L'objectif de ce travail de thèse est de concevoir des algorithmes de commande et de navigation pour le suivi des cibles dynamiques au sol en utilisant des véhicules aériens. Les quaternions, qui fournissent une alternative aux représentations classiques de la dynamique des véhicules aériens, ont été choisis comme une base pour développer des contrôleurs robustes et des algorithmes de navigation agile, en raison de leurs avantages tels que l'absence de singularités et discontinuités, et leur simplicité mathématique lors de la manipulation des rotations. Les approches de commande explorées à l'aide de quaternions dans cette thèse commencent par le retour d'état, la passivité, et des contrôleurs basés sur l'énergie, jusqu'à des modes glissants, et des approches de saturation en trois dimensions. Ensuite, des stratégies de navigation autonomes et semi-autonomes pour quadrirotors ont été explorées. Un algorithme a été développé pour le pilotage d'un quadrirotor en utilisant des gestes d'un utilisateur portant un bracelet. Afin de faciliter le fonctionnement des multi rotors dans des scénarios défavorables, une stratégie de déploiement agressive a été proposée ou un quadrirotor est lancé à la main avec ses moteurs éteints. Finalement, des techniques de navigation autonomes pour le suivi des cibles dynamiques ont été conçues. Un algorithme de génération de trajectoire basée sur des équations différentielles a été introduit pour le suivi d'un véhicule terrestre tout en décrivant des cercles. Enfin un algorithme de planification de chemin distribué a été développé pour une flottille de drones, afin de suivre de façon autonome des cibles au sol, en résolvant un problème d'optimisation en ligne. / The objective of this thesis work is to design control and navigation algorithms for tracking of dynamic ground targets using aerial vehicles. Quaternions, which provide an alternative to the classical representations of aerial vehicle dynamics, have been chosen as a basement to develop robust controllers and agile navigation algorithm, due to their advantages such as the absence of singularities and discontinuities and their mathematical simplicity when handling rotations. The quaternion-based control approaches explored in this thesis range from state feedback, passivity, and energy-based controllers, up to sliding modes, and three-dimensional saturation approaches. Then, autonomous and semi-autonomous navigation strategies for quadrotors were explored. An algorithm has been developed for controlling a quadrotor using gestures from a user wearing an armband. To facilitate the operation of multirotors in adverse scenarios, an aggressive deployment strategy has been proposed where a quadrotor is launched by hand With its motors turned off. Finally, autonomous navigation techniques for tracking dynamic targets have been designed. A trajectory generation algorithm based on differential equations has been introduced to track a land vehicle while describing circles. Finally a distributed path planning algorithm has been developed for a fleet of drones to autonomously track ground targets by solving an online optimization problem.

Nous avons proposé dans cette thèse une nouvelle approche de modélisation des réponses cellulaire et tumorale durant la radiothérapie. Cette modélisation est fondée sur les chaînes de Markov. Elle se situe dans le cadre de la théorie de cible qui suppose qu'il existe dans la cellule des régions sensibles appelées cibles, qui doivent toutes être désactivées pour tuer la cellule. Un premier travail est consisté à proposer un modèle à temps discret en tenant compte non seulement des phases de réparations cellulaires entre les fractions de dose mais également de l'hétérogénéité des dommages cellulaires.Nous avons ensuite proposé un modèle stochastique de la durée de vie cellulaire. Cette modélisation fut également étendue à une population de cellules et a permis d'établir de nouvelles expressions des probabilités d'efficacité et de complication thérapeutique. Nos derniers travaux portent sur le développement d'un modèle de type chaîne de Markov à temps continu qui pourrait être appliqué aux réponses des tumeurs traitées par la thérapie photodynamique / In this thesis, we have proposed a Markov chain modeling of the cell and tumor behaviors during radiotherapy. Our approach is based on the target theory where it is assumed that the cell contains a number of sensitive sites called targets which must be all deactivated to produce the cell death. A first task was to provide a discrete-time model taking cell repair between dose fractions and the heterogeneity of cellular damage into account. Then, we proposed a stochastic model of the cell lifespan. This model was also extended to a cell population and allowed to derive new expressions of the efficiency and complication probabilities of the treatment. Finally, we focused on the development of a model based on Markov chain in continuous time which could be applied to the responses of tumors treated by photodynamic therapy

L'opération neOCampus, initiée en 2013 par l'Université Paul Sabatier, a pour objectif de créer un campus connecté, innovant, intelligent et durable en exploitant les compétences de 11 laboratoires et de plusieurs partenaires industriels. Pluridisciplinaires, ces compétences sont croisées dans le but d'améliorer le confort au quotidien des usagers du campus (étudiants, corps enseignant, personnel administratif) et de diminuer son empreinte écologique. L'intelligence que nous souhaitons apporter au Campus du futur exige de fournir à ses bâtiments une perception de son activité interne. En effet, l'optimisation des ressources énergétiques nécessite une caractérisation des activités des usagers afin que le bâtiment puisse s'y adapter automatiquement. L'activité humaine étant sujet à plusieurs niveaux d'interprétation nos travaux se focalisent sur l'extraction des déplacements des personnes présentes, sa composante la plus élémentaire. La caractérisation de l'activité des usagers, en termes de déplacements, exploite des données extraites de caméras et de microphones disséminés dans une pièce, ces derniers formant ainsi un réseau épars de capteurs hétérogènes. Nous cherchons alors à extraire de ces données une signature audiovisuelle et une localisation grossière des personnes transitant dans ce réseau de capteurs. Tout en préservant la vie privée de l'individu, la signature doit être discriminante, afin de distinguer les personnes entre elles, et compacte, afin d'optimiser les temps de traitement et permettre au bâtiment de s'auto-adapter. Eu égard à ces contraintes, les caractéristiques que nous modélisons sont le timbre de la voix du locuteur, et son apparence vestimentaire en termes de distribution colorimétrique. Les contributions scientifiques de ces travaux s'inscrivent ainsi au croisement des communautés parole et vision, en introduisant des méthodes de fusion de signatures sonores et visuelles d'individus. Pour réaliser cette fusion, des nouveaux indices de localisation de source sonore ainsi qu'une adaptation audiovisuelle d'une méthode de suivi multi-cibles ont été introduits, représentant les contributions principales de ces travaux. Le mémoire est structuré en 4 chapitres. Le premier présente un état de l'art sur les problèmes de ré-identification visuelle de personnes et de reconnaissance de locuteurs. Les modalités sonores et visuelles ne présentant aucune corrélation, deux signatures, une vidéo et une audio sont générées séparément, à l'aide de méthodes préexistantes de la littérature. Le détail de la génération de ces signatures est l'objet du chapitre 2. La fusion de ces signatures est alors traitée comme un problème de mise en correspondance d'observations audio et vidéo, dont les détections correspondantes sont cohérentes et compatibles spatialement, et pour lesquelles deux nouvelles stratégies d'association sont introduites au chapitre 3. La cohérence spatio-temporelle des observations sonores et visuelles est ensuite traitée dans le chapitre 4, dans un contexte de suivi multi-cibles. / The neOCampus operation, started in 2013 by Paul Sabatier University in Toulouse, aims to create a connected, innovative, intelligent and sustainable campus, by exploiting the skills of 11 laboratories and several industrial partners. These multidisciplinary skills are combined in order to improve users (students, teachers, administrative staff) daily comfort and to reduce the ecological footprint of the campus. The intelligence we want to bring to the campus of the future requires to provide to its buildings a perception of its intern activity. Indeed, optimizing the energy resources needs a characterization of the user's activities so that the building can automatically adapt itself to it. Human activity being open to multiple levels of interpretation, our work is focused on extracting people trajectories, its more elementary component. Characterizing users activities, in terms of movement, uses data extracted from cameras and microphones distributed in a room, forming a sparse network of heterogeneous sensors. From these data, we then seek to extract audiovisual signatures and rough localizations of the people transiting through this network of sensors. While protecting person privacy, signatures must be discriminative, to distinguish a person from another one, and compact, to optimize computational costs and enables the building to adapt itself. Having regard to these constraints, the characteristics we model are the speaker's timbre, and his appearance, in terms of colorimetric distribution. The scientific contributions of this thesis are thus at the intersection of the fields of speech processing and computer vision, by introducing new methods of fusing audio and visual signatures of individuals. To achieve this fusion, new sound source location indices as well as an audiovisual adaptation of a multi-target tracking method were introduced, representing the main contributions of this work. The thesis is structured in 4 chapters, and the first one presents the state of the art on visual reidentification of persons and speaker recognition. Acoustic and visual modalities are not correlated, so two signatures are separately computed, one for video and one for audio, using existing methods in the literature. After a first chapter dedicated to the state of the art in re-identification and speaker recognition methods, the details of the computation of the signatures is explored in chapter 2. The fusion of the signatures is then dealt as a problem of matching between audio and video observations, whose corresponding detections are spatially coherent and compatible. Two novel association strategies are introduced in chapter 3. Spatio-temporal coherence of the bimodal observations is then discussed in chapter 4, in a context of multi-target tracking.

Les ARNs non-codants régulateurs (ARNnc) regroupent des acteurs majeurs de la régulation de l'expression des gènes, retrouvés de manière ubiquitaire dans l'ensemble des domaines du vivant. Chez les bactéries ils sont également appelés sRNAs, jouent des rôles clefs dans de nombreuxprocessus physiologiques et adaptatifs. Ces sRNAs ont été mis en évidence par des méthodes expérimentales haut-débit (microarray, tilling-array...) dans plusieurs espèces bactériennes d'intérêt. Ils agissent majoritairement au niveau post-transcriptionnel via une interaction physique avec un ou plusieurs ARNs messagers(s) cibles(s). Cependant, les informations sur les ARNmet les fonctions potentielles de ces sRNAs restent très parcellaires à ce jour. De plus, les profils d'évolution des sRNAs ont été peu étudiés chez les bactéries pathogènes. Le travail réalisé dans cette thèse repose sur l'hypothèse que l'évolution des sRNAs et leur coévolution avec d'autres éléments fonctionnels dans un ensemble de génomes, peut permettre de mieux comprendre leurs histoires évolutives, mais également de caractériser leurs fonctions potentielles et peut-être d'aider à identifier le ou les ARNm cibles avec lesquels ils interagissent. Dans ce but, nous avons conçu et implémenté une stratégie de phylogénomique robuste et géné- rique permettant d'analyser l'évolution et la coévolution des sRNAs et des ARNm cibles dans un ensemble de génomes bactériens annotés, à partir de leur profil de présence-absence. Cette méthode a été appliquée à l'analyse de l'évolution et de la coévolution de 154 sRNAs trans régulateurs de Listeria monocytogenes EGD-e. Elle nous a permis d'identifier 52 sRNAs accessoires dont la majo- rité étaient présents dans l'ancêtre commun des souches de Listeria et ont été perdus au cours de l'évolution. Nous avons ensuite détecté une coévolution significative entre 23 sRNAs et 52 ARNm et nous avons reconstruit le réseau de coévolution des sRNAs et ARNm de Listeria. Ce réseau contient un hub principal de 12 sRNAs qui coévoluent avec des ARNm codant pour des protéines de la paroi ainsi que des facteurs de virulence. Parmi eux nous avons pu identifier 4 sRNAs coévoluant avec 7 gènes codant pour des internalines qui sont connues pour regrouper d'importants facteurs de virulence chez Listeria. De plus, l'ARN rli133, qui coévolue avec plusieurs gènes impliqués dans le pouvoir pathogène de Listeria, contient des régions compatibles avec des interactions physiques directes inhibitrices pour la majorité de ses partenaires de coévolution. / Non coding RNAs (ncRNA) are main actors of gene expression regulation and are found ubiquitously in all domains of life. In bacteria, ncRNAs play key roles in a wide range of physiological and adaptive processes. These "small non coding RNAs" (sRNAs) are identified by high-throughput experimental methods (microarray, tilling-array, ...) in several bacteria species of interest. They mainly act at post-transcriptional level through physical interactions with one or several mRNA(s). Nevertheless, the available informations about mRNA targets and sRNAs functions, remain very limited. In addition, evolutionary patterns of sRNAs have been poorly studied in pathogenic bacteria. The main hypothesis of my PhD work is therefore that analysis of evolution and coevolution between sRNAs and other functional elements in a given genomes set, may allow to understand their evolutionary histories, to better characterize their putative functions, and may also help to identify their potential mRNA(s) target(s). For this purpose, we designed and developed a robust and generic phylogenomic approach to analyze evolution and coevolution between sRNAs and mRNA from their presence-absence profiles, in a set of annotated bacterial genomes. This method was thereafter used to analyze evolution and coevolution of 154 Listeria monocytogenes EGD-e trans regulatory sRNAs in 79 complete genomes of Listeria. This approach allowed us to discover 52 accessory sRNAs, the majority ofwhich were present in the Listeria common ancestor and were subsequently lost during evolution of Listeria strains. We then detected significant coevolutions events between 23 sRNAs and 52 mRNAs and reconstructed the coevolving network of Listeria sRNA and mRNA. This network contains a main hub of 12 sRNAs that coevolves with mRNA encoding cell wall proteins and virulence factors. Among them, we have identified 4 sRNAs coevolving with 7 internalin-coding genes that are known to group important virulence factors of Listeria. Additionaly, rli133, a sRNA that coevolve with several genes involved in Listeria pathogenicity, exhibits regions compatible with direct translational inhibitory physical interactions for most of its coevolution partners.

La sélection de cibles en mouvement est une tâche courante et complexe dans l'interaction homme-machine (IHM) en général et en particulier dans le domaine de la réalité virtuelle (RV). La prédiction de l'action est une solution intégrale pour aborder les problèmes liés à l'interaction. Cependant, les techniques actuelles de prédiction sont basées sur le suivi continu des actions de l'utilisateur sans prendre en compte la possibilité que les actions d'atteinte d'une cible puissent avoir une composante importante préprogrammée—cette théorie est appelé la théorie du contrôle préprogrammé.En se basant sur la théorie du contrôle préprogrammé, cette thèse explore la possibilité de prédire les actions, avant leur exécution, de sélection d'objets en mouvement. Plus spécifiquement, trois niveaux de prédiction d'action sont étudiés : 1) la performance des actions, mesurée par le temps de mouvement (TM) nécessaire pour atteindre une cible, 2) la difficulté prospective (DP), qui représente la difficulté subjective de la tâche estimée avant son exécution, 3) l'intention de l'utilisateur, qui indique la cible visée par l'utilisateur.Dans le cadre de cette thèse, des modèles de prédiction d'intention sont développés à l'aide des arbres de décision ainsi que des fonctions de classement—ces modèles sont évalués dans deux expériences en RV. Des modèles 1-D et 2-D de DP pour des cibles en mouvement basés sur la loi de Fitts sont développés et évalués dans une expérience en ligne. Enfin, des modèles de TM avec les mêmes caractéristiques structurelles des modèles de DP sont évaluées dans une expérience 3-D en RV. / Selection of moving targets is a common, yet complex task in human–computer interaction (HCI), and more specifically in virtual reality (VR). Action prediction has proven to be the most comprehensive enhancement to address moving-target selection challenges. Current predictive techniques, however, heavily rely on continuous tracking of user actions, without considering the possibility that target-reaching actions may have a dominant pre-programmed component—this theory is known as the pre-programmed control theory.Thus, based on the pre-programmed control theory, this research explores the possibility of predicting moving-target selection prior to action execution. Specifically, three levels of action prediction are investigated: 1) action performance measured as the movement time (MT) required to reach a target, 2) prospective difficulty (PD), i.e., subjective assessments made prior to action execution; and 3) intention, i.e., the target that the user plans to reach.In this dissertation, intention prediction models are developed using decision trees and scoring functions—these models are evaluated in two VR studies. PD models for 1-D, and 2-D moving- target selection tasks are developed based on Fitts' Law, and evaluated in an online experiment. Finally, MT models with the same structural form of the aforementioned PD models are evaluated in a 3-D moving-target selection experiment deployed in VR.

Dans le domaine de la surveiIlance du champ de bataille, la poursuite de cibles terrestres est un point crucial pour évaluer le comportement des forces présentent sur le théâtre des opérations. Cette poursuite peut être menée à partir des capteurs aéroportés GMTI (Ground Moving Target Indicator) qui détectent tous les objets en mouvement. Toutefois, les techniques classiques de trajectographie ne permettent pas d'établir une situation fiable de la scène. Cependant, avec le développement et la fiabilité des systèmes d'information géographique, il devient possible de fusionner les données GMTI avec toute l'information contextuelJe pour améliorer le pistage. Le travail présenté dans cette thèse s'intéresse à l'intégration de l'information cartographique dans les techniques usueIJes de trajectographie. Le réseau routier est alors considéré comme une contrainte et un algorithme IMM à structure variable, pour s'adapter à la topologie du réseau, est présenté et testé sur données simulées. L'algorithme prend en entrée la position des plots MTI mais aussi la vitesse radiale des plots. Lorsque cette dernière est éloignée statistiquement de la vitesse radiale prédite, le système risque de ne pas associer le plot à la piste et de perdre cette dernière. Dans ce cas, un facteur d'oubli momentané est utilisé afin d'éviter la perte de la piste. De plus, la problématique des entrées et sorties de route pour le pi stage d'objets d'intérêts est traitée en activant ou désactivant les modèles dynamiques sous contraintes. Par ailleurs, nous proposons une approche pour considérer l'information négative (i.e. absence de détection) suivant la nature du terrain et améliorer la continuité du pi stage

L'objectif de cette thèse est de développer, caractériser et analyser l'imagerie radar en configuration bistatique. Dans le cadre de notre étude, nous nous plaçons dans le cas général d'une configuration bistatique sans condition sur la configuration d'acquisition. Nous avons alors développé un algorithme de reconstruction d'images tenant compte des polarisations d'émission et de réception. Ainsi, nous avons pu caractériser les images obtenues et donner l'expression des résolutions d'une image bistatique en fonction de la configuration d'acquisition. Ensuite, nous avons étudié les images bistatiques reconstruites lors de l'observation de cibles complexes ainsi que celles obtenues lors de la détection de cibles sur une surface océanique afin de les comparer avec celles d'une configuration monostatique. Les résultats ainsi obtenus permettent de valider l'intérêt de la configuration bistatique et de présenter les nouvelles perspectives qu'offre ce sujet de recherche en imagerie radar.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet SPIRAL (Système de Production d'Ions Radioactifs Accélérés en Ligne) dont la mise en service débutera en septembre 2001 au GANIL (Grand Accélérateur National d'Ions Lourds) de Caen. Cette thèse a essentiellement porté sur le développement de systèmes de production d'ions radioactifs (ensemble cible source) par l'étude approfondie de chaque étape de la production par la méthode ISOL (Isotopic Separation On Line) : la production par fragmentation de la cible et/ou du projectile, la diffusion hors du matériau cible, l'effusion jusqu'à la source d'ionisation et enfin l'ionisation des atomes radioactifs. Une étude bibliographique et des simulations thermiques ont permis d'optimiser au mieux les matériaux et la forme des cibles de production et de diffusion. Une première cible a été optimisée et fiabilisée pour la production de gaz rares radioactifs (Argon, Néon,...). Une deuxième cible dédiée à la production d'Héliums radioactifs a entièrement été conçue (du cahier des charges jusqu'aux tests “hors ligne” et “en ligne”). Enfin, un troisième ensemble cible source a été défini pour la production d'alcalins radioactifs monochargés. Les intensités de faisceaux secondaires prévues pour SPIRAL y sont présentées. Une étude détaillée sur les efficacités de diffusion effusion pour ces différentes cibles a montré que l'utilisation d'un carbone dont la microstructure est fine (grain de 1µm) améliore la diffusion ainsi que l'importance de l'épaisseur des lamelles dans l'effusion des isotopes de courts temps de vie.

Les méthodes traditionnelles de formation d'images ISAR supposent que la cible est rigide et ne tiennent pas compte de ses déformations géométriques. Ces mouvements, qui s'ajoutent au déplacement global de la cible, créent une modulation en fréquence sur le signal réfléchi. Ce phénomène, aussi appelé effet micro-Doppler, se traduit d'un point de vue spectral par un étalement des fréquences autour de la fréquence Doppler centrale. Comme les caractéristiques de ces modulations sont directement reliées aux propriétés géométriques et dynamiques de la cible, l'analyse de l'effet micro-Doppler peut apporter des informations complémentaires aux méthodes existantes de reconnaissance de cibles mobiles. Les travaux précédents ont principalement été consacrés à l'analyse temporelle de l'effet micro-Doppler sans tenir compte de la dimension spatiale. En outre, mis à part les cas d'étude théoriques, il existe très peu de modélisations et de données réelles de cibles déformables. A travers les exemples de la roue et du piéton, cette thèse consiste à caractériser finement les effets des déformations géométriques en imagerie radar, en combinant l'analyse en distance et en Doppler. En outre, un accent est mis sur l'influence de la géométrie relative entre le radar et la cible.\\ Ces travaux s'appuient sur un large volet expérimental où sont exploitées les données issues du radar HYCAM, un système d'acquisition large bande développé par l'ONERA. En complément des mesures, le développement d'un outil de simulation permet de faire le lien entre les données réelles et le modèle de l'objet afin d'extraire des grandeurs physiques du phénomène étudié.

Cette thèse concerne l'étude de la production de faisceaux d'ions radioactifs par la méthode ISOL pour le projet SPIRAL 2. La production de faisceaux légers est tout d'abord considérée. Les taux de production potentiels de deux faisceaux sont évalués : la production de 15C (riche en neutrons) dans une cible d'oxyde est estimée à l'aide de simulations (MCNPx, EAF-07) et de données expérimentales ; le taux de production d'14O (déficient en neutrons) est estimé par une nouvelle mesure de la fonction d'excitation de la réaction 12C(3He,n)14O. Une première conception de la cible de production basée sur des simulations thermiques est présentée. Cette étude apporte les réponses nécessaires à la conception détaillée d'un système qui permettrait d'atteindre un taux de production 140 fois plus élevé qu'avec SPIRAL 1. La production des faisceaux d'ions radioactifs issus de fissions dans une cible d'UCx est aussi étudiée, et plus particulièrement les processus d'effusion et d'ionisation. Une étude de principe et une campagne de tests hors ligne ont permis d'acquérir des connaissances indispensables à la conception de la source à ionisation de surface de SPIRAL 2. Un premier prototype de cette source dédiée à la production d'éléments alcalins et alcalino-terreux a été réalisé et une calibration thermique a été effectuée. Les efficacités d'ionisation et de temps de réponse sur l'ensemble cible source ECR ont été mesurées à différentes températures de la cible et pour différents gaz nobles. Ces mesures ont permis d'estimer l'impact des processus d'effusion et d'ionisation sur l'efficacité de production de différents isotopes d'alcalins et de gaz nobles en fonction de leur durée de vie.