / Improper wastewater management could result in significant damage to the treatment plants and the final recipient aquatic ecosystem. In the past, wastewater management did not get much attention from different stakeholders. However, recently a paradigm shift of wastewater and storm water management is evolving from a simple sanitary and flood control, respectively, to a whole environmental protection function. A very important aspect of the sewer systems management policy is to detect and eliminate an illicit intrusion. This PhD research is consisting of two main pillars. In the first pillar, the issues regarding the identification of an illicit intrusion in a sewer system have been addressed, proposing a source identification (SI) methodology. In the second pillar, different innovative methodologies have been proposed to find the optimal placement of a limited number of sensors in the sewer system. In the thesis, the SI is solved through a simulation-optimization model, combining the hydraulic and quality simulation tool Storm Water Management Model (SWMM) with a genetic algorithm code (GALib) as an optimizer. It requires online measurements from some sensors placed on the network. The SWMM does not have the programmer's toolkit. To integrate the SWMM simulator with the proposed automated SI methodology, an ad-hoc toolkit has been developed. A pre-screening procedure, based on the pollution matrix concept and considering the topology of sewers, has been implemented to reduce the computational effort. The SI methodology has been tested on two different networks. One is a literature network taken from the SWMM example manual while the other is one sub-catchment of the real sewer network of Massa Lubrense, a town located near Naples, Italy. The results show that the pre-screening procedure reduces the computational effort significantly, and it has a crucial role in large systems. In investigating the performances of the SI methodology, its sensitivity respect to the genetic algorithm parameters has been verified. Moreover, the influence of the uncertainty of the inflows values and the measurement errors on the results have been investigated. Another core problem associated with the water quality monitoring of sewers is represented by the optimal placement of a limited number of sensors for the early detection of an illicit source. In the thesis, the sensor location is expressed as a single or multi-objective optimization problem and the SWMM is used to extract the water quality data. Different formulations have been proposed and tested. First, an Information Theory (IT) based multi-objective optimization methodology is presented. The IT approach considers two objectives: the Joint entropy, the information content of a set of sensors, which is kept as high as possible; the Total correlation, a measure of redundancy, which is kept as low as possible. In the second multi-objective approach Detection time, to be minimized, and Reliability, to be maximized, are considered. In both cases, the multi-objective problems are solved using the Non-Dominating Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II). As a third alternative, a single objective Greedy based optimization tool has been tested. The previously considered objectives are also used with different combinations. The Massa Lubrense sewer network is used to test the performances of various proposed procedures. A normalized comparison among all approaches shows that the Greedy based approach could be a handy alternative for optimizing the sensor locations in sewer systems

Les jardins zoologiques évoluent dans une industrie touristique compétitive. Afin d’assurer leur pérennité, ils doivent offrir un produit qui satisfait les besoins et les attentes des clients dans le but de les fidéliser. Pour ce faire, ils peuvent utiliser des outils issus de la discipline de l’intelligence d’affaires et de l’intelligence géospatiale pour sonder les clients à propos de leur expérience lors de leur visite et sur la façon qu’ils se déplacent sur le site afin d’adapter leur produit aux comportements des clients. En plus de la fidélisation, les jardins zoologiques comptent beaucoup sur les dépenses que les clients effectuent sur le site pour augmenter leurs revenus. L’objectif principal de cette étude était de trouver les facteurs clés qui permettent d’améliorer la performance organisationnelle des jardins zoologiques de par une meilleure compréhension des enjeux sociocomportementaux et spatialisés des clients. Un autre objectif était d’évaluer si une méthode par détection des appareils mobiles des visiteurs d’un site touristique à ciel ouvert s’avérait efficace pour analyser leurs comportements spatiotemporels. Les variables du plaisir et du niveau de satisfaction ont été mesurées pour explorer leurs impacts sur la fidélisation de la clientèle d’un jardin zoologique. Les variables du plaisir et de la durée de la visite ont été mesurées pour explorer si elles avaient une influence sur le niveau de dépenses des visiteurs. Le site du Parc Safari dans la province de Québec a été utilisé comme terrain d’étude. En tout, 47 entrevues semi-structurés ont été effectuées lors de la saison estivale 2017. Afin d’étudier les déplacements des visiteurs, 7 capteurs de données WiFi ont été répartis sur le site pour détecter les signaux des appareils mobiles des visiteurs. Une approche qualitative a été utilisée pour analyser les résultats de l’étude. Nous avons découvert que les attractions qui offrent une belle proximité avec les animaux ou qui sont dédiées à l’amusement des enfants sont celles qui ont été mentionnées le plus souvent par les clients satisfaits et fidèles. La durée de la visite n’a pas semblée avoir d’influence sur le niveau de dépenses des clients. Les données géospatiales recueillies nous ont permis de mesurer l’achalandage des attractions et leurs heures de pointe, malgré les limitations observées de la méthode de collecte de données par détections d’appareils mobiles. Les résultats des entrevues et des capteurs WiFi nous ont permis de mieux comprendre les liens entre les variables apparaissant importants à prendre en compte pour favoriser une évolution positive des jardins zoologiques. De plus, la présente recherche fournit des recommandations pratiques pour les dirigeants de jardins zoologiques qui les aideront à améliorer leur performance organisationnelle.

Le transport routier est responsable de la production de la majeure partie des oxydes d’azote (NOx) émis dans l’atmosphère. La majorité de cette pollution est donc concentrée dans des zones très urbanisées. L’exposition permanente aux gaz d’échappement a des conséquences graves pour la santé humaine et pour cela, des normes d’émission de plus en plus strictes sont mises en place. Les technologies post-Traitement embarquées dans les pots d’échappement sont de plus en plus complexes et nécessitent un control continu de la composition gazeuse. Les conditions sérères de ce milieu requièrent le développement de capteurs de gaz robustes et de longue durée de vie. Dans ce travail, nous présentons la procédure de fabrication et la caractérisation d’un capteur électrochimique à trois électrodes pouvant satisfaire les exigences d’une application industrielle dans le domaine automobile. La technologie de sérigraphie utilisée a l’avantage d’être facilement transférable dans l’industrie pour une production de masse bas cout.Le principe de fonctionnement du capteur est basé sur la polarisation galvanostatique de l’électrode sensible permettant une détection sélective de NO2 sans interférence avec d’autres gaz comme CO et NO. De plus, afin d’augmenter la stabilité du capteur, de diminuer les temps de réponse et de recouvrement, un nouveau matériau d’électrode composite à base d’or a été développé.Enfin, la réduction électrochimique de l’oxygène sur l’or et sur des électrodes composite a été étudiée, afin de proposer un mécanisme de détection de NO2 / Road transport is one of the main sources of NOx emitted into the atmosphere. The majority of this pollution is concentrated in urbanized areas. The permanent exposure to the exhaust gases has serious consequences for human health and for that, emission standards become more stringent. The modern technologies present in automotive need the continuous control of the exhaust composition. The variations of temperature, composition of exhaust gas, vibrations and other factors require long life robust control systems. In this work, we present the procedure of fabrication and characterization of an electrochemical sensor with three electrodes that can fulfill the demands of industrial applications in automotive industry. Manufacturing by screen-Printing technology allows producing low-Cost sensor with high reproducibility in industrial process.The principle of our sensor is based on galvanostatic polarization of a gold sensing electrode allowing the selective detection of NO2 without interference to other gases such as CO and NO. In order to increase stability, and to decrease the response and recovery time of the sensor, a new Au composite sensitive electrode was developed. The electrochemical reduction of oxygen on gold and gold-Based electrodes was then studied, to propose a detailed mechanism of NO2 detection.