La qualité des sources d'eau potable est progressivement affectée par des pressions naturelles et anthropiques. Pour réduire les effets de ces pressions sur la production d'eau potable, les municipalités doivent intensifier leurs efforts de surveillance spatiale et temporelle de la qualité des sources d'eau et améliorer le traitement de l'eau. Les températures des cours d'eau et les précipitations changent en raison des changements climatiques et de la variabilité des patrons météorologiques. Les pluies peuvent entraîner des changements rapides de la qualité de l'eau brute des usines de traitement d'eau (UTE) en raison du transport des contaminants qui résulte de l'écoulement des eaux de pluie dans les bassins versants. Pendant ces événements pluvieux, des paramètres cruciaux de la qualité de l'eau brute pour les opérations du traitement de l'eau, tels que la turbidité et la teneur en matière organique naturelle (MON), peuvent varier considérablement. Ces changements dans la qualité de l'eau brute nécessitent des modifications opérationnelles du traitement de l'eau, telles que des ajustements des doses de coagulants et de désinfectants pour maintenir la qualité de l'eau traitée. Le délai entre un évènement de pluie et la variation de la qualité de l'eau à l'entrée de l'UTE que cela induit, et les temps de réaction à ces évènements avec les approches traditionnelles, augmentent les risques de moins bonnes performances de traitement de l'eau. Le premier objectif de cette thèse est de développer des modèles pour prévoir les variations de la qualité de l'eau brute, particulièrement après des événements de pluie, en se basant sur des données hydrologiques et météorologiques. L'autre objectif est de développer des modèles pour prédire la qualité de l'eau traitée à l'UTE en fonction des conditions de traitement de l'eau et de la qualité de l'eau brute. La thèse comprend six chapitres qui présentent l'état de l'art sur le sujet, les méthodologies et les procédures proposées pour la modélisation, et la démarche utilisée pour le développement et l'application des modèles pour des cas réels en utilisant des données météorologiques, hydrologiques, et de la qualité de l'eau brute alimentant des UTE. Une revue critique de la littérature a permis d'identifier les lacunes concernant les connaissances en matière de modélisation et de prédiction de la qualité de l'eau brute à des fins de traitement de l'eau. Pour combler ces lacunes, une méthodologie a été proposée pour calculer les décalages temporels globaux entre le moment où une pluie se produit, le moment où le débit d'une rivière réagit, en tant que réponse hydrologique à la pluie, et le moment où les paramètres de qualité de l'eau se dégradent. Différents modèles d'apprentissage automatique simples et d'ensemble ont été développés pour modéliser et prédire des paramètres cruciaux de la qualité de l'eau brute, en utilisant des informations hydrologiques et météorologiques. Les modèles développés ont permis de tester avec succès la méthodologie d'estimation des temps de décalage entre les variables, ainsi que de faire des prédictions des variations de la turbidité et de la MON dans l'eau, en particulier après des événements pluvieux. Globalement, les changements de la qualité de l'eau brute se produisent une demi-journée après les pics de débit de rivière (déclenchés par les évènements pluvieux) pour la turbidité (particules fines) et entre 4 à 6 journées après ces pics, pour l'absorbance UV à 254 nm (MON). Avec ces délais estimés, des variables prédicteurs mieux corrélées avec les paramètres de qualité de l'eau brute (turbidité et UV254) ont été trouvées. Les modèles d'apprentissage automatique ont démontré des bonnes capacités pour prédire la qualité de l'eau brute avec un pas de temps horaire. Ces modèles ont permis de faire des prédictions de qualité de l'eau brute en n'utilisant que des variables hydrologiques et météorologiques. Cette méthodologie ainsi que ces prédictions pourraient faire partie de systèmes d'alerte précoce du genre « évènement de pluie - traitement de l'eau » pour améliorer la gestion de la qualité de l'eau potable dès le bassin-versant. Finalement, en utilisant les capacités prédictives des algorithmes d'apprentissage automatique simples et d'ensemble, des modèles de prédiction du pH de coagulation, de l'UV à l'eau filtrée et de l'abattement de l'UV ont été développés. Ces modèles pourraient permettre aux opérateurs d'évaluer virtuellement et rapidement les performances de différentes conditions d'opération. Ces outils de modélisation ouvrent ainsi la porte à une mise en œuvre future de modèles prédictifs de doses de coagulants, en utilisant des informations sur la qualité de l'eau brute et les objectifs de traitement de l'UTE. / The quality of drinking water sources is progressively affected by natural and anthropogenic pressures. To evaluate and reduce these pressures, increased efforts are required by municipalities for spatio-temporal monitoring and surveillance of water quality and water treatment operation. Trends in temperatures and precipitation patterns are changing as a result of climate change and the variability of meteorological characteristics. Rainfall leads to rapid changes in raw water quality due to rainfall-runoff processes in watersheds. During these events, key parameters of raw water quality for drinking water treatment, such as turbidity and natural organic matter (NOM), can vary considerably. These types of changes in raw water quality require modifications in water treatment operations, such as adjustments in coagulant and disinfectant dosages, to maintain the production of safe treated water. In addition, operators of drinking water treatment plants (DWTPs) have to deal with temporal delays between the occurrence of a rainfall event and the moment when raw water quality begins to change, as well as delays between the moment they become aware of such changes and the moment when corrective actions are implemented. The objective of this thesis is to develop models to predict variations in raw water quality during and after rainfall events and to predict water treatment performances, based on hydrological and meteorological data at watershed scale, and data from raw water quality, and operational parameters of the DWTP. The thesis consists of six chapters which present the state of the art on the subject, the methodologies and procedures proposed for modeling, and the approach for the development and application of models for real cases. A critical review of the literature allowed for the identification of gaps in the knowledge regarding modeling and prediction of raw water quality for treatment purposes. To fill these gaps, a methodology was proposed to calculate the overall lag times between the occurrence of rainfall, represented by rainfall time series, the moment when the river flow reacts as a hydrological response to rainfall, represented by river flow rate time series, and the moment when water quality parameters change. Several simple and ensemble machine learning models were developed to predict key parameters of raw water quality, using hydrological and meteorological information. The developed models allowed testing the lag time estimation methodology between variables especially after rainfall events. Globally, raw water quality changes are produced half-day after river flow peaks (triggered by rainfall events) for turbidity (representing particles) and between 4 to 6 days after, for UV absorbance at 254 nm (representing NOM). This methodology and these calculated time-lags allow to find best correlated predictor variables with raw water quality variables (turbidity and UV254). Machine learning models show optimal capabilities for predicting raw water quality variables with an hourly time step. Moreover, these models showed skills for predicting raw water quality variables using only hydrological and meteorological information. This methodology and the predictions could be a part of a special kind of early warning system (EWS) called, Weather Event - Water Treatment, to enhance drinking water management starting in the watershed. Finally, by using the predictive capabilities of simple and ensemble machine learning algorithms, prediction models for coagulation pH, UV in filtered water, and UV reduction have been developed. Modeling coagulation pH and treatment efficiency, like the NOM removal measured in filtered water, may enable operators of DWTP to virtually and quickly assess the performance of different operating conditions. This opens the opportunities for future implementation of predictive models for coagulant dosages, using information on raw water quality and treatment objectives of DWTP.

L'objectif de cette thèse est de développer des outils d'analyse de données recueillies sur les deux roues motorisés (2RMs). Dans ce cadre, des expérimentations sont menées sur des motos instrumentés dans un contexte de conduite réelle incluant à la fois des conduites normales dites naturelles et des conduites à risques (presque chute et chute). Dans la première partie de la thèse, des méthodes d'apprentissage supervisé ont été utilisées pour la classification de situations de conduite d'un 2RM. Les approches développées dans ce contexte ont montré l'intérêt de prendre en compte l'aspect temporel des données dans la conduite d'un 2RM. A cet effet, nous avons montré l'efficacité des modèles de Markov cachés. La seconde partie de cette thèse porte sur le développement d'outils de détection et de classification hors ligne des évènements critiques de conduite, ainsi que, la détection en ligne des situations de chute d'un 2RM. L'approche proposée pour la détection hors ligne des évènements critiques de conduite repose sur l'utilisation d'un modèle de mélange de densités gaussiennes à proportions logistiques. Ce modèle sert à la segmentation non supervisée des séquences de conduite. Des caractéristiques extraites du paramètre du modèle de mélange sont utilisées comme entrées d'un classifieur pour classifier les évènements critiques. Pour la détection en ligne de chute, une méthode simple de détection séquentielle d'anomalies basée sur la carte de contrôle MCUSUM a été proposée. Les résultats obtenus sur une base de données réelle ont permis de montrer l'efficacité des méthodologies proposées à la fois pour la classification de situations de conduite et à la détection des évènements critiques de conduite / This thesis aims to develop framework tools for analyzing and understanding the riding of Powered Two Wheelers (PTW). Experiments are conducted using instrumented PTW in real context including both normal (naturalistic) riding behaviors and critical riding behaviors (near fall and fall). The two objectives of this thesis are the riding patterns classification and critical riding events detection. In the first part of this thesis, a machine-learning framework is used for riding pattern recognition problem. Therefore, this problem is formulated as a classification task to identify the class of riding patterns. The approaches developed in this context have shown the interest to take into account the temporal aspect of the data in PTW riding. Moreover, we have shown the effectiveness of hidden Markov models for such problem. The second part of this thesis focuses on the development of the off-line detection and classification of critical riding events tools and the on-line fall detection. The problem of detection and classification of critical riding events has been performed towards two steps: (1) the segmentation step, where the multidimensional time of data were modeled and segmented by using a mixture model with quadratic logistic proportions; (2) the classification step, which consists in using a pattern recognition algorithm in order to assign each event by its extracted features to one of the three classes namely Fall, near Fall and Naturalistic riding. Regarding the fall detection problem, it is formulated as a sequential anomaly detection problem. The Multivariate CUmulative SUM (MCUSUM) control chart was applied on the data collected from sensors mounted on the motorcycle. The obtained results on a real database have shown the effectiveness of the proposed methodology for both riding pattern recognition and critical riding events detection problems

Les chutes chez les personnes âgées représentent un problème majeur. Il n’est donc pas étonnant que l’identification des facteurs qui en accroissent le risque ait mobilisé autant d’attention. Les aînés plus fragiles ayant besoin de soutien pour vivre dans la communauté sont néanmoins demeurés le parent pauvre de la recherche, bien que, plus récemment, les autorités québécoises en aient fait une cible d’intervention prioritaire. Les études d’observation prospectives sont particulièrement indiquées pour étudier les facteurs de risque de chutes chez les personnes âgées. Leur identification optimale est cependant compliquée par le fait que l’exposition aux facteurs de risque peut varier au cours du suivi et qu’un même individu peut subir plus d’un événement. Il y a 20 ans, des chercheurs ont tenté de sensibiliser leurs homologues à cet égard, mais leurs efforts sont demeurés vains. On continue aujourd’hui à faire peu de cas de ces considérations, se concentrant sur la proportion des personnes ayant fait une chute ou sur le temps écoulé jusqu’à la première chute. On écarte du coup une quantité importante d’information pertinente. Dans cette thèse, nous examinons les méthodes en usage et nous proposons une extension du modèle de risques de Cox. Nous illustrons cette méthode par une étude des facteurs de risque susceptibles d’être associés à des chutes parmi un groupe de 959 personnes âgées ayant eu recours aux services publics de soutien à domicile. Nous comparons les résultats obtenus avec la méthode de Wei, Lin et Weissfeld à ceux obtenus avec d’autres méthodes, dont la régression logistique conventionnelle, la régression logistique groupée, la régression binomiale négative et la régression d’Andersen et Gill. L’investigation est caractérisée par des prises de mesures répétées des facteurs de risque au domicile des participants et par des relances téléphoniques mensuelles visant à documenter la survenue des chutes. Les facteurs d’exposition étudiés, qu’ils soient fixes ou variables dans le temps, comprennent les caractéristiques sociodémographiques, l’indice de masse corporelle, le risque nutritionnel, la consommation d’alcool, les dangers de l’environnement domiciliaire, la démarche et l’équilibre, et la consommation de médicaments. La quasi-totalité (99,6 %) des usagers présentaient au moins un facteur à haut risque. L’exposition à des risques multiples était répandue, avec une moyenne de 2,7 facteurs à haut risque distincts par participant. Les facteurs statistiquement associés au risque de chutes incluent le sexe masculin, les tranches d’âge inférieures, l’histoire de chutes antérieures, un bas score à l’échelle d’équilibre de Berg, un faible indice de masse corporelle, la consommation de médicaments de type benzodiazépine, le nombre de dangers présents au domicile et le fait de vivre dans une résidence privée pour personnes âgées. Nos résultats révèlent cependant que les méthodes courantes d’analyse des facteurs de risque de chutes – et, dans certains cas, de chutes nécessitant un recours médical – créent des biais appréciables. Les biais pour les mesures d’association considérées proviennent de la manière dont l’exposition et le résultat sont mesurés et définis de même que de la manière dont les méthodes statistiques d’analyse en tiennent compte. Une dernière partie, tout aussi innovante que distincte de par la nature des outils statistiques utilisés, complète l’ouvrage. Nous y identifions des profils d’aînés à risque de devenir des chuteurs récurrents, soit ceux chez qui au moins deux chutes sont survenues dans les six mois suivant leur évaluation initiale. Une analyse par arbre de régression et de classification couplée à une analyse de survie a révélé l’existence de cinq profils distinctifs, dont le risque relatif varie de 0,7 à 5,1. Vivre dans une résidence pour aînés, avoir des antécédents de chutes multiples ou des troubles de l’équilibre et consommer de l’alcool sont les principaux facteurs associés à une probabilité accrue de chuter précocement et de devenir un chuteur récurrent. Qu’il s’agisse d’activité de dépistage des facteurs de risque de chutes ou de la population ciblée, cette thèse s’inscrit dans une perspective de gain de connaissances sur un thème hautement d’actualité en santé publique. Nous encourageons les chercheurs intéressés par l’identification des facteurs de risque de chutes chez les personnes âgées à recourir à la méthode statistique de Wei, Lin et Weissfeld car elle tient compte des expositions variables dans le temps et des événements récurrents. Davantage de recherches seront par ailleurs nécessaires pour déterminer le choix du meilleur test de dépistage pour un facteur de risque donné chez cette clientèle. / Falls in the elderly represent a major problem. It is therefore not surprising that the identification of factors that may increase the risk of falls has received much attention. Frailer seniors who need support to live in the community remained nonetheless poorly documented, although more recently, the Québec authorities have given high priority to interventions that target this population. Risk factors for falls are usually identified by observational prospective studies. Their optimal identification is however complicated by the fact that exposure may vary during the follow-up, and that an individual may experience more than one event. Twenty years ago, some researchers attempted to sensitize their peers in this respect, but their efforts were vain. Researchers continue today to neglect these considerations and to use improper statistical techniques, focusing on the proportion of fallers or the time to first fall. In doing so, we discard a significant amount of relevant information. In this thesis, we review the existing methods and propose a Cox hazards extension. We apply it in the study of potential fall-risk factors associated with 959 community-dwelling seniors using home-care services. Finally, we compare the results of the proposed Wei, Lin, & Weissfeld (WLW) method with those of several other techniques, notably the conventional logistic regression, the pooled logistic regression, the negative binomial regression and the Andersen & Gill regression. At baseline and every six months thereafter, participants were visited at home in order to ascertain information about potential risk factors. Falls were monitored by use of a calendar and monthly phone calls. Baseline exposure variables and updated time-varying exposures include socio-demographic characteristics, BMI, nutritional risk, gait and balance, alcohol consumption, home hazards, and medications. Almost all (99.6%) of participants showed at least one high risk factor. Exposure to multiple risks was frequent, with an average of 2.7 different high-risk factors per participant. The risk factors significantly associated to the risk of falling include male sex, age, history of falling, Berg balance score, BMI, use of benzodiazepines, number of home hazards and residential facility for seniors. Results demonstrate that the usual methods of analyzing risk factors for falling (any sort of fall as well as those leading to medical consultations) are inappropriate, as they produce considerable biases relative to the WLW model using time-dependent covariates. Bias for the considered effect measures comes from the manner in which the observed data (both measured exposures and health outcomes) was measured and defined as well as the way in which the statistical analysis took into account this information. An additional part of the thesis was undertaken to identify risk profiles of subjects regarding the recurrence of falling, defined as participants who reported at least two falls within six months of initial assessment at entry in the study. A classification and regression tree analysis classified the population into five groups differing in risk of recurrent falling, based on history of falls in the three months prior to the initial interview, Berg balance score, type of housing, and usual alcohol consumption in the six months preceding study entry. The relative risks varied from 0.7 to 5.1. A subsequent survival analysis showed that the length of time before becoming a recurrent faller varies among risk profiles. This thesis discusses highly topical subjects about a target population and a fall-risk screening activity which are priorities in the public health sector in Québec. We encourage researchers interested in the identification of risk of falls among the elderly to use the statistical method of Wei, Lin and Weissfeld because it takes into account updated time-varying exposures and multiple events. More research will be necessary to determine the best screening test for a given risk-factor in this setting and population.

Les chutes chez les personnes âgées représentent un problème important de santé publique. Des études montrent qu’environ 30 % des personnes âgées de 65 ans et plus chutent chaque année au Canada, entraînant des conséquences néfastes sur les plans individuel, familiale et sociale. Face à une telle situation la vidéosurveillance est une solution efficace assurant la sécurité de ces personnes. À ce jour de nombreux systèmes d’assistance de services à la personne existent. Ces dispositifs permettent à la personne âgée de vivre chez elle tout en assurant sa sécurité par le port d'un capteur. Cependant le port du capteur en permanence par le sujet est peu confortable et contraignant. C'est pourquoi la recherche s’est récemment intéressée à l’utilisation de caméras au lieu de capteurs portables. Le but de ce projet est de démontrer que l'utilisation d'un dispositif de vidéosurveillance peut contribuer à la réduction de ce fléau. Dans ce document nous présentons une approche de détection automatique de chute, basée sur une méthode de suivi 3D du sujet en utilisant une caméra de profondeur (Kinect de Microsoft) positionnée à la verticale du sol. Ce suivi est réalisé en utilisant la silhouette extraite en temps réel avec une approche robuste d’extraction de fond 3D basée sur la variation de profondeur des pixels dans la scène. Cette méthode se fondera sur une initialisation par une capture de la scène sans aucun sujet. Une fois la silhouette extraite, les 10% de la silhouette correspondant à la zone la plus haute de la silhouette (la plus proche de l'objectif de la Kinect) sera analysée en temps réel selon la vitesse et la position de son centre de gravité. Ces critères permettront donc après analyse de détecter la chute, puis d'émettre un signal (courrier ou texto) vers l'individu ou à l’autorité en charge de la personne âgée. Cette méthode a été validée à l’aide de plusieurs vidéos de chutes simulées par un cascadeur. La position de la caméra et son information de profondeur réduisent de façon considérable les risques de fausses alarmes de chute. Positionnée verticalement au sol, la caméra permet donc d'analyser la scène et surtout de procéder au suivi de la silhouette sans occultation majeure, qui conduisent dans certains cas à des fausses alertes. En outre les différents critères de détection de chute, sont des caractéristiques fiables pour différencier la chute d'une personne, d'un accroupissement ou d'une position assise. Néanmoins l'angle de vue de la caméra demeure un problème car il n'est pas assez grand pour couvrir une surface conséquente. Une solution à ce dilemme serait de fixer une lentille sur l'objectif de la Kinect permettant l’élargissement de la zone surveillée. / Elderly falls are a major public health problem. Studies show that about 30% of people aged 65 and older fall each year in Canada, with negative consequences on individuals, their families and our society. Faced with such a situation a video surveillance system is an effective solution to ensure the safety of these people. To this day many systems support services to the elderly. These devices allow the elderly to live at home while ensuring their safety by wearing a sensor. However the sensor must be worn at all times by the subject which is uncomfortable and restrictive. This is why research has recently been interested in the use of cameras instead of wearable sensors. The goal of this project is to demonstrate that the use of a video surveillance system can help to reduce this problem. In this thesis we present an approach for automatic detection of falls based on a method for tracking 3D subject using a depth camera (Kinect from Microsoft) positioned vertically to the ground. This monitoring is done using the silhouette extracted in real time with a robust approach for extracting 3D depth based on the depth variation of the pixels in the scene. This method is based on an initial capture the scene without any body. Once extracted, 10% of the silhouette corresponding to the uppermost region (nearest to the Kinect) will be analyzed in real time depending on the speed and the position of its center of gravity . These criteria will be analysed to detect the fall, then a signal (email or SMS) will be transmitted to an individual or to the authority in charge of the elderly. This method was validated using several videos of a stunt simulating falls. The camera position and depth information reduce so considerably the risk of false alarms. Positioned vertically above the ground, the camera makes it possible to analyze the scene especially for tracking the silhouette without major occlusion, which in some cases lead to false alarms. In addition, the various criteria for fall detection, are reliable characteristics for distinguishing the fall of a person, from squatting or sitting. Nevertheless, the angle of the camera remains a problem because it is not large enough to cover a large surface. A solution to this dilemma would be to fix a lens on the objective of the Kinect for the enlargement of the field of view and monitored area.

Les chutes chez les personnes âgées représentent un problème important de santé publique. Des études montrent qu’environ 30 % des personnes âgées de 65 ans et plus chutent chaque année au Canada, entraînant des conséquences néfastes sur les plans individuel, familiale et sociale. Face à une telle situation la vidéosurveillance est une solution efficace assurant la sécurité de ces personnes. À ce jour de nombreux systèmes d’assistance de services à la personne existent. Ces dispositifs permettent à la personne âgée de vivre chez elle tout en assurant sa sécurité par le port d'un capteur. Cependant le port du capteur en permanence par le sujet est peu confortable et contraignant. C'est pourquoi la recherche s’est récemment intéressée à l’utilisation de caméras au lieu de capteurs portables. Le but de ce projet est de démontrer que l'utilisation d'un dispositif de vidéosurveillance peut contribuer à la réduction de ce fléau. Dans ce document nous présentons une approche de détection automatique de chute, basée sur une méthode de suivi 3D du sujet en utilisant une caméra de profondeur (Kinect de Microsoft) positionnée à la verticale du sol. Ce suivi est réalisé en utilisant la silhouette extraite en temps réel avec une approche robuste d’extraction de fond 3D basée sur la variation de profondeur des pixels dans la scène. Cette méthode se fondera sur une initialisation par une capture de la scène sans aucun sujet. Une fois la silhouette extraite, les 10% de la silhouette correspondant à la zone la plus haute de la silhouette (la plus proche de l'objectif de la Kinect) sera analysée en temps réel selon la vitesse et la position de son centre de gravité. Ces critères permettront donc après analyse de détecter la chute, puis d'émettre un signal (courrier ou texto) vers l'individu ou à l’autorité en charge de la personne âgée. Cette méthode a été validée à l’aide de plusieurs vidéos de chutes simulées par un cascadeur. La position de la caméra et son information de profondeur réduisent de façon considérable les risques de fausses alarmes de chute. Positionnée verticalement au sol, la caméra permet donc d'analyser la scène et surtout de procéder au suivi de la silhouette sans occultation majeure, qui conduisent dans certains cas à des fausses alertes. En outre les différents critères de détection de chute, sont des caractéristiques fiables pour différencier la chute d'une personne, d'un accroupissement ou d'une position assise. Néanmoins l'angle de vue de la caméra demeure un problème car il n'est pas assez grand pour couvrir une surface conséquente. Une solution à ce dilemme serait de fixer une lentille sur l'objectif de la Kinect permettant l’élargissement de la zone surveillée. / Elderly falls are a major public health problem. Studies show that about 30% of people aged 65 and older fall each year in Canada, with negative consequences on individuals, their families and our society. Faced with such a situation a video surveillance system is an effective solution to ensure the safety of these people. To this day many systems support services to the elderly. These devices allow the elderly to live at home while ensuring their safety by wearing a sensor. However the sensor must be worn at all times by the subject which is uncomfortable and restrictive. This is why research has recently been interested in the use of cameras instead of wearable sensors. The goal of this project is to demonstrate that the use of a video surveillance system can help to reduce this problem. In this thesis we present an approach for automatic detection of falls based on a method for tracking 3D subject using a depth camera (Kinect from Microsoft) positioned vertically to the ground. This monitoring is done using the silhouette extracted in real time with a robust approach for extracting 3D depth based on the depth variation of the pixels in the scene. This method is based on an initial capture the scene without any body. Once extracted, 10% of the silhouette corresponding to the uppermost region (nearest to the Kinect) will be analyzed in real time depending on the speed and the position of its center of gravity . These criteria will be analysed to detect the fall, then a signal (email or SMS) will be transmitted to an individual or to the authority in charge of the elderly. This method was validated using several videos of a stunt simulating falls. The camera position and depth information reduce so considerably the risk of false alarms. Positioned vertically above the ground, the camera makes it possible to analyze the scene especially for tracking the silhouette without major occlusion, which in some cases lead to false alarms. In addition, the various criteria for fall detection, are reliable characteristics for distinguishing the fall of a person, from squatting or sitting. Nevertheless, the angle of the camera remains a problem because it is not large enough to cover a large surface. A solution to this dilemma would be to fix a lens on the objective of the Kinect for the enlargement of the field of view and monitored area.

Les chutes chez les personnes âgées représentent un problème majeur. Il n’est donc pas étonnant que l’identification des facteurs qui en accroissent le risque ait mobilisé autant d’attention. Les aînés plus fragiles ayant besoin de soutien pour vivre dans la communauté sont néanmoins demeurés le parent pauvre de la recherche, bien que, plus récemment, les autorités québécoises en aient fait une cible d’intervention prioritaire. Les études d’observation prospectives sont particulièrement indiquées pour étudier les facteurs de risque de chutes chez les personnes âgées. Leur identification optimale est cependant compliquée par le fait que l’exposition aux facteurs de risque peut varier au cours du suivi et qu’un même individu peut subir plus d’un événement. Il y a 20 ans, des chercheurs ont tenté de sensibiliser leurs homologues à cet égard, mais leurs efforts sont demeurés vains. On continue aujourd’hui à faire peu de cas de ces considérations, se concentrant sur la proportion des personnes ayant fait une chute ou sur le temps écoulé jusqu’à la première chute. On écarte du coup une quantité importante d’information pertinente. Dans cette thèse, nous examinons les méthodes en usage et nous proposons une extension du modèle de risques de Cox. Nous illustrons cette méthode par une étude des facteurs de risque susceptibles d’être associés à des chutes parmi un groupe de 959 personnes âgées ayant eu recours aux services publics de soutien à domicile. Nous comparons les résultats obtenus avec la méthode de Wei, Lin et Weissfeld à ceux obtenus avec d’autres méthodes, dont la régression logistique conventionnelle, la régression logistique groupée, la régression binomiale négative et la régression d’Andersen et Gill. L’investigation est caractérisée par des prises de mesures répétées des facteurs de risque au domicile des participants et par des relances téléphoniques mensuelles visant à documenter la survenue des chutes. Les facteurs d’exposition étudiés, qu’ils soient fixes ou variables dans le temps, comprennent les caractéristiques sociodémographiques, l’indice de masse corporelle, le risque nutritionnel, la consommation d’alcool, les dangers de l’environnement domiciliaire, la démarche et l’équilibre, et la consommation de médicaments. La quasi-totalité (99,6 %) des usagers présentaient au moins un facteur à haut risque. L’exposition à des risques multiples était répandue, avec une moyenne de 2,7 facteurs à haut risque distincts par participant. Les facteurs statistiquement associés au risque de chutes incluent le sexe masculin, les tranches d’âge inférieures, l’histoire de chutes antérieures, un bas score à l’échelle d’équilibre de Berg, un faible indice de masse corporelle, la consommation de médicaments de type benzodiazépine, le nombre de dangers présents au domicile et le fait de vivre dans une résidence privée pour personnes âgées. Nos résultats révèlent cependant que les méthodes courantes d’analyse des facteurs de risque de chutes – et, dans certains cas, de chutes nécessitant un recours médical – créent des biais appréciables. Les biais pour les mesures d’association considérées proviennent de la manière dont l’exposition et le résultat sont mesurés et définis de même que de la manière dont les méthodes statistiques d’analyse en tiennent compte. Une dernière partie, tout aussi innovante que distincte de par la nature des outils statistiques utilisés, complète l’ouvrage. Nous y identifions des profils d’aînés à risque de devenir des chuteurs récurrents, soit ceux chez qui au moins deux chutes sont survenues dans les six mois suivant leur évaluation initiale. Une analyse par arbre de régression et de classification couplée à une analyse de survie a révélé l’existence de cinq profils distinctifs, dont le risque relatif varie de 0,7 à 5,1. Vivre dans une résidence pour aînés, avoir des antécédents de chutes multiples ou des troubles de l’équilibre et consommer de l’alcool sont les principaux facteurs associés à une probabilité accrue de chuter précocement et de devenir un chuteur récurrent. Qu’il s’agisse d’activité de dépistage des facteurs de risque de chutes ou de la population ciblée, cette thèse s’inscrit dans une perspective de gain de connaissances sur un thème hautement d’actualité en santé publique. Nous encourageons les chercheurs intéressés par l’identification des facteurs de risque de chutes chez les personnes âgées à recourir à la méthode statistique de Wei, Lin et Weissfeld car elle tient compte des expositions variables dans le temps et des événements récurrents. Davantage de recherches seront par ailleurs nécessaires pour déterminer le choix du meilleur test de dépistage pour un facteur de risque donné chez cette clientèle. / Falls in the elderly represent a major problem. It is therefore not surprising that the identification of factors that may increase the risk of falls has received much attention. Frailer seniors who need support to live in the community remained nonetheless poorly documented, although more recently, the Québec authorities have given high priority to interventions that target this population. Risk factors for falls are usually identified by observational prospective studies. Their optimal identification is however complicated by the fact that exposure may vary during the follow-up, and that an individual may experience more than one event. Twenty years ago, some researchers attempted to sensitize their peers in this respect, but their efforts were vain. Researchers continue today to neglect these considerations and to use improper statistical techniques, focusing on the proportion of fallers or the time to first fall. In doing so, we discard a significant amount of relevant information. In this thesis, we review the existing methods and propose a Cox hazards extension. We apply it in the study of potential fall-risk factors associated with 959 community-dwelling seniors using home-care services. Finally, we compare the results of the proposed Wei, Lin, & Weissfeld (WLW) method with those of several other techniques, notably the conventional logistic regression, the pooled logistic regression, the negative binomial regression and the Andersen & Gill regression. At baseline and every six months thereafter, participants were visited at home in order to ascertain information about potential risk factors. Falls were monitored by use of a calendar and monthly phone calls. Baseline exposure variables and updated time-varying exposures include socio-demographic characteristics, BMI, nutritional risk, gait and balance, alcohol consumption, home hazards, and medications. Almost all (99.6%) of participants showed at least one high risk factor. Exposure to multiple risks was frequent, with an average of 2.7 different high-risk factors per participant. The risk factors significantly associated to the risk of falling include male sex, age, history of falling, Berg balance score, BMI, use of benzodiazepines, number of home hazards and residential facility for seniors. Results demonstrate that the usual methods of analyzing risk factors for falling (any sort of fall as well as those leading to medical consultations) are inappropriate, as they produce considerable biases relative to the WLW model using time-dependent covariates. Bias for the considered effect measures comes from the manner in which the observed data (both measured exposures and health outcomes) was measured and defined as well as the way in which the statistical analysis took into account this information. An additional part of the thesis was undertaken to identify risk profiles of subjects regarding the recurrence of falling, defined as participants who reported at least two falls within six months of initial assessment at entry in the study. A classification and regression tree analysis classified the population into five groups differing in risk of recurrent falling, based on history of falls in the three months prior to the initial interview, Berg balance score, type of housing, and usual alcohol consumption in the six months preceding study entry. The relative risks varied from 0.7 to 5.1. A subsequent survival analysis showed that the length of time before becoming a recurrent faller varies among risk profiles. This thesis discusses highly topical subjects about a target population and a fall-risk screening activity which are priorities in the public health sector in Québec. We encourage researchers interested in the identification of risk of falls among the elderly to use the statistical method of Wei, Lin and Weissfeld because it takes into account updated time-varying exposures and multiple events. More research will be necessary to determine the best screening test for a given risk-factor in this setting and population.

L'objectif de cette thèse est de développer des outils d'analyse de données recueillies sur les deux roues motorisés (2RMs). Dans ce cadre, des expérimentations sont menées sur des motos instrumentés dans un contexte de conduite réelle incluant à la fois des conduites normales dites naturelles et des conduites à risques (presque chute et chute). Dans la première partie de la thèse, des méthodes d'apprentissage supervisé ont été utilisées pour la classification de situations de conduite d'un 2RM. Les approches développées dans ce contexte ont montré l'intérêt de prendre en compte l'aspect temporel des données dans la conduite d'un 2RM. A cet effet, nous avons montré l'efficacité des modèles de Markov cachés. La seconde partie de cette thèse porte sur le développement d'outils de détection et de classification hors ligne des évènements critiques de conduite, ainsi que, la détection en ligne des situations de chute d'un 2RM. L'approche proposée pour la détection hors ligne des évènements critiques de conduite repose sur l'utilisation d'un modèle de mélange de densités gaussiennes à proportions logistiques. Ce modèle sert à la segmentation non supervisée des séquences de conduite. Des caractéristiques extraites du paramètre du modèle de mélange sont utilisées comme entrées d'un classifieur pour classifier les évènements critiques. Pour la détection en ligne de chute, une méthode simple de détection séquentielle d'anomalies basée sur la carte de contrôle MCUSUM a été proposée. Les résultats obtenus sur une base de données réelle ont permis de montrer l'efficacité des méthodologies proposées à la fois pour la classification de situations de conduite et à la détection des évènements critiques de conduite / This thesis aims to develop framework tools for analyzing and understanding the riding of Powered Two Wheelers (PTW). Experiments are conducted using instrumented PTW in real context including both normal (naturalistic) riding behaviors and critical riding behaviors (near fall and fall). The two objectives of this thesis are the riding patterns classification and critical riding events detection. In the first part of this thesis, a machine-learning framework is used for riding pattern recognition problem. Therefore, this problem is formulated as a classification task to identify the class of riding patterns. The approaches developed in this context have shown the interest to take into account the temporal aspect of the data in PTW riding. Moreover, we have shown the effectiveness of hidden Markov models for such problem. The second part of this thesis focuses on the development of the off-line detection and classification of critical riding events tools and the on-line fall detection. The problem of detection and classification of critical riding events has been performed towards two steps: (1) the segmentation step, where the multidimensional time of data were modeled and segmented by using a mixture model with quadratic logistic proportions; (2) the classification step, which consists in using a pattern recognition algorithm in order to assign each event by its extracted features to one of the three classes namely Fall, near Fall and Naturalistic riding. Regarding the fall detection problem, it is formulated as a sequential anomaly detection problem. The Multivariate CUmulative SUM (MCUSUM) control chart was applied on the data collected from sensors mounted on the motorcycle. The obtained results on a real database have shown the effectiveness of the proposed methodology for both riding pattern recognition and critical riding events detection problems

The first section of this diploma thesis pursues an algorithm design of flood wave transformation in Excel software and its application afterwards. The software is used to design a small multipurpose reservoir. The algorithm covers consumption calculations of typical dam structures such as discharge structures, sluice planks, narrowed section of discharge pipes and safety spillways. The thesis also includes a mathematical model of water infiltration into the bottom of the inundation area and through the dam body. The last section of the thesis is dealing with an aesthetic integration of the whole structure into the local environment.

Cette thèse vise à étudier certains modèles biologiques dans le réseau neuronal et dans la chimiotaxie avec la méthode d’analyse spectrale. Afin de traiter les principaux problèmes, tels que l’existence et l’unicité des solutions et des états stationnaires ainsi que les comportements asymptotiques, le modèle linéaire ou linéarisé associé est considéré par l’aspect du spectre et des semi-groupes dans les espaces appropriés, puis la stabilité de modèle non linéaire suit. Plus précisément, nous commençons par une équation de courses-et-chutes linéaire dans la dimension d≥1 pour établir l’existence d’un état stationnaire unique, positif et normalisé et la stabilité exponentielle asymptotique dans l’espace L¹ pondéré basé sur la théorie de Kerin-Rutman avec quelques estimations du moment de la théorie cinétique. Ensuite, nous considérons le modèle du temps écoulé sous les hypothèses générales sur le taux de tir et nous prouvons l’unicité de l’état stationnaire et sa stabilité exponentielle non linéaire en cas sans ou avec délai au régime de connectivité faible de la théorie de l’analyse spectrale pour les semi-groupes. Enfin, nous étudions le modèle sous une hypothèse de régularité plus faible sur le taux de tir et l’existence de la solution ainsi que la même stabilité exponentielle sont généralement établies n’importe la prise en compte du délai ou non, au régime de connectivité faible ou forte. / This thesis is aimed to study some biological models in neuronal network and chemotaxis with the spectral analysis method. In order to deal with the main concerning problems, such as the existence and uniqueness of the solutions and steady states as well as the asymptotic behaviors, the associated linear or linearized model is considered from the aspect of spectrum and semigroups in appropriate spaces then the nonlinear stability follows. More precisely, we start with a linear runs-and-tumbles equation in dimension d≥1 to establish the existence of a unique positive and normalized steady state and the exponential asymptotic stability in weighted L¹ space based on the Krein-Rutman theory together with some moment estimates from kinetic theory. Then, we consider time elapsed model under general assumptions on the firing rate and prove the uniqueness of the steady state and its nonlinear exponential stability in case without or with delay in the weak connectivity regime from the spectral analysis theory for semigroups. Finally, we study the model under weaker regularity assumption on the firing rate and the existence of the solution as well as the same exponential stability are established generally no matter taking delay into account or not and no matter in weak or strong connectivity regime.

Contexte : Quatre patients sur dix qui reçoivent des soins de santé en milieu hospitalier sont victimes d’évènements indésirables et 80 % de ces évènements auraient pu être évités (OMS, 2019). Des données récentes montrent que 15 % des dépenses et activités hospitalières totales dans les pays de l'OCDE sont le résultat direct d'événements indésirables, ce qui représente des milliards de dollars US chaque année (Slawomirski, 2017). Selon un rapport de l'Institut canadien pour la sécurité des patients publié en 2016, les incidents survenus dans les établissements de soins de courte durée et à domicile ont entraîné des coûts supplémentaires de 2,75 milliards de dollars chaque année. Il n'est donc pas surprenant que l'investissement dans le coût de la prévention soit bien inférieur au coût des soins dus aux préjudices. Aujourd'hui, la recherche suggère que l'engagement des patients (EP) peut contribuer à améliorer les résultats et à réduire la charge des établissements de santé. Cependant, l'utilisation de l'EP dans diverses stratégies de gestion des risques et de promotion de la sécurité des patients n'est pas encore totalement intégrée dans les organisations et systèmes de soins de santé au Canada, aux États-Unis et dans de nombreux pays de l'OCDE. Objectifs : L'objectif de cette étude de recherche est d'identifier les mécanismes et stratégies d'EP émergents et innovants mis en place par les dirigeants des principaux établissements de santé dans la province du Québec (Canada) après la mise en œuvre de la loi 10 en 2015, qui permettraient l'institutionnalisation de l'EP dans le système de santé pour la sécurité des patients (SP). Deux questions spécifiques ont été posées. Question de recherche 1 : Quels sont les différents mécanismes/stratégies d'EP mis en place par les dirigeants des établissements de santé (CISSS et CIUSSS) pour institutionnaliser l'EP pour la SP? Question de recherche 2 : Quelles sont les pratiques émergeantes et innovatrices (stratégies, mécanismes) ainsi que les facteurs limitatifs et habilitants mis en place par les leaders institutionnels dans un des centres de santé intégrés du Québec (étude de cas) qui permettraient d'institutionnaliser complètement l'EP dans la gestion des risques pour l'amélioration de la SP? Méthodes : Le projet d’étude est une recherche descriptive longitudinale avec des niveaux d'analyse imbriqués (stratégique, organisationnel et clinique) séparés en deux phases. Phase 1 : La phase 1 se divise en deux sous-étapes. La première sous-étape est le développement d'un outil pour les dirigeants afin d'identifier et d’évaluer les stratégies émergentes d'intégration de l'EP et leurs mises en œuvre dans les établissements de santé pour améliorer la SP (article 1 des résultats de la thèse). Suite à ce développement d’outil, la deuxième sous-étape est une collecte de données sur les stratégies émergentes et innovantes d'EP pour la SP dans les établissements de santé (N= 24 : 9 CIUSSS, 11 CISSS, 2 établissements de santé universitaires non intégrés) à travers le Québec (Canada) qui a été complétée en envoyant le questionnaire aux différents établissements participants. De plus, pour approfondir les réponses apportées par les participants, une collecte de données qualitative a été complétée en appui par le biais d'entretiens semi-structurés de 1 heure avec les dirigeants de ces établissements de santé (responsables de la qualité et de la gestion des risques, dirigeants ou équipes en charge de l'EP dans leur établissement (intégrant un patient partenaire (PP)) (article 2 des résultats de la thèse). Phase 2 : La phase 2 est une analyse d'une étude de cas, qui a commencé à mettre en œuvre des stratégies visant à faire participer un PP à la SP (analyse d'un projet pilote de prévention et de réduction des chutes par une équipe clinique intégrant un PP) dans leur établissement de santé, a été menée dans un établissement de soins de longue durée. Une approche de collecte de données qualitatives a été utilisée pour mener des entretiens semi-structurés de 40 min à 2 h 30 min chacun avec des responsables stratégiques, organisationnels et cliniques (N = 7) (article 3 des résultats de la thèse). Pour ces deux phases, l'observation, ainsi que l'analyse de documents internes et externes ont également été menées. Résultats: En phase 1 : 1) (Article 1 des résultats de la thèse), un outil d'évaluation des stratégies d'intégration de l’EP et leurs mises en œuvre dans les établissements de santé pour améliorer la SP a été créé, composé de 82 questions. 2) (Article 2 des résultats de la thèse), sept sous-stratégies émergentes/innovantes de l'EP pour la SP ont été identifiées et discutées à travers le processus d'acquisition, de partage et de préservation des connaissances aux trois niveaux de gouvernance : clinique, organisationnel et stratégique. Sept sous-stratégies principales ont été identifiées. Dans la phase 2 : (Article 3 des résultats de la thèse), une étude de cas mettant en œuvre une stratégie de processus d'analyse des chutes par l'équipe clinique intégrant un PP pour la prévention et la réduction des chutes, a été sélectionnée pour participer. Trois sous-stratégies principales ont été révélées ici. Conclusion : Cette étude est la première du genre au niveau provincial. Les travaux futurs devraient se concentrer sur (1) des études comparatives entre les provinces, les nations et leur évolution. Il existe actuellement deux projets de recherches en cours : un au niveau pancanadien et un autre au niveau brésilien, basés sur l’étude originale du Québec. En outre, la France a également mené cette étude pour décrire ses stratégies d'EP pour la SP en utilisant l'outil créé dans cette thèse. Des recherches supplémentaires devraient se concentrer sur (2) les mécanismes et stratégies de collaboration utilisés dans l'institutionnalisation d'initiatives concrètes / meilleures pratiques ou pratiques innovantes (études de cas) de l'EP pour la SP, le rôle des groupes de patients, des bénévoles, ainsi que les modèles de compensation de l'EP pour la SP dans ces mécanismes et stratégies de collaboration. Il faudra aussi mener davantage de recherches sur (3) les meilleures pratiques de leadership afin d'inculquer une culture de non-blâme au moyen d'exemples concrets (études de cas) pour mettre en œuvre une culture de sécurité fondée sur des expériences pratiques de leadership. De plus, les recherches futures devraient évoluer vers (4) l'engagement des citoyens pour la sécurité, en particulier pendant ces périodes de pandémie (ex. Covid-19). / Background: Worldwide, four out of 10 patients are harmed while receiving health care in a hospital setting, of which 80 % could have been prevented (WHO, 2009; WHO, 2002; Slawomirski, 2017; WHO, 2019). Recent evidence demonstrates that 15 % of total hospital expenditure and activities in OECD countries is a direct result of adverse events, amounting to trillions of US dollars every year (Slawomirski, 2017). According to a Canadian Patient Safety Institute report in 2016, incidents in both the acute and home care settings resulted in additional costs of $2.75 billion each year. Therefore, it is no surprise that investing in the cost of prevention is much lower than the cost of care due to harm. Today, research suggests that patient engagement (PE) can help improve outcomes and reduce the burden on health institutions. However, the use of PE in various strategies to promote PS has yet to be fully integrated across healthcare organizations and systems in Canada, the USA and many OECD countries. Objectives: The aim of this research study is to identify emerging and innovative PE mechanisms and strategies put in place by organizational leaders in leading healthcare institutions after implementation of Bill 10 in 2015, that would allow the institutionalization of PE in the health care system for patient safety (PS). Two specific questions were asked. Research question 1: What are the different PE strategies/mechanisms put in place by leaders in health institutions (CISSS and CIUSSS) to institutionalize PE for PS? Research question 2: What are the innovative practices (strategies, mechanisms) as well as the limiting and enabling factors put in place by institutional leaders in one of the integrated healthcare centers in Quebec (case study) that would allow PE to be fully institutionalized in risk management for the enhancement of patient safety? Methods: The project is a longitudinal descriptive research project by design with interwoven levels of analysis (strategic, organization and clinical) separated into two phases. Phase 1: 1) development of a tool for leaders to assess emerging PE integration strategies implemented in healthcare institutions to enhance PS (Article 1 of the thesis results); 2) collect ongoing emerging and innovative strategies of PE for PS in health institutions (N= 24: 9 CIUSSS, 11 CISSS, 2 non-integrated universities health institutions) across Quebec (Canada) by using the tool created in phase 1, and collect qualitative data through semi-structured interviews with leaders of these health institutions. Phase 2: 3) Analysis of a case study, which started implementing strategies to engage patients for PS (analysis of fall prevention and reduction pilot project by a clinical team integrating a PP) in their health institution was conducted in a long-term care facility. A qualitative data collection approach was used to conduct semi-structured interviews of strategic, organizational and clinical leaders (N = 7) of 40 min to 2 h 30 min each. Observation, as well as internal and external documents analysis was also conducted (Article 3 of the thesis results). Findings: In phase 1: 1) (Article 1 of the thesis results) a tool assessing emerging PE integration strategies implemented in healthcare institutions to enhance PS was created consisting of 82 questions. 2) (Article 2 of the thesis results), seven main emerging/innovative sub strategies of PE for PS were identified and discussed through the process of knowledge acquisition, knowledge sharing, and knowledge preservation at the three levels of governance: clinical, organizational and strategic. In phase 2: (Article 3 of the thesis results), one case study implementing a strategy of fall analysis process by the clinical team integrating a PP for prevention and reductions of falls, was selected to participate (CISSS Montérégie-Est). Three main sub-strategies were revealed in this article. Conclusion: The research study is the first of its kind at a provincial level. Future work should focus on (1) comparative studies between provinces, nations, and their evolution. There is currently an ongoing Pan-Canadian and a Brazilian research project based on the original research project from Quebec’s. In addition, France, have also conducted this study to describe their PE for PS strategies using the tool created in this thesis. Moreover, additional research should focus on (2) collaboration mechanisms and strategies used in the institutionalization of concrete initiatives / innovative practices (case studies) of PE for PS, the role of patient groups, volunteers, as well as compensation models for PE for PS in these collaboration mechanisms and strategies. In addition, more research on (3) best leadership practices to instill a no-blame culture by way of concrete examples (case studies) will be required to implement a safe culture based on practical leadership experiences. Furthermore, moving from a hospital setting, future research should evolve into (4) Citizen’s engagement for safety, especially during these pandemic periods (e.g. Covid-19).