A la frontière entre musique et mathématiques, cette étude présente un espace musical géométrique original utilisé pour l'analyse et la pédagogie.En utilisant différentes méthodes, les mathématiciens et théoriciens de la musique ont démontré que notre espace des hauteurs tempéré à douze notes peut être considéré comme une combinaison de tierces mineurs et majeures. Nous utilisons le produit cartésien de deux graphes circulaires C3□C4 pour construire le graphe Planet qui répond à ce concept. Comme la décomposition implique deux ensembles et que chaque classe de hauteur est la combinaison unique de ces deux sous-groupes, nous utilisons une coloration en termes de graphes par des nombres complexes et introduisons le concept d'idéogrammes à deux dimensions. Nous effectuons une analyse spectrale du graphe Planet pour déterminer ses espaces propres et obtenir des coordonnées géométriques. Le modèle qui en résulte est appelé Planet-4D, il offre à chaque symbole une position physiquement équivalente. Il comporte plus de symétries que tout modèle discret 3D. A partir de ce modèle, nous construisons une représentation en quatre dimensions où les accords parfaits se trouvent en surface d'une hypersphère. Nous étendons enfin le concept principal pour afficher n'importe quel agrégat de notes sur l'hypersphère dans un cadre atonal. Dans une seconde partie, nous modélisons sous forme de graphes des objets musicaux existants : claviers, réseaux de notes (Tonnetze) ou d'accords ainsi que des schémas de modulation. Nous appliquons des projections spectrales afin de visualiser les symétries inhérentes à ces objets et terminons par des études d'œuvres tonales et atonales, effectuées avec le système de visualisation inventé.

Notre travail concerne l'extraction de lexiques bilingues à partir de corpus comparables, avec une application à la traduction spécialisée. Nous avons d'abord évalué les méthodes classiques d'acquisition de lexiques en corpus comparables (basées l'hypothèse distributionnelle : plus deux termes apparaissent dans des contextes similaires, plus il y a de chances qu'ils soient des traductions) d'un point de vue applicatif. L'évaluation a montré que les traducteurs sont mal à l'aise avec les lexiques extraits : la traduction correcte est trop souvent noyée dans une liste de traductions candidates et ils préfèreraient utiliser un lexique plus petit mais plus précis. Partant de ce constat, nous nous sommes orientés vers une autre approche qui a fait récemment ses preuves pour l'exploitation des corpus comparables et produit des lexiques plus adaptés aux besoins des traducteurs : la traduction compositionnelle (la traduction du terme source est fonction de la traduction de ses parties). Nous nous sommes concentrés sur la traduction d'unités monolexicales : le terme source est découpé en morphèmes, les morphèmes sont traduits puis recomposés en un terme cible. Dans ce cadre, nous avons poursuivi trois axes de recherche : la génération de traductions fertiles (cas où le terme cible contient plus de mots lexicaux que le terme source), l'indépendance aux structures morphologiques et l'ordonnancement des traductions candidates.

Les processus morphogénétiques sont les processus qui sous-tendent l'émergence de la forme. Leur étude consiste à décrire, comprendre et expliquer comment les formes apparaissent et évoluent. Pour cela, une approche computationnelle basée sur la simulation numérique, c'est à dire sur la réalisation d'expérience in silico a été utilisée et appliquée à deux cas morphogénétiques en particulier. Le premier cas a concerné la motilité cellulaire, c'est à dire l'étude des mécanismes à l'origine des mouvements et de la forme de la cellule. Une plateforme de modélisation hybride a pour cela été développée. Elle couple un modèle continu des déformations membranaires qui résultent de la dynamique spatio-temporelle de l'actine à un modèle discret de type automate cellulaire pour rendre compte de la nature discrète des adhésions et des fibres du cytosquelette de la cellule. Plusieurs situations expérimentales ont été considérées de la migration de la cellule aux formes cellulaires observées sur des substrats patternés (c'est à dire qui présentent des motifs adhésifs contrôlés) et ont permis de développer progressivement les différents éléments de la plateforme. Le second cas morphogénétique considéré a concerné la croissance vasculaire à travers différentes approches. Une approche expérimentale a eu pour but de mettre en évidence l'impact de la rigidité du substrat sur la formation de cordons vasculaires in vitro. La seconde approche a porté sur le développement d'un modèle computationnel hybride pour rendre compte de la croissance vasculaire dans le contexte de l'angiogenèse tumorale. Le modèle hybride couple une formulation continue pour d écrire les processus de diffusion des différentes espèces moléculaires impliquées (tels que les facteurs de croissance ou l'oxygène) à une formulation discrète pour d écrire la migration individuelle des cellules endothéliales formant les vaisseaux. La structure modulaire du modèle computationnel a de plus permis d'int égrer les mécanismes d'adaptation du diamètre des vaisseaux qui résultent des contraintes hémodynamiques c'est à dire liées au flux sanguin. La plateforme computationnelle a été développée par la suite pour intégrer un module de croissance tumorale et un module sur les moyens d'actions thérapeutiques, dans le cadre du projet CATS pour Computer-Assisted Therapeutic Strategy. L'ambition de ce projet en cours de développement, est de mettre au point une tumeur virtuelle destinée à tester et à optimiser de nouveaux protocoles thérapeutiques.

Ce mémoire résume mon parcours de recherche lors des dix dernières années. Ces travaux de recherche se trouvent à la croisée des chemins entre les mathématiques appliquées et le traitement du signal et des images. Ils s'articulent autour du triptyque: (i) modélisation stochastique-estimation statistique; (ii) analyse harmonique computationnelle-représentations parcimonieuses; (iii) optimisation. Ces trois piliers constituent le socle théorique de mes activités pour développer des approches originales capables de résoudre des problèmes classiques en traitement d'images comme les problèmes inverses en restauration et reconstruction, la séparation de sources, la segmentation, la détection, ou encore la théorie de l'échantillonnage compressé (compressed sensing). Ces travaux ont été appliqués à plusieurs modalités d'imagerie comme l'imagerie médicale et biomédicale (IRM fonctionnelle, échographie, microscopie confocale), le contrôle non destructif et l'imagerie astronomique.

Dans le cadre de notre thèse, nous avons proposé une approche générique multilingue d'extraction automatique de connaissances. Nous avons validé l‟approche sur l'extraction des événements de variations des cours pétroliers et l‟extraction des expressions temporelles liées à des référentiels. Notre approche est basée sur la constitution de plusieurs cartes sémantiques par analyse des données non structurées afin de formaliser les traces linguistiques textuelles exprimées par des catégories d'un point de vue de fouille. Nous avons mis en place un système expert permettant d‟annoter la présence des catégories en utilisant des groupes de règles. Deux algorithmes d'annotation AnnotEV et AnnotEC ont été appliqués, dans la plateforme SemanTAS. Le rappel et précision de notre système d'annotation est autour de 80%. Nous avons présenté les résultats aussi sous forme des fiches de synthèses. Nous avons validé l'aspect Multilingue de l'approche sur la langue française et arabe, et l'aspect généricité et scalabilité en testant sur plusieurs corpus de taille confédérale. / In this thesis, we proposed a multilingual generic approach for the automatic information extraction. Particularly, events extraction of price variation and temporal information extraction linked to temporal referential. Our approach is based on the constitution of several semantic maps by textual analysis in order to formalize the linguistic traces expressed by categories. We created a database for an expert system to identify and annotate information (categories and their characteristics) based on the contextual rule groups. Two algorithms AnnotEC and AnnotEV have been applied in the SemanTAS platform to validate our assumptions. We have obtained a satisfactory result; Accuracy and recall are around 80%. We presented extracted knowledge by a summary file. In order to approve the multilingual aspect of our approach, we have carried out experiments on French and Arabic. We confirmed the scalability level by the annotation of large corpus.

Ce travail présente un modèle théorique de morphogenèse animale, sous la forme d’un système complexe émergeant de nombreux comportements, processus internes, expressions et interactions cellulaires. Son implémentation repose sur un automate cellulaire orienté système multi-agents avec un couplage énergico-génétique entre les dynamiques cellulaires et les ressources.Notre objectif est de proposer des outils permettant l’étude numérique du développement de tissus cellulaires à travers une approche hybride (discrète/continue et qualitative/quantitative) pour modéliser les aspects génétiques, énergétiques et comportementaux des cellules. La modélisation de ces aspects s’inspire des principes de la théorie de la viabilité et des données expérimentales sur les premiers stades de division de l’embryon du poisson-zèbre.La théorie de la viabilité appliquée à la morphogenèse pose cependant de nouveaux défis en informatique pour pouvoir implémenter des algorithmes dédiés aux dynamiques morphologiques. Le choix de données biologiques pertinentes à considérer dans le modèle à proposer, la conception d’un modèle basé sur une théorie nouvelle, l’implémentation d’algorithmes adaptés reposant sur des processeurs puissants et le choix d’expérimentations pour éprouver nos propositions sont les enjeux fondamentaux de ces travaux. Les hypothèses que nous proposons sont discutées au moyen d’expérimentations in silico qui ont porté principalement sur l’atteignabilité et la capturabilité de formes de tissus ; sur la viabilité de l’évolution d’un tissu pour un horizon de temps ; sur la mise en évidence de nouvelles propriétés de tissus et la simulation de mécanismes tissulaires essentiels pour leur contrôlabilité face à des perturbations ; sur de nouvelles méthodes de caractérisation de tissus pathologiques, etc. De telles propositions doivent venir en appoint aux expérimentations in vitro et in vivo et permettre à terme de mieux comprendre les mécanismes régissant le développement de tissus. Plus particulièrement, nous avons mis en évidence lors du calcul de noyaux de viabilité les relations de causalité ascendante reliant la maintenance des cellules en fonction des ressources énergétiques disponibles et la viabilité du tissu en croissance. La dynamique de chaque cellule est associée à sa constitution énergétique et génétique. Le modèle est paramétré à travers une interface permettant de prendre en compte le nombre de coeurs à solliciter pour la simulation afin d’exploiter la puissance de calcul offerte par les matériels multi-coeurs. / This work presents a theoretical model of animal morphogenesis, as a complex system from which emerge cellular behaviors, internal processes, interactions and expressions. Its implementation is based on a cellular automaton oriented multi-agent system with an energico-genetic coupling between the cellular dynamics and resources. Our main purpose is to provide tools for the numerical study of tissue development through a hybrid approach (discrete/continuous and qualitative/quantitative) that models genetic, behavioral and energetic aspects of cells. The modeling of these aspects is based on the principles of viability theory and on experimental data on the early stages of the zebrafish embryo division. The viability theory applied to the morphogenesis, however, raises new challenges in computer science to implement algorithms dedicated to morphological dynamics. The choice of relevant biological data to be considered in the model to propose, the design of a model based on a new theory, the implementation of suitable algorithms based on powerful processors and the choice of experiments to test our proposals are fundamental issues of this work. The assumptions we offer are discussed using in silico experiments that focused on the reachability and catchability of tissue forms ; on the viability of the evolution of a tissue for a time horizon ; on the discovery of new tissue properties and simulation of tissue mechanisms that are fondamental for their controllability face to disruptions ; on new pathological tissue characterization methods, etc. Such proposals must come extra to support experiments in vitro and in vivo and eventually allow a better understanding of the mechanisms governing the development of tissues.In particular, we have highlighted through the computing of viability kernels the bottom causal relationship between the maintenance of cells according to available energy resources and the viability of the tissue in growth. The model is set through an interface that takes into account the number of cores to solicit for simulation in order to exploit the computing power offered by multicore hardware.

Le trouble du spectre de l’autisme (TSA) est défini par l’atteinte de deux domaines: une diminution de la réciprocité sociale et une inflexibilité comportementale. Il n'existe pas de test diagnostique ni de mesure des mécanismes impliqués. En population adulte TSA, l’utilisation d’un jeu d’interaction dynamique, dyadique et intégratif présentant alternativement un contexte social ou non social, a permis d’obtenir un phénotype computationnel de la réciprocité sociale révélant une insensibilité au type de contexte, une utilisation de stratégie spécifique à ce groupe et une variation de performance dépendante de la sophistication de l’adversaire. Cette étude vise à étendre cette compréhension de la réciprocité sociale en population TSA pédiatrique et de la distinguer d'éléments psychopathologiques comme l'anxiété ou les symptômes de TDAH, parfois associés ou confondus avec des symptômes autistiques. L’analyse des données de performance des participants au jeu a permis de valider son utilisation en population pédiatrique, en répliquant l’impact du type d’algorithme sur la performance des participants. Une approche dimensionnelle utilisant des outils standardisés et permettant la quantification de la sévérité des symptômes autistiques, TDAH et troubles anxieux, a permis de spécifier l’impact des symptômes autistiques et anxieux sur la performance des participants contre un algorithme de type ToM d’ordre 0. Cette étude est une étape dans la compréhension des mécanismes impliqués dans l'interaction sociale au cours du développement, et dans la capacité à les mesurer. Des analyses computationnelles complémentaires permettront d’affiner ce phénotype computationnel en apportant des précisions quant aux stratégies utilisées pendant le jeu et à la flexibilité des participants à varier dans leur utilisation. / Autism Spectrum Disorder (ASD) is defined by two main domains of impairment: decreased social reciprocity and behavioural inflexibility. There is no diagnostic test or measurement of the mechanisms involved. A study with ASD adults used a dynamic, dyadic and integrative interaction game which alternately presents a social or non-social context, it resulted in a computational phenotype of social reciprocity revealing insensitivity to the type of context, a use of strategy specific to this group and a variation in performance depending on the opponent’s sophistication. This study aims to extend this understanding of social reciprocity in the pediatric ASD population and to distinguish psychopathological symptoms such as anxiety or ADHD symptoms, which are sometimes associated or confused with autistic symptoms. Analysis of the participants’ performance data validated its use in the pediatric population by replicating the impact of the algorithm on the participants’ performance. A dimensional approach using standardized tools and allowing the quantification of the autistic, ADHD and anxiety disorders symptoms’ severity, permits the emphasis of the impact of autistic and anxious symptoms on participants’ performance against a ToM-0 agent. This study is a step in the understanding of the mechanisms developed in social interaction during development and in the ability to measure them. Complementary computational analyzes will help refine this computational phenotype by giving more details about the strategies used during the game and the participants' flexibility to vary in their use.

La confiance formelle en une propriété abstraite provient de l'existence d'une preuve de sa correction, qu'il s'agisse d'un théorème mathématique ou d'une qualité du comportement d'un logiciel ou processeur. Il existe de nombreuses définitions différentes de ce qu'est une preuve, selon par exemple qu'elle est écrite soit par des humains soit par des machines, mais ces définitions sont toutes concernées par le problème d'établir qu'un document représente en fait une preuve correcte. Le cadre des Certificats de Preuve Fondamentaux (Foundational Proof Certificates, FPC) est une approche proposée récemment pour étudier ce problème, fondée sur des progrès de la théorie de la démonstration pour définir la sémantique des formats de preuve. Les preuves ainsi définies peuvent être vérifiées indépendamment par un noyau vérificateur de confiance codé dans un langage de programmation logique. Cette thèse étend des résultats initiaux sur la certification de preuves du premier ordre en explorant plusieurs dimensions logiques essentielles, organisées en combinaisons correspondant à leur usage en pratique: d'abord, la logique classique sans points fixes, dont les preuves sont générées par des démonstrateurs automatiques de théorème; ensuite, la logique intuitionniste avec points fixes et égalité,dont les preuves sont générées par des assistants de preuve. Les certificats de preuve ne se limitent pas comme précédemment à servir de représentation des preuves complètes pour les vérifier indépendamment. Leur rôle s'étend pour englober des transformations de preuve qui peuvent enrichir ou compacter leur représentation. Ces transformations peuvent rendre des certificats plus simples opérationnellement, ce qui motive la construction d'une suite de vérificateurs de preuve de plus en plus fiables et performants. Une autre nouvelle fonction des certificats de preuve est l'écriture d'aperçus de preuve de haut niveau, qui expriment des schémas de preuve tels qu'ils sont employés dans la pratique des mathématiciens, ou dans des techniques automatiques comme le property-based testing. Ces développements s'appliquent à la certification intégrale de résultats générés par deux familles majeures de démonstrateurs automatiques de théorème, utilisant techniques de résolution et satisfaisabilité, ainsi qu'à la création de langages programmables de description de preuve pour un assistant de preuve. / Formal trust in an abstract property, be it a mathematical result or a quality of the behavior of a computer program or a piece of hardware, is founded on the existence of a proof of its correctness. Many different kinds of proofs are written by mathematicians or generated by theorem provers, with the common problem of ascertaining whether those claimed proofs are themselves correct. The recently proposed Foundational Proof Certificate (FPC) framework harnesses advances in proof theory to define the semantics of proof formats, which can be verified by an independent and trusted proof checking kernel written in a logic programming language. This thesis extends initial results in certification of first-order proofs in several directions. It covers various essential logical axes grouped in meaningful combinations as they occur in practice: first,classical logic without fixed points and proofs generated by automated theorem provers; later, intuitionistic logic with fixed points and equality as logical connectives and proofs generated by proof assistants. The role of proof certificates is no longer limited to representing complete proofs to enable independent checking, but is extended to model proof transformations where details can be added to or subtracted from a certificate. These transformations yield operationally simpler certificates, around which increasingly trustworthy and performant proof checkers are constructed. Another new role of proof certificates is writing high-level proof outlines, which can be used to represent standard proof patterns as written by mathematicians, as well as automated techniques like property-based testing. We apply these developments to fully certify results produced by two families of standard automated theorem provers: resolution- and satisfiability-based. Another application is the design of programmable proof description languages for a proof assistant.

Ce mémoire se penche sur la possibilité de la conscience artificielle. Plus spécifiquement, je me demande s’il est possible qu’un robot, un ordinateur ou toute autre machine ait une conscience phénoménale, i.e. qu’il y ait un effet que cela fait que d’être ces systèmes. Après avoir brièvement caractérisé la conscience phénoménale, j’investiguerai quelques problèmes qui sont propres à la conscience, soit le problème difficile de la conscience ainsi que le problème des autres esprits, dans le but d’établir le cadre conceptuel qui nous permettra de réfléchir quant à la possibilité de la conscience artificielle. Dans le deuxième chapitre, je défendrai la thèse selon laquelle la conscience artificielle est possible en m’appuyant notamment sur le principe d’invariance organisationnelle défendu, entre autres, par David Chalmers, ainsi que sur la théorie computationnelle de l’esprit. Finalement, dans le troisième et dernier chapitre, j’évaluerai diverses objections contre la possibilité de la conscience artificielle que je tenterai tour à tour de réfuter dans le but maintenir ma thèse initiale aussi intacte que possible. / This thesis examines the possibility of artificial consciousness. More specifically, I consider the possibility for a robot, computer or any other machine to have phenomenal consciousness, i.e. that there is something it is like to be those systems. After having briefly characterized phenomenal consciousness, I will investigate some problems that are specific to consciousness, namely the hard problem of consciousness as well as the problem of other minds, in order to establish the conceptual framework that will allow us to reflect upon the possibility of artificial consciousness. In the second chapter, I will defend the thesis that artificial consciousness is possible by relying on the principle of organizational invariance which is defended by David Chalmers, among others, as well as on the computational theory of the mind. Finally, in the third and last chapter, I will assess various objections against the possibility of artificial consciousness which I will try to refute in turn in order to keep my initial thesis as intact as possible.

Les interactions font partie intégrante des écosystèmes. Que ce soit aux niveaux les plus fins, comme les protéines, ou les plus larges, comme les méta-communautés, il est possible de les regrouper en réseaux et d’en étudier la structure. Cela a permis de mettre en évidence que certaines structures sont observables à différents niveaux, c’est le cas par exemple des réseaux emboîtés. De plus, les réseaux d’interaction ont la spécificité de ne pas être fixes dans le temps et l’espace, ce qui leur confère un avantage de taille pour l’étude de l’évolution. Ils peuvent ainsi servir de support à l’études des mécanismes intervenants dans les processus évolutifs. Cependant, il n’existe pas encore de méthodologie ayant fait consensus sur l’utilisation des réseaux et leur analyse à différentes échelles d’organisation. Cette thèse se base sur l’hypothèse que les réseaux, de par leurs propriétés, sont pertinents à considérer pour comprendre l’évolution et ce à différentes échelles d’organisation, et offrent la possibilité de faire des liens entre chacune d’entre elles. L’approche basée sur les réseaux, combinée à l’utilisation de modèles théorique serait donc un outil méthodologique puissant dans l’élargissement des connaissances concernant les processus sous-jacents à l’évolution. La thèse qui suit composée de six chapitres dont le contenu est le suivant. Elle commence par un chapitre d’introduction aux concepts d’intérêts, notamment sur l’évolution et la coévolution. Le deuxième chapitre est une introduction à l’utilisation des réseaux en écologie, suivit par le troisième chapitre qui effectue une revue non exhaustive des méthodologies développées autour des réseaux d’interactions. Les chapitres suivants sont en quelque sorte une mise en pratique de ces méthodes et ce à différents niveaux d’organisation. Le quatrième chapitre revient sur une étape avortée de ce doctorat qui servira tout de même à la construction du modèle du chapitre suivant. Le cinquième chapitre se concentre sur la coévolution et son suivit au travers des réseaux d’interaction entre les bactéries et leurs virus. Enfin, le sixième chapitre traque l’évolution des communautés grâce à la structure des arbres phylogénétiques et structure des réseaux d’interactions au cours du temps. / Interactions are an integral part of ecosystems. Whether at the finest levels, such as proteins, or the broadest, such as meta-communities, it is possible to group them into networks and study their structure. This made it possible to demonstrate that certain structures can be observed at different levels, such as nested networks, for example. In addition, interaction networks have the property of not being fixed in time and space, which gives them a major advantage for the study of evolution. They can thus serve as a support for the study of the mechanisms involved in the evolutionary processes. However, there is not yet a methodology that has achieved consensus on the use of networks and their analysis at different organizational scales. This thesis is based on the hypothesis that networks, by virtue of their properties, are relevant to consider in order to understand evolution at different organizational scales, and offer the possibility of making links between each of them. The network-based approach, combined with the use of theoretical models, would therefore be a powerful methodological tool in expanding knowledge about the processes underlying evolution. The thesis which follows consists of six chapters whose content is as follows. It begins with an introductory chapter to the concepts of interest, in particular on evolution and coevolution. The second chapter is an introduction to the use of networks in ecology, followed by the third chapter which performs a non-exhaustive review of the methodologies developed around interaction networks. The following chapters are in a way a practical application of these methods at different levels of organization. The fourth chapter returns to an aborted stage of this doctorate which will nevertheless be used to construct the model of the following chapter. The fifth chapter focuses on coevolution and its follow-up through the interaction networks between bacteria and their viruses. Finally, the sixth chapter tracks the evolution of communities thanks to the structure of phylogenetic trees and the structure of interaction networks over time.