La détection de séquences génétiques par la technologie des puces à ADN se heurte à des problèmes de fiabilité et de reproductibilité, dus en grande partie à des problèmes de mélange. Dans toute cette thèse, nous montrons à quel point le mélange par advection chaotique améliore les performances de ces puces. Pour cela nous comparons, par une étude principalement numérique, l'efficacité de deux protocoles de mélange basés sur le principe d'injection alternée et périodique de fluide (modèle puits/sources) : l'un utilise des seringues réversibles, l'autre des pompes recyclant le fluide extrait, conduisant globalement à un mélange bien plus efficace et rapide. En outre, nous mettons en évidence le rôle important de la géométrie de la chambre. Dans un second temps, nous introduisons un modèle de capture chimique entre les monobrins d'ADN libres en volume (cibles) et ceux fixés sur la puce (sondes). Nous montrons alors numériquement que la réaction est généralement grandement limitée par la diffusion, mais que l'advection chaotique améliore les choses de manière très significative grâce au mélange. Ceci nous permet d'estimer les constantes de vitesses dans le cas statique (où la diffusion agit seule) et le cas dynamique (avec mélangeur). Enfin, profitant de l'opportunité d'un stage à l'Université de Sherbrooke, j'ai effectué un premier suivi en temps réel par SPR d'une cinétique de type "cibles en solution/sondes sur support" pour tenter de comparer les vitesses d'hybridation statique et dynamique.

L'observation passive de la surface marine, utilisant notamment comme source d'opportunité des signaux émis par les systèmes de positionnement par satellites (GNSS), constitue depuis quelques années un axe de recherche et de développement très dynamique. Plusieurs équipes de recherche ont déjà mis en évidence la pertinence de telles approches pour des observations aéroportées. Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre général de la mesure passive utilisant les signaux de positionnement par satellites (GPS). Toutefois, le contexte précis de notre étude se focalisera sur les observations côtières réalisées à proximité de la surface (quelques mètres). La surface de mer ne peut plus, dans ce cas, se résumer à une surface immobile rugueuse. La diffraction des signaux GPS doit alors prendre en compte la déformation spatio-temporelle de la surface et le déplacement des vagues. L'analyse de ces signaux permet de mettre en évidence la variation temporelle de la surface, en identifiant le déplacement des principaux diffuseurs (crête de vague, objet flottant à la surface,...). Les mouvements auxquels il est fait référence sont très lents (de l'ordre du Hz) par rapport aux fréquences des ondes observantes (ordre du GHz). L'amplitude des déplacements reste limitée, ce qui induit des différences de retard très faibles. Toutefois, dans ce contexte délicat, nous avons mis en oeuvre des techniques de traitement de signal adaptées, qui mettent en évidence ces mouvements à partir des signaux d'opportunité diffractés. L'étude s'appuie, en particulier, fortement sur la théorie du filtrage de Kalman dans le plan Doppler-retard des signaux diffractés.

Les microARN (miARN) sont de petits ARN non-codants qui répriment la traduction de leurs gènes cibles par hybridation à leur ARN messager (ARNm). L'identification de cibles biologiquement actives de miARN est cruciale afin de mieux comprendre leurs rôles. Ce problème est cependant difficile parce que leurs sites ne sont définis que par sept nucléotides. Dans cette thèse je montre qu'il est possible de modéliser certains aspects des miARN afin d'identifier leurs cibles biologiquement actives à travers deux modélisations d'un aspect des miARN. La première modélisation s'intéresse aux aspects de la régulation des miARN par l'identification de boucles de régulation entre des miARN et des facteurs de transcription (FT). Cette modélisation a permis, notamment, d'identifier plus de 700 boucles de régulation miARN/FT, conservées entre l'humain et la souris. Les résultats de cette modélisation ont permis, en particulier, d'identifier deux boucles d'auto-régulation entre LMO2 et les miARN miR-223 et miR-363. Des expériences de transplantation de cellules souches hématopoïétiques et de progéniteurs hématopoïétiques ont ensuite permis d'assigner à ces deux miARN un rôle dans la détermination du destin cellulaire hématopoïétique. La deuxième modélisation s'intéresse directement aux interactions des miARN avec les ARNm afin de déterminer les cibles des miARN. Ces travaux ont permis la mise au point d'une méthode simple de prédiction de cibles de miARN dont les performances sont meilleures que les outils courant. Cette modélisation a aussi permis de mettre en lumière certaines conséquences insoupçonnées de l'effet des miARN, telle que la spécificité des cibles de miARN au contexte cellulaire et l'effet de saturation de certains ARNm par les miARN. Cette méthode peut également être utilisée pour identifier des ARNm dont la surexpression fait augmenter un autre ARNm par l'entremise de miARN partagés et dont les effets sur les ARNm non ciblés seraient minimaux. / microRNAs (miRNAs) are small non coding RNAs that repress the translation of their target genes by pairing to their messenger RNA (mRNA). The identification of miRNAs' biologically active targets is a difficult problem because their binding sites are defined by only seven nucleotides. In this thesis, I show that it is possible to model specific aspects of miRNAs to identify their biologically active targets through two modeling of each one aspect of miRNAs. The first modeling considers the miRNAs regulations through the identification of regulatory loops between miRNAs and transcription factors (TFs). Through this modeling, we identified over 700 miRNA/TF regulatory loops conserved between human and mouse. With the results of this modeling, we were able to identify, in particular, two regulatory loops between LMO2 and the miRNAs miR-223 and miR-363. Using hematopoietic stem cells and progenitor cells transplantation experiment we showed that miR-223 and miR-363 are involved in hematopoietic cell fate determination. The second modeling focuses directly on the interaction between miARN and messenger RNA (mRNA) to determine the miRNA targets. With this work, we developed a simple method for predicting miRNA targets that outperforms the current state of the art tool. This modeling also highlighted some unsuspected consequences of miRNA effects such as the cell context specificity and the saturation of mRNA targets by miRNA. This method can also be used to identify mRNAs whose overexpression increases the expression level of another mRNA through their shared miRNA and whose global effects on other genes are minimal.

L'imagerie hyperspectrale, qui consiste à acquérir l'image d'une scène dans un grand nombre de bandes spectrales, permet de détecter des cibles là où l'imagerie couleur classique ne permettrait pas de conclure. Les imageurs hyperspectraux à acquisition séquentielle sont inadaptés aux applications de détection en temps réel. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser un imageur multispectral snapshot, capable d'acquérir simultanément un nombre réduit de bandes spectrales sur un unique détecteur matriciel. Le capteur offrant un nombre de pixels limité, il est nécessaire de réaliser un compromis en choisissant soigneusement le nombre et les profils spectraux des filtres de l'imageur afin d'optimiser la performance de détection. Dans cet objectif, nous avons développé une méthode de sélection de bandes qui peut être utilisée dans la conception d'imageurs multispectraux basés sur une matrice de filtres fixes ou accordables. Nous montrons, à partir d'images hyperspectrales issues de différentes campagnes de mesure, que la sélection des bandes spectrales à acquérir peut conduire à des imageurs multispectraux capables de détecter des cibles ou des anomalies avec une efficacité de détection proche de celle obtenue avec une résolution hyperspectrale. Nous développons conjointement un démonstrateur constitué d'une matrice de 4 filtres de Fabry-Perot accordables électroniquement en vue de son implantation sur un imageur multispectral snapshot agile. Ces filtres sont développés en technologie MOEMS (microsystèmes opto-électro-mécaniques) en partenariat avec l'Institut d'Electronique Fondamentale. Nous présentons le dimensionnement optique du dispositif ainsi qu'une étude de tolérancement qui a permis de valider sa faisabilité.

Ce mémoire décrit mes travaux de thèse menés au sein de l'équipe ComSee (Computers that See) rattachée à l'axe ISPR (Image, Systèmes de Perception et Robotique) de l'Institut Pascal. Celle-ci a été financée par la société Vesalis par le biais d'une convention CIFRE avec l'Institut Pascal, subventionnée par l'ANRT (Association Nationale de la Recherche et de la Technologie). Les travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre de l'automatisation de la fouille d'archives vidéo intervenant lors d'enquêtes policières. L'application rattachée à cette thèse concerne la création automatique d'un album photo des individus apparaissant sur une séquence de vidéosurveillance. En s'appuyant sur un détecteur de visages, l'objectif est de regrouper par identité les visages détectés sur l'ensemble d'une séquence vidéo. Comme la reconnaissance faciale en environnement non-contrôlé reste difficilement exploitable, les travaux se sont orientés vers le suivi visuel multi-cibles global basé détections. Ce type de suivi est relativement récent. Il fait intervenir un détecteur d'objets et traite la vidéo dans son ensemble (en opposition au traitement séquentiel couramment utilisé). Cette problématique a été représentée par un modèle probabiliste de type Maximum A Posteriori. La recherche de ce maximum fait intervenir un algorithme de circulation de flot sur un graphe, issu de travaux antérieurs. Ceci permet l'obtention d'une solution optimale au problème (défini par l'a posteriori) du regroupement des détections pour le suivi. L'accent a particulièrement été mis sur la représentation de la similarité entre les détections qui s'intègre dans le terme de vraisemblance du modèle. Plusieurs mesures de similarités s'appuyant sur différents indices (temps, position dans l'image, apparence et mouvement local) ont été testées. Une méthode originale d'estimation de ces similarités entre les visages détectés a été développée pour fusionner les différentes informations et s'adapter à la situation rencontrée. Plusieurs expérimentations ont été menées sur des situations complexes, mais réalistes, de scènes de vidéosurveillance. Même si les qualités des albums construits ne satisfont pas encore à une utilisation pratique, le système de regroupement de détections mis en œuvre au cours de cette thèse donne déjà une première solution. Grâce au point de vue partitionnement de données adopté au cours de cette thèse, le suivi multi-cibles développé permet une extension simple à du suivi autre que celui des visages.

Les systèmes d'aide à la conduite, en général, et plus particulièrement les systèmes d'aide à l'évitement de collision sont de plus en plus en présents dans les véhicules car ils ont un très fort potentiel de réduction du nombre d'accidents de la circulation.En effet, ces systèmes ont pour rôle d'assister le conducteur, voire de se substituer à lui lorsque la situation de conduite indique un risque de collision important. Cette thèse traite du développement de ces systèmes en abordant quelques problématiques rencontrées.Afin de réagir convenablement, le système a d'abord besoin d'une représentation aussi fidèle que possible de l'environnement du véhicule. La perception est faite au moyen de capteurs extéroceptifs qui permettent de détecter les objets et d'en mesurer divers paramètres selon leur principe de mesure. La fusion des données individuelles des capteurs permet d'obtenir une information globale plus juste, plus certaine et plus variée. Ce travail traite en profondeur des méthodes de suivi d'objets par fusion de données multi-capteur, multimodale au niveau piste. Les approches proposées ont été évaluées puis approuvées grâce à des données de roulage réel et sur des données de conduite simulées.Il est ensuite nécessaire de faire une analyse de la scène perçue au cours du temps afin d'évaluer le risque de collision encouru par le véhicule porteur du système. Cette thèse propose des méthodes de prédiction de trajectoire et de calcul de probabilité de collision, à divers horizons temporels afin de quantifier le risque de collision et d'établir ainsi divers niveaux d'alerte au conducteur. Un simulateur de scénarios automobiles a été utilisé pour valider la cohérence des méthodes d'analyse de scène.Enfin, lorsque le risque de collision atteint un seuil jugé critique, le système doit calculer une trajectoire d'évitement de collision qui sera ensuite automatiquement exécutée. Les principales approches de planification de trajectoires ont été revues et un choix a été fait et motivé en accord avec le contexte de système d'aide à la conduite.

L’utilisation croissante de systèmes électroniques miniaturisés induit une forte demande en microsources d’énergie performantes, telles que les microbatteries au lithium. En vue d’améliorer les propriétés de l’électrolyte, nous avons étudié les propriétés électriques et thermomécaniques d’électrolytes solides de type borate de lithium. Une corrélation entre la conductivité ionique et le coefficient de dilatation thermique (CTE) a été mise en évidence pour différentes compositions de verres massifs. A partir des résultats de CTE obtenus, un modèle de prédiction basé sur les travaux de Appen permettant la détermination de ce dernier en fonction de la composition chimique a été développé. Dans un second temps, différentes techniques de préparation de cibles denses nitrurées ont été mises en œuvre afin d’abaisser le CTE de la cible et ainsi permettre son utilisation sur une plus longue durée. Par ailleurs, l’utilisation d’une cible nitrurée a également été envisagée pour augmenter la teneur en azote dans les couches minces. Finalement, des couches minces d’électrolyte de différentes compositions ont été préparées par pulvérisation cathodique (sous plasma d’argon ou d’azote pur) et ont fait l’objet d’une caractérisation chimique, structurale, électrique et thermomécanique. Le rôle bénéfique de l’azote sur la conductivité ionique des couches minces a ainsi pu être confirmé. / The growing use of miniaturized electronic devices results in a strong demand in high-performance energy microsources, such as lithium microbatteries. In order to improve electrolyte properties, we have studied the electrical and thermomechanical properties of bulk electrolyte based on lithium borate glasses. A correlation between ionic conductivity and thermal expansion coefficient has been evidenced for bulk materials. Further to CTE results, a predicting model based on studies leaded by Appen allowing a determination of CTE as a function of the chemical composition has been developed. In a second time, different preparation techniques of dense nitrated targets have been implemented in order to decrease their CTE and to allow their use for a longer period. Otherwise, nitrated targets have also been considered to increase the nitrogen content in thin films. Finally, electrolyte thin films of different compositions have been prepared by rf magnetron sputtering (under pure argon or nitrogen gas) and have been chemically, structurally, electrically and thermomecanically characterized. The favorable influence of nitrogen on the ionic conductivity of thin films has been confirmed.

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Cette thèse comprend deux axes de recherche. D´abord, un nouveau cadre méthodologique pour évaluer la conformité des données RSO (Radar à Synthèse d’Ouverture) multivariées à haute résolution spatiale est proposé en termes de statistique asymptotique par rapport au modèle produit. Plus précisément, la symétrie sphérique est étudiée en appliquant un test d'hypothèses sur la structure de la matrice de quadri-covariance. Deux jeux de données, simulées et réelles, sont prises en considération pour étudier la performance du test obtenu par l’analyse qualitative et quantitative des résultats. La conclusion la plus importante, en ce qui concerne la méthodologie employée dans l'analyse des données RSO multivariées, est que, selon les différents cas d’usages, une partie considérable de données hétérogènes peut ne pas s’ajuster asymptotiquement au modèle produit. Par conséquent, les algorithmes de classification et/ou détection conventionnels développés sur la base de celui-ci deviennent sub-optimaux. Cette observation met en évidence la nécessité de développer de modèles plus sophistiqués comme l'Analyse en Composantes Indépendantes, ce qui conduit à la deuxième partie de cette thèse qui consiste en l’étude du biais d’estimation des paramètres TSVM (Target Scattering Vector Model) lorsque l’ACP est utilisée. Enfin, les performances de l'algorithme sont également évaluées sous l'hypothèse du bruit gaussien corrélé spatialement. L’évaluation théorique de l'ACI comme un outil de type ICTD (In Coherent Target Decomposition) polarimétrique permet une analyse plus efficace de l’apport d’information fourni. A ce but, deux espaces de représentation sont utilisé, notamment H /alpha et TSVM / This thesis comprises two research axes. First, a new methodological framework to assess the conformity of multivariate high-resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) data with respect to the Spherically Invariant Random Vector model in terms of asymptotic statistics is proposed. More precisely, spherical symmetry is investigated by applying statistical hypotheses testing on the structure of the quadricovariance matrix. Both simulated and real data are taken into consideration to investigate the performance of the derived test by a detailed qualitative and quantitative analysis. The most important conclusion drawn, regarding the methodology employed in analysing SAR data, is that, depending on the scenario under study, a considerable portion of high heterogeneous data may not fit the aforementioned model. Therefore, traditional detection and classification algorithms developed based on the latter become sub-optimal when applied in such kind of regions. This assertion highlights for the need of the development of model independent algorithms, like the Independent Component Analysis, what leads to the second part of the thesis. A Monte Carlo approach is performed in order to investigate the bias in estimating the Touzi's Target Scattering Vector Model (TSVM) parameters when ICA is employed using a sliding window approach under different scenarios. Finally, the performance of the algorithm is also evaluated under Gaussian clutter assumption and when spatial correlation is introduced in the model. These theoretical assessment of ICA based ICTD enables a more efficient analysis of the potential new information provided by the ICA based ICTD. Both Touzi TSVM as well as Cloude and Pottier H/alpha feature space are then taken into consideration for that purpose. The combined use of ICA and Touzi TSVM is straightforward, indicating new, but not groundbreaking information, when compared to the Eigenvector approach. Nevertheless, the analysis of the combined use of ICA and Cloude and Pottier H/alpha feature space revealed a potential aspect of the Independent Component Analysis based ICTD, which can not be matched by the Eigenvector approach. ICA does not introduce any unfeasible region in the H/alpha plane, increasing the range of possible natural phenomenons depicted in the aforementioned feature space.

Pointer et sélectionner une cible avec un curseur est une interaction omniprésente dans l'utilisation des ordinateurs. La sélection peut néanmoins être difficile à réaliser si le contrôle du curseur n'est pas aisé, ou encore si la cible est petite ou distante. Aussi, faciliter la sélection de cibles est un thème essentiel et actif en Interaction Homme-Machine (IHM) et les techniques conçues sont nombreuses.Notre travail de recherche se focalise sur l'étude des techniques d'expansion de cibles. Celles-ci facilitent le pointage et la sélection en allouant à une cible une plus grande zone active, sans toutefois modifier la cible elle-même. L'algorithme d'expansion d'une technique détermine la zone active étendue de chaque cible, tandis que l'aide visuelle de la technique fournit à l'utilisateur les informations nécessaires pour exploiter l'expansion lors du pointage et sélection. Notre travail est dédié à l'aide visuelle des techniques d'expansion de cibles en abordant leur conception et leur impact sur les performances.Nous proposons dans un premier temps un espace de conception des aides visuelles. Cet espace est accompagné d'une notation matricielle de description des aides visuelles et permet une classification des techniques d'expansion existantes. Son pouvoir génératif s'illustre par la création de huit techniques d'expansion, que nous évaluons au travers de deux expériences en laboratoire. Les résultats de ces deux expériences nous permettent de formuler un ensemble de recommandations pour les concepteurs de techniques d'expansion.Nous avançons ensuite un modèle conceptuel de performance des techniques d'expansion. Ce modèle s'appuie sur la notion de pertinence de l'information contenue dans l'aide visuelle des techniques. Il considère une tâche de sélection sous l'angle cognitif en la décomposant en trois phases déterminées par les buts de l'utilisateur : la phase préliminaire au geste, la phase de transfert du curseur vers la cible et la phase de validation de la sélection. Nous confrontons ce modèle de performance avec des résultats expérimentaux de la littérature et d'une troisième expérience en laboratoire.Nos contributions sont appliquées à l'interaction chirurgien-ordinateur en contexte per-opératoire, c'est-à-dire en bloc opératoire durant une intervention chirurgicale. En particulier, l'entreprise partenaire de cette thèse CIFRE, Aesculap, intègre dans la prochaine version du produit OrthoPilot, un système informatique pour la chirurgie orthopédique, une des techniques d'expansion étudiées. Nous présentons également Medical TapTap, une nouvelle technique d'interaction gestuelle au pied conçue pour la validation de la sélection en contexte per-opératoire. / Pointing to/ Selecting targets is an elementary task universally present in graphical user interfaces (GUI). This task can be difficult to perform if the control of the cursor is not easy or if the target is far away or small. Thus facilitating target selection is a fundamental and active research topic in Human-Computer Interaction (HCI) and researchers have proposed numerous targeting assistance techniques.Our research focuses on targeting assistance techniques that allocate larger activation areas to targets. Such target expansion techniques rely on two basic elements: the expansion algorithm and the visual aid. The expansion algorithm distributes partly or wholly the free space among the targets. The visual aid presents the resulting target expansion to the users. Our work is dedicated to the visual aid that enables the users to take full advantage of the target expansion technique during the pointing/selection tasks.We first propose a three-axes design space for visual aid mechanisms. We further define a matrix-based notation for concisely describing a target expansion technique along the three design axes. We provide an analytical exploration of the design space by classifying existing target expansion techniques and by designing eight novel target expansion techniques, thus demonstrating the generative power of the design space. We also provide an experimental exploration of the design space by conducting two in-lab experiments. Based on the experimental results, we build a set of design recommendations.We then put forward a conceptual predictive model of performance. The model relies on a systematic analysis of the relevance of the visual aid provided by a target expansion technique based on the three goal-oriented phases of a selection task: the starting phase to initiate the movement towards the target, the transfer phase to bring the cursor into the goal target and the selection validation phase. To test the model we consider experimental results of the literature and of a third conducted in-lab experiment.Our contributions are applied to the field of Augmented Surgery and in particular interaction with a distant screen during a surgery in the operating theatre. As part of a Aesculap-CIFRE thesis, the next version of the product Aesculap’s OrthoPilot® Navigation System for orthopaedic surgery will include a target expansion technique for facilitating target selection by the surgeon in the operating theatre. We also provide a new foot gesture-based technique, namely Medical TapTap, for the validation of selection in the operating theatre.