Dans ce mémoire, nous présentons quelques facettes de l'étude statistique des plans par regroupement, qui nous ont paru particulièrement représentatives. Comme on rencontre les méthodologies faisant appel aux plans par regroupement surtout en génétique, nommément en génétique expérimentale, où du reste ces méthodologies s'y révèlent remarquablement adéquates, nous présentons d'abord en le chapitre l, en guise de préalable à la suite du mémoire, un certain nombre d'éléments de génétique et, en particulier, nous y présentons la notion de sonde, qui est en quelque sorte une « constante », puisque cette notion est sous-jacente à toutes les méthodologies que nous présentons ici, au sens où, plus précisément, cette notion est centrale dans ce qui motive toutes ces méthodologies. Dans le chapitre 2, nous présentons le concept de complexe simplicial. Ce concept a ceci de remarquable qu'il donne lieu à des plans par regroupement grâce auxquels on peut déterminer tous les éléments positifs à partir de la donnée des groupes positifs. Nous introduisons ensuite dans le chapitre 3 une nouvelle espèce de structures, à savoir l'espèce des plans ordonnés. Nous en déduisons ensuite une formule pour l'espérance du nombre d'éléments négatifs indéterminés dans le cas des plans par regroupement ordinaires. Nous présentons aussi une méthode, que nous qualifions d'ensembliste, pour la détermination de probabilités toujours dans le cas des plans ordonnés. Nous pensons avoir détecté une faille dans le cours du raisonnement de l'auteur de cette méthode et en proposons une solution de rechange. Dans le chapitre 4, nous présentons une méthode d'estimation de l'espérance d'un certain estimateur du nombre d'éléments positifs, estimateur que nous y définissons, pour une classe particulière de plans par regroupement, à savoir la classe des plans hypercubiques. Nous présentons ensuite différentes facettes de la mise en application de l'estimateur de Monte Carlo de l'espérance de cet estimateur-là. Cette mise en application nous permet finalement dans le chapitre 5 d'obtenir des tables d'estimations de cet estimateur pour différentes valeurs des paramètres de cette classe de plans, et pour différentes valeurs du paramètre de la loi de probabilité associée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Génomique, Complexe simplicial, Plan par regroupement, Plan ordonné, Plan hypercubique.

La combinatoire élémentaire ou le dénombrement évoque pour beaucoup d'élèves de nombreuses expériences négatives, lorsqu'elle est un objet explicite d'enseignement, l'accent étant souvent mis dans cet enseignement sur le recours à des formules de dénombrement que les élèves ne peuvent rattacher à des modèles de situations (Grenier et Payan, 1998). Dans cette recherche nous sommes intéressé à explorer des voies et moyens permettant d'associer des expériences plus positives à la résolution de problèmes combinatoires, et ce dès les premières années du secondaire. Un tel pari apparaît d'autant plus pertinent que plusieurs études soulignent d'une part non seulement des caractéristiques intéressantes des problèmes combinatoires, soit le fait qu'ils n'exigent presque aucun prérequis notionnel de la part des élèves (Kapur, 1970) et qu'ils sont très peu mathématisés (Grenier et Payan, 1998). Elles soulignent également les accomplissements des élèves qui sont capables, lorsque les situations qu'on leur propose sont bien choisies, de développer des heuristiques puissantes, d'inventer des méthodes de justification ou de validation (Maher, Martino et Alston, 1993; Powell et Maher, 2002). Les problèmes combinatoires apparaissent ainsi intéressants à travailler à différents niveaux d'enseignement et se prêtent au développement de plusieurs processus mathématiques tels la mathématisation, la preuve, le raisonnement inductif (Kapur, 1970; Dubois, 1984; Batanero, Godino et Navarro-Pelayo, 1994; Sriraman et English, 2004). C'est à l'un de ces processus, la modélisation que nous nous sommes plus particulièrement attardé, rejoignant en cela d'autres chercheurs comme Grenier et Payan (1998), mais aussi le nouveau programme de mathématiques du premier cycle du secondaire de l'école québécoise (MELS, 2003) dans lequel la modélisation est associée à la compétence à résoudre des situations-problèmes. Dans la perspective théorique particulière que nous retenons sur la modélisation, celle d'une « modélisation émergente » (Gravemeijer, 2007), l'accent est mis sur l'activité informelle des élèves à qui il faut donner l'opportunité de créer des « modèles spontanés » et par la suite de les revisiter, les raffiner et au besoin de les généraliser (Gravemeijer, 1999). L'élaboration d'une approche d'enseignement mettant l'accent sur l'exploitation de problèmes de dénombrement et le développement du processus de modélisation exige toutefois que le chercheur se donne également une perspective particulière pour aborder la conceptualisation de ces scénarios d'enseignement. Plusieurs recherches ont contribué à développer des situations et séquences sur l'exploration de la combinatoire. Dans ce cas, les séquences ont pour l'essentiel été élaborées par les chercheurs, à partir d'analyses didactiques préalables, et ce, pour les apprentissages potentiels qu'elles favorisent chez les élèves (Glaymann et Varga, 1975; Fischbein et Gazit, 1988; Batanero, Godino et Navarro-Pelayo, 1994). Bien sûr, dans le cas de ces différents travaux portant sur la combinatoire et son exploitation, des expérimentations ont été réalisées en classe auprès d'élèves, et des enseignants ont souvent été impliqués dans l'implantation de ces situations. Toutefois, le rôle qu'y jouent ces enseignants demeure limité à ces expérimentations. Leurs visions quant à la manière dont un tel sujet peut se développer et fonctionner en pratique, leurs connaissances, leur savoir d'expérience n'est pas vraiment pris en compte dans la conceptualisation des situations élaborées, qui demeurent donc ici sous l'entière responsabilité des chercheurs. La perspective adoptée par les chercheurs dans ce cas, vis-à-vis de l'enseignant, s'inscrit dans le courant plus global de la recherche en didactique des mathématiques au plan international dans les années 1990 (Hoyles, 1992; Ponte, 1994; Jaworski, sous presse). Cette prise en compte de l'enseignant, de la complexité du travail auquel il fait face dans la pratique, des connaissances qu'il construit -en pratique, est en effet un phénomène relativement récent (Jaworski, sous presse). C'est dans cette dernière perspective que se place notre travail. Pour construire des situations fécondes sur le plan des apprentissages des élèves, mais aussi viables dans les pratiques des enseignants, tenant compte des contraintes et de la complexité de leur pratique, il nous apparaît en effet nécessaire de prendre en compte le point de vue des enseignants, leur savoir d'expérience, leurs connaissances dans la construction même de scénarios visant le développement du processus de modélisation. Nous avons cherché à documenter, de l'intérieur d'une démarche conjointe d'élaboration d'un tel scénario, les apports respectifs du chercheur et de l'enseignant sous l'angle: des problèmes de dénombrement élaborés; du processus de modélisation développé par les élèves en lien avec ces problèmes et leur exploitation; de l'enseignement visant le développement de ce processus. Une recherche collaborative a été menée à cette fin, impliquant le chercheur et un enseignant de mathématique au secondaire qui ont eu à élaborer et expérimenter dans deux classes de secondaire 1 d'une école de la région de Montréal deux scénarios, un premier en novembre 2006 et un second en mai 2007. La démarche de recherche a pris la forme de rencontres réflexives d'élaboration des scénarios et de retour sur les scénarios expérimentés (le dialogue initié lors de ces rencontres se poursuivant sous une forme virtuelle). Le matériau engrangé puis analysé est donc constitué principalement des verbatims des rencontres réflexives de construction des scénarios et de retour sur les scénarios (bilans et récits d'expérimentation). Une analyse par théorisation ancrée (Glaser et Strauss, 1967) nous a permis de dégager de multiples ressources mobilisées par l'enseignant et le chercheur, nous édifiant ainsi sur leur éclairage respectif sur : les problèmes de dénombrement en jeu, le processus de modélisation par les élèves et l'enseignement visant le développement de ce processus. Ces ressources sont de deux sortes: des ressources interprétatives, c'est-à-dire permettant de donner un sens, de proposer une certaine lecture des aspects abordés dans ce travail conjoint d'élaboration de scénarios, et des ressources d'action, c'est-à-dire des ressources prenant la forme de suggestions de manières de faire, de propositions d'aménagement ou d'animation. Ces ressources, interprétatives et d'action, puisent aux cadres de référence du chercheur et de l'enseignant, mais elles montrent une certaine sensibilité théorique et une capacité d'interprétation. Selon le cas, la lecture interprétative de l'enseignant confirme, réfute, nuance ou étend celle du chercheur qui, au demeurant, témoigne d'une certaine sensibilité pratique, sensibilités théorique et pratique n'étant en définitive l'apanage ni de l'un ni de l'autre. Notre étude permet donc d'élargir la notion de ressources interprétatives telle que l'envisage la sociologie de l'expérience qui la définit surtout en termes de ressources argumentatives et critiques permettant aux acteurs de prendre position par rapport aux élaborations, théories proposées par les chercheurs (Dubet, 1994). Dans une telle perspective, le croisement est vu de façon dichotomique, en termes uniquement des accords et des désaccords entre les acteurs et les chercheurs. Entre les deux, l'accord et la réfutation, avons-nous montré, il y a l'espace d'une nuance, d'une extension. Enfin, dans l'optique du développement du processus de modélisation en début secondaire, l'analyse nous a permis de mettre en évidence des caractéristiques que l'on gagnerait à retrouver dans des problèmes combinatoires, d'identifier des routines d'appui et d'échanges à installer puis à maintenir dans la classe et ce pour installer une culture de modélisation (Tanner et Jones, 1994). Ce travail sur la modélisation s'inscrlt dans une pragmatique de la résolution de problèmes questionnant à la fois la prépondérance dans l'enseignement des problèmes d'application et la recherche à tout prix de l'efficacité chez les élèves. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Ressources, Interprétation, Action, Développement, Modélisation.

Dans cette thèse, différents problèmes de la combinatoire des mots et de géométrie discrète sont considérés. Nous étudions d'abord l'occurrence des palindromes dans les codages de rotations, une famille de mots incluant entre autres les mots sturmiens et les suites de Rote. En particulier, nous démontrons que ces mots sont pleins, c'est-à-dire qu'ils réalisent la complexité palindromique maximale. Ensuite, nous étudions une nouvelle famille de mots, appelés mots pseudostandards généralisés, qui sont générés à l'aide d'un opérateur appelé clôture pseudopalindromique itérée. Nous présentons entre autres une généralisation d'une formule décrite par Justin qui permet de générer de façon linéaire et optimale un mot pseudostandard généralisé. L'objet central, le f-palindrome ou pseudopalindrome est un indicateur des symétries présentes dans les objets géométriques. Dans les derniers chapitres, nous nous concentrons davantage sur des problèmes de nature géométrique. Plus précisément, nous donnons la solution à deux conjectures de Provençal concernant les pavages par translation, en exploitant la présence dé palindromes et de périodicité locale dans les mots de contour. À la fin de plusieurs chapitres, différents problèmes ouverts et conjectures sont brièvement présentés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Palindrome, pseudopalindrome, clôture pseudopalindromique itérée, codages de rotations, symétries, chemins discrets, pavages.

Cette thèse, constituée d'une série d'articles, considère des questions issues de la géométrie discrète en les traitant du point de vue de la combinatoire des mots qui s'avère un outil puissant et approprié pour les résoudre. Nous utilisons les mots soit pour représenter un chemin dans Z2 ou Z3, soit pour coder la suite des virages d'un chemin ou le contour d'une figure discrète fermée. Parmi les thèmes abordés, on compte les pavages du plan par polyominos, la notion de complexité en facteurs palindromes et la génération de droites discrètes 3D. La première partie concerne les pavages du plan où nous étudions le nombre de pavages réguliers du plan par une tuile carrée, c'est-à-dire une tuile ayant quatre tuiles adjacentes identiques. Il s'avère que certaines tuiles carrées pavent le plan de deux façons distinctes et elles sont appelées doubles carrées. Nous démontrons d'abord qu'il y a au plus deux tels pavages réguliers par une tuile carrée. Ensuite, nous considérons deux familles particulières de tuiles doubles carrées : les tuiles de Christoffel et les tuiles de Fibonacci. Ces deux familles décrivent les plus petits exemples de tuiles doubles carrées et peuvent être définies à partir des mots de Christoffel et du mot de Fibonacci par des règles de substitution et de concaténation. Les tuiles de Fibonacci définissent aussi une fractale, obtenue par un chemin auto-évitant, dont nous avons calculé plusieurs statistiques, comme le rapport de l'aire de la fractale sur l'aire de son enveloppe convexe. Dans l'article suivant, nous démontrons que tout double carré indécomposable est invariant sous une rotation de 180 degrés. Cette propriété géométrique est équivalente au fait que le mot de contour de la tuile se factorise en un produit de palindromes. Notre preuve repose sur une méthode de génération exhaustive des tuiles doubles carrées. La deuxième partie concerne la complexité palindromique - le nombre de facteurs palindromes distincts -, un sujet propre à la combinatoire des mots. Nous y considérons quatre classes de complexité palindromique qui découlent naturellement de la notion de défaut. Nous caractérisons notamment les mots de complexité palindromique minimale sur un alphabet à deux lettres et nous démontrons que les mots infinis obtenus par codage de rotations sur deux intervalles atteignent la complexité palindromique maximale. Dans une troisième partie, nous proposons une méthode basée sur des algorithmes de fractions continues multidimensionnelles pour la génération de droite discrètes 3D 6-connexes. Les expérimentations illustrent que la complexité en facteurs des mots ainsi générés serait linéaire. Cela se compare avantageusement aux autres définitions de droites discrètes 3D 6-connexes dont la complexité en facteurs est quadratique. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : combinatoire des mots, géométrie discrète, pavage, polyomino, complexité palindromique, droite discrète, algorithme de fractions continues multidimensionnelles.

Cette thèse présente principalement des résultats sur la combinatoire des droites et segments qui apparaissent naturellement dans l'étude des problèmes de visibilité en trois dimensions. Nous exposons en premier lieu des résultats sur la taille de la silhouette d'un objet vu d'un point, c'est à dire sur la complexite de l'ensemble des droites ou segments tangents à l'objet et passant par le point. Nous présentons en particulier les premières bornes théoriques non triviales pour des polyèdres non-convexes, à savoir que, sous des hypothèses raisonnables, la complexité moyenne de la silhouette est au plus la racine carrée de la complexité du polyèdre, phénomène largement observé en infographie. Nous présentons aussi des bornes, en moyenne et dans le cas le pire, sur le nombre de droites et segments tangents à quatre objets dans une scène composée d'objets polyédriques ou sphériques. Ces bornes donnent en particulier l'espoir que la complexité des structures de données globales comme le complexe de visibilité ne soit pas nécessairement prohibitive. Les bornes sur les polytopes sont également les premières à tirer parti des propriétés structurelles des scènes composées de triangles organisés en polytopes de facon réaliste, c'est à dire non nécessairement disjoints. Ces bornes induisent enfin les premières bornes non triviales sur la complexité des ombres induites par des sources lumineuses non ponctuelles. Les résultats presentés dans cette thèse améliorent significativement l'état de l'art sur les propriétés combinatoires des structures de visibilité en trois dimensions et devraient favoriser les développements algorithmiques futurs pour ces problèmes.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Systèmes industriels : Toulouse, INPT : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 183 réf.

Thèse doctorat : Informatique : Villeurbanne, INSA : 2003. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 140-148.

Thèse de doctorat : Informatique : Lyon, École normale supérieure (sciences) : 2006. / Bibliogr. p. 161-175.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Informatique, programmation et systèmes : Toulouse, INPT : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 71 réf.

Thèse doctorat : Biologie. Bioinformatique : Rennes 1 : 2007. / Bibliogr. p. 171-183.