Chaque année, des millions de personnes meurent et beaucoup d'autres subissent des séquelles graves à la suite d'accidents de la route. Malgré une multitude d’initiatives, le nombre de cas mortels et d'accidents graves augmente chaque année en engendrant des problèmes préoccupants à la fois sociaux, économiques et sanitaires. En raison de leur nombre élevé et de l'absence de protection personnelle, plus de la moitié de ces décès concerne les usagers vulnérables (en anglais, vulnerable road users - VRU) regroupant les piétons, cyclistes et motocyclistes. Les appareils mobiles, combinés à la technologie de Fog Computing (ou informatique géodistribuée, ou même informatique en brouillard), représentent une solution réaliste à court terme pour les protéger en les avertissant de l’imminence d'un accident de circulation. L’omniprésence des appareils mobiles et leurs capacités de calcul élevées font de ces appareils un élément important à considérer dans les solutions de sécurité routière. Le Fog Computing offre des fonctionnalités adaptées aux applications de sécurité routière, puisqu’il s’agit d’une extension du Cloud Computing permettant de rapprocher les services informatiques, le stockage et le réseau au plus près des utilisateurs finaux. Par conséquent, dans cette thèse, nous proposons une architecture réseau sans infrastructure supplémentaire (PV-Alert) pour des fins de sécurité routière et reposant uniquement sur les appareils mobiles des VRU et des conducteurs sur la route avec l’aide du concept de Fog Computing. Les données géographiques et cinématiques de ces appareils sont collectées et envoyées périodiquement au serveur fog situé à proximité. Le serveur fog traite ces données en exécutant un algorithme de calcul de risque d’accident de circulation et renvoie des notifications en cas d'accident imminent. L’évaluation de cette architecture montre qu’elle est capable de générer des alertes en temps réel et qu’elle est plus performante que d’autres architectures en termes de fiabilité, d’évolutivité et de latence. / Annually, millions of people die and many more sustain non-fatal injuries because of road traffic crashes. Despite multitude of countermeasures, the number of causalities and disabilities owing to traffic accidents are increasing each year causing grinding social, economic, and health problems. Due to their high volume and lack of protective-shells, more than half of road traffic deaths are imputed to vulnerable road users (VRUs): pedestrians, cyclists and motorcyclists. Mobile devices combined with fog computing can provide feasible solutions to protect VRUs by predicting collusions and warning users of an imminent traffic accident. Mobile devices’ ubiquity and high computational capabilities make the devices an important components of traffic safety solutions. Fog computing has features that suits to traffic safety applications as it is an extension of cloud computing that brings down computing, storage, and network services to the proximity of end user. Therefore, in this thesis, we have proposed an infrastructure-less traffic safety architecture that depends on fog computing and mobile devices possessed by VRUs and drivers. The main duties of mobile devices are extracting their positions and other related data and sending cooperative awareness message to a nearby fog server using wireless connection. The fog server estimates collision using a collision prediction algorithm and sends an alert message, if an about-to-occur collision is predicted. Evaluation results shows that the proposed architecture is able to render alerts in real time. Moreover, analytical and performance evaluations depict that the architecture outperforms other related road safety architectures in terms of reliability, scalability and latency. However, before deploying the architecture, challenges pertaining to weaknesses of important ingredients of the architecture should be treated prudently. Position read by mobile devices are not accurate and do not meet maximum position sampling rates traffic safety applications demand. Moreover, continuous and high rate position sampling drains mobile devices battery quickly. From fog computing’s point of view, it confronts new privacy and security challenges in addition to those assumed from cloud computing. For aforementioned challenges, we have proposed new solutions: (i) In order to improve GPS accuracy, we have proposed an efficient and effective two-stage map matching algorithm. In the first stage, GPS readings obtained from smartphones are passed through Kalman filter to smooth outlier readings. In the second stage, the smoothed positions are mapped to road segments using online time warping algorithm. (ii) position sampling frequency requirement is fulfilled by an energy efficient location prediction system that fuses GPS and inertial sensors’ data. (iii) For energy efficiency, we proposed an energy efficient fuzzy logic-based adaptive beaconing rate management that ensures safety of VRUs. (iv) finally, privacy and security issues are addressed indirectly using trust management system. The two-way subjective logic-based trust management system enables fog clients to evaluate the trust level of fog servers before awarding the service and allows the servers to check out the trustworthiness of the service demanders. Engaging omnipresent mobile device and QoS-aware fog computing paradigm in active traffic safety applications has the potential to reduce overwhelming number of traffic accidents on VRUs.

L'énorme quantité de données dans les réseaux de capteurs vidéo sans fil (WVSN) pour les nœuds de capteurs de ressources limitées augmente les défis liés à la consommation d'énergie et à la consommation de bande passante. La gestion du réseau est l’un des défis de WMSN en raison de l’énorme quantité d’images envoyées simultanément par les capteurs au coordinateur. Dans cette thèse, pour surmonter ces problèmes, plusieurs contributions ont été apportées. Chaque contribution se concentre sur un ou deux défis, comme suit: Dans la première contribution, pour réduire la consommation d'énergie, une nouvelle approche pour l'agrégation des données dans WVSN basée sur des fonctions de similarité des plans est proposée. Il est déployé sur deux niveaux: le niveau du nœud du capteur vidéo et le niveau du coordinateur. Au niveau du nœud de capteur, nous proposons une technique d'adaptation du taux de trame et une fonction de similarité pour réduire le nombre de trames détectées par les nœuds de capteur et envoyées au coordinateur. Au niveau du coordinateur, après avoir reçu des plans de différents nœuds de capteurs voisins, la similarité entre ces plans est calculée pour éliminer les redondances. Dans la deuxième contribution, certains traitements et analyses sont ajoutés en fonction de la similarité entre les images au niveau du capteur-nœud pour n'envoyer que les cadres importants au coordinateur. Les fonctions cinématiques sont définies pour prévoir l'étape suivante de l'intrusion et pour planifier le système de surveillance en conséquence. Dans la troisième contribution, sur la phase de transmission, au niveau capteur-nœud, un nouvel algorithme d'extraction des différences entre deux images est proposé. Cette contribution prend également en compte le défi de sécurité en adaptant un algorithme de chiffrement efficace au niveau du nœud de capteur. Dans la dernière contribution, pour éviter une détection plus lente des intrusions conduisant à des réactions plus lentes du coordinateur, un protocole mac-layer basé sur le protocole S-MAC a été proposé pour contrôler le réseau. Cette solution consiste à ajouter un bit de priorité au protocole S-MAC pour donner la priorité aux données critiques. / The huge amount of data in Wireless Video Sensor Networks (WVSNs) for tiny limited resources sensor nodes increases the energy and bandwidth consumption challenges. Controlling the network is one of the challenges in WMSN due to the huge amount of images sent at the same time from the sensors to the coordinator. In this thesis, to overcome these problems, several contributions have been made. Each contribution concentrates on one or two challenges as follows: In the first contribution, to reduce the energy consumption a new approach for data aggregation in WVSN based on shot similarity functions is proposed. It is deployed on two levels: the video-sensor node level and the coordinator level. At the sensor node level, we propose a frame rate adaptation technique and a similarity function to reduce the number of frames sensed by the sensor nodes and sent to the coordinator. At the coordinator level, after receiving shots from different neighboring sensor nodes, the similarity between these shots is computed to eliminate redundancies. In the second contribution, some processing and analysis are added based on the similarity between frames on the sensor-node level to send only the important frames to the coordinator. Kinematic functions are defined to predict the next step of the intrusion and to schedule the monitoring system accordingly. In the third contribution, on the transmission phase, on the sensor-node level, a new algorithm to extract the differences between two images is proposed. This contribution also takes into account the security challenge by adapting an efficient ciphering algorithm on the sensor node level. In the last contribution, to avoid slower detection of intrusions leading to slower reactions from the coordinator, a mac-layer protocol based on S-MAC protocol has been proposed to control the network. This solution consists in adding a priority bit to the S-MAC protocol to give priority to critical data.

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Chaque jour, 15% des Européens sont exposés à des niveaux moyens de bruit ou de polluants atmosphériquesdépassant les valeurs seuils fixées par la législation européenne. L’intensité de la pollution de chaque polluant et sarépartition à l’échelle d’une agglomération dépendent des capacités d’émission des sources, des phénomènes dedispersion, et de l’environnement urbain. Il en résulte une variabilité spatiale du niveau de multi-exposition qui resteencore largement méconnue. L’objectif de ce travail de thèse est d’identifier et de caractériser les situations de multiexpositionsur la ville de Besançon. Les niveaux sonores et les concentrations de plusieurs polluants atmosphériques denatures différentes (NO2, benzène, PM10 et PM2.5) ont été finement modélisés (2m x 2m). La compatibilité des modèlesa été maximisée par l’introduction d’inputs identiques dans les méthodologies de calcul Mithra-SIG pour le bruit, etCOPERT4/ADMS-urban pour les polluants. Dans un premier temps, l’impact de la définition du voisinage sur lesniveaux d’exposition a été exploré pour les deux pollutions. Douze indicateurs, présentant chacun une définitiondifférente de la zone d’exposition au voisinage du domicile, ont permis de quantifier les niveaux d'exposition autour des10865 bâtiments d’habitations bisontins. Les résultats obtenus mettent en évidence un impact significatif de ladéfinition de la zone d’exposition sur les niveaux. Les différentes définitions du voisinage conduisent à l'existence d'unbiais différentiel, dû à la prise en compte particulière des variables environnementales dans chacun des indicateurs. Cebiais se retrouve pour l'ensemble des polluants étudiés, bien que dans des proportions variables en fonction du polluant.Dans un second temps, l’étude des situations de multi-exposition bruit/NO2 a pu être réalisée. Les résultats obtenusindiquent l'existence d'une relation complexe et permettent de décrire les différentes situations de multi-expositionprésentes dans la ville. Ce travail de thèse constitue une des premières approches de ce type en France et permet demieux comprendre les relations existantes entre définition du voisinage, zones d'exposition, paramètresenvironnementaux et niveaux d'exposition. / Every day, 15% of the European population is exposed to average noise or air pollution levels exceeding theEuropean legal threshold. Levels and distribution of each pollutant across the city depend of individual sourcesemissions, dispersion phenomenon, and urban environment. Consequently, spatial variability of multi-exposure levelremains mostly unknown. The aim of this Ph. D. thesis is to identify and describe multi-exposure situations in the cityof Besançon. Environmental noise levels, and concentrations of several air pollutants (NO2, benzene, PM10 and PM2.5),have been modeled using a fine scale grid (2m x 2m). Model compatibility has been maximized by the use of commoninput into the calculation software Mithra-SIG (for noise) and COPERT4/ADMS-urban (for air pollutants). In a firsttime, impact of the neighborhood definition on exposure levels has been explored for both pollutions. Twelveindicators, each representing a different definition of the exposure area in the dwelling vicinity, have been used toquantify exposure levels around the 10 865 inhabitable building of Besançon. Obtained results show a significantimpact of the neighborhood definition on the exposure levels. Different neighborhood definitions lead to a differentialbias caused by a different accounting for environmental variables. This bias exists for all studied pollutant, but indifferent proportion depending on the pollutant. In a second time, situations of multi-exposure to noise and NO2 havebeen identified in the city. Results indicate a complex relation between pollutants and allow the description of severalmulti-exposure situations across the city. This work constitute one of the firsts approaches of this kind in France andallow a better understanding of the existing relations between neighborhood, exposure area, environmental parametersand exposure levels.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le télescope H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), implanté en Namibie, est actuellement le plus efficace pour l'observation de sources de rayons gamma de très haute énergie. Constitué de 4 télescopes de grand diamètre fonctionnant en stéréoscopie, il permet une cartographie sans précédent du plan de la Galaxie à ces longueurs d'onde extrêmes. L'expérience HESS a mis en évidence la présence de particules chargées d'énergie supérieure à une centaine de TeV dans plusieurs vestiges de supernova, lieux probables d'accélération de particules dans la Galaxie, sans toutefois pouvoir conclure sur la nature hadronique ou leptonique des particules. Cette thèse présente une démarche observationnelle alternative visant à mettre en évidence l'accélération de hadrons par onde de choc dans les vestiges de supernova. Une recherche de vestiges associés à des nuages moléculaires a été menée avec les sources déjà détectées par H.E.S.S. et dans l'ensemble des observations réalisées. L'analyse et l'interprétation de trois sources de rayons gamma sont décrites. La première est la nouvelle source découverte par H.E.S.S. dans la constellation de Monoceros. Je présente ensuite l'analyse des nouvelles observations réalisées en direction de la source non identifiée HESS J1745-303. Enfin l'analyse multi-longueurs d'onde de la nouvelle source de rayons gamma coïncidente avec le vestige de supernova CTB37A est décrite. Je développe les possibles interprétations de cette émission de rayons gamma. Un apport à la construction de la seconde phase de l'expérience H.E.S.S. est présentée. Cette deuxième phase consiste en l'adjonction d'un cinquième télescope de 28 mètres de diamètre au centre du système existant. J'ai pris en charge les tests et la sélection des 6000 puces constituant le système d'échantillonnage de la caméra qui équipera ce télescope.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les terminaux mobiles offrent à ce jour des performances de plus en plus élevées (CPU, résolution de l’écran, capteurs optiques, etc.) Cela rehausse la qualité vidéo des services média, que ce soit pour le visionnage de contenu vidéo (streaming, TV, etc.) ou pour des applications interactives telles que le jeu vidéo. Mais cette évolution concernant l'image n'est pas ou peu suivie par l'intégration de systèmes de restitution audio de haute qualité dans ce type de terminal. Or, parallèlement à ces évolutions concernant l'image, des solutions de son spatialisé sur casque, à travers notamment la technique de restitution binaurale basée sur l'utilisation de filtres HRTF (Head Related Transfer Functions) voient le jour.Dans ce travail de thèse, nous nous proposons d’évaluer l’intérêt que peut présenter le son binaural lorsqu'il est utilisé sur une application mobile audiovisuelle. Une partie de notre travail a consisté à déterminer les différents sens que l’on pouvait donner au terme « application mobile audiovisuelle » et parmi ces sens ceux qui d’une part étaient pertinents et d’autre part pouvaient donner lieu à une évaluation comparative avec ou sans son binaural.Le couplage entre son binaural et visuel sur mobile occasionne en premier lieu une question d’ordre perceptive : comment peut-on organiser spatialement une scène virtuelle dont le son peut se déployer tout autour de l’utilisateur, et dont le visuel est restreint à un si petit écran ? La première partie de cette thèse est consacrée à cette question. Nous menons une expérience visant à étudier le découplage spatial possible entre un son binaural et un visuel rendus sur smartphone. Cette expérience révèle une forte tolérance de l’être humain face aux dégradations spatiales pouvant survenir entre les deux modalités. En particulier, l’absence d’individualisation des HRTF, ainsi qu’un très grand découplage en élévation ne semblent pas affecter la perception. Par ailleurs, les sujets semblent envisager la scène « comme si » ils y étaient eux-mêmes directement projetés, à la place de la caméra, et cela indépendamment de leur propre distance à l’écran. Tous ces résultats suggèrent la possibilité d’une association entre son binaural et visuel sur mobile dans des conditions d’utilisation proches du grand public.Dans la seconde partie de la thèse, nous tentons de répondre à la question de l’apport du binaural en déployant une expérience « hors les murs », dans un contexte plausible d’utilisation grand public. Trente sujets jouent dans leur vie quotidienne à un jeu vidéo de type Infinite Runner, développé pour l’occasion en deux versions, une avec du son binaural, et l’autre avec du son monophonique. L’expérience dure cinq semaines, à raison de deux sessions par jour. Ce protocole procède de la méthode dite "Experience Sampling Method", sur l’état de l’art de laquelle nous nous sommes appuyés. Nous calculons à chaque session des notes d’immersion, de mémorisation et de performance, et nous comparons les notes obtenues entre les deux versions sonores. Les résultats indiquent une immersion significativement meilleure pour le binaural. La mémorisation et la performance ne sont en revanche pas soumises à un effet statistiquement significatif du rendu sonore. Au-delà des résultats, cette expérience nous permet de discuter de la question de la validité des données en fonction de la méthode de déploiement, en confrontant notamment bien-fondé théorique et faisabilité pratique. / In recent years, smartphone and tablet global performances have been increased significantly (CPU, screen resolution, webcams, etc.). This can be particularly observed with video quality of mobile media services, such as video streaming applications, or interactive applications (e.g., video games). However, these evolutions barely go with the integration of high quality sound restitution systems. Beside these evolutions though, new technologies related to spatialized sound on headphones have been developed, namely the binaural restitution model, using HRTF (Head Related Transfer Functions) filters.In this thesis, we assess the potential contribution of the binaural technology to enhance the quality of experience of an audiovisual mobile application. A part of our work has been dedicated to define what is an “audiovisual mobile application”, what kind of application could be fruitfully experienced with a binaural sound, and among those applications which one could lead to a comparative experiment with and without binaural.In a first place, the coupling of a binaural sound with a mobile-rendered visual tackles a question related to perception: how to spatially arrange a virtual scene whose sound can be spread all around the user, while its visual is limited to a very small space? We propose an experiment in these conditions to study how far a sound and a visual can be moved apart without breaking their perceptual fusion. The results reveal a strong tolerance of subjects to spatial discrepancies between the two modalities. Notably, the absence or presence of individualization for the HRTF filters, and a large separation in elevation between sound and visual don’t seem to affect the perception. Besides, subjects consider the virtual scene as if they were projected inside, at the camera’s position, no matter what distance to the phone they sit. All these results suggest that an association between a binaural sound and a visual on a smartphone could be used by the general public.In the second part, we address the main question of the thesis, i.e., the contribution of binaural, and we conduct an experiment in a realistic context of use. Thirty subjects play an Infinite Runner video game in their daily lives. The game was developed for the occasion in two versions, a monophonic one and a binaural one. The experiment lasts five weeks, at a rate of two sessions per day, which relates to a protocol known as the “Experience Sampling Method”. We collect at each session notes of immersion, memorization and performance, and compare the notes between the monophonic sessions and the binaural ones. Results indicate a significantly better immersion in the binaural sessions. No effect of sound rendering was found for memorization and performance. Beyond the contribution of the binaural, we discuss about the protocol, the validity of the collected data, and oppose theoretical considerations to practical feasibility.

Contexte: L’importance écologique des fourmis dans les écosystèmes terrestres justifie qu’elles soient considérées comme groupe cible pour des actions de conservation. De plus, de par leur abondance, leur facilité de récolte et leur réponse à des perturbations, elles présentent un potentiel intéressant comme groupe indicateur précoce de l’état de santé des écosystèmes. Par contre, pour le choix d’aires à protéger, leur utilité comme intégrateur des conditions de milieu par rapport à des indicateurs classiques tels que les assemblages de plantes n’est pas clairement établie. En d’autres termes, répondent-elles plus finement que les plantes à différentes conditions de milieu et dans ce cas doit-on s’attendre à trouver au sein de formations végétales comparables plusieurs types d’assemblages de foumis? Si tel est le cas, la méthode utilisant les assemblages de végétaux pour sélectionner les sites à protéger peut ne pas permettre une conservation efficace de la diversité des fourmis. Ce type de problématique s’aborde bien le long de gradients environnementaux. Pour faciliter l’interprétation des résultats en terme de réponse aux facteurs abiotiques il est préférable de limiter le nombre de facteurs qui varient en même temps. Dans ce sens, le Chaco sec paraguayen représente un système très favorable: faible déclivité, faibles variations de températures moyennes mais gamme très étendue de conditions de pluviométrie (350mm à 1000mm de précipitations moyennes annuelles) et des sols variables (texture limoneuse à sableuse). L’aridité est l’un des principaux facteurs pouvant limiter la diversité des fourmis soit directement en exerçant un stress physiologique sur les espèces, soit indirectement en limitant la productivité primaire de l’habitat. Les conditions édaphiques peuvent également avoir une influence en affectant par exemple la survie des colonies qui nidifient dans le sol. <p>Objectifs: Les principaux buts de la thèse sont (1) de déterminer l’influence de l’aridité et des conditions édaphiques sur la distribution et la structure des assemblages de fourmis terricoles du sol en forêts tropicales sèches, (2) mettre en évidence les mécanismes qui facilitent la coexistence des espèces de fourmis à l’échelle locale, (3) déterminer si à l’échelle régionale les fourmis et les plantes répondent de façon similaire aux conditions du milieu. <p>Méthode: Onze localités ont été échantillonnées le long d’un transect régional long de 400km. Au niveau de chaque localité, trois transects élémentaires longs de 200m et séparés les uns des autres par 200m ont été effectués. La myrmécofaune a été échantillonnée à l’aide de 20 pièges à fosse et de 20 Winkler par transect élémentaire. La végétation de chaque site a été caractérisée sur base de l’abondance de 45 espèces d’arbres ou d’arbustes caractéristiques de la flore chaquéenne. Les propriétés physico-chimiques du sol ont également été mesurées. A fine échelle, l’organisation spatio-temporelle d’un assemblage a été étudié dans une localité de référence.<p>Résultats: Au total, plus de 50.000 spécimens correspondant à 206 espèces de fourmis ont été collectés avec en moyenne (± SD) 62 ± 10 espèces par localité. Pour un même effort d’échantillonnage, le nombre d’espèces de fourmis récoltées à l’aide des pièges à fosse augmente avec l’aridité et une tendance inverse est observée pour les Winkler. Puisque les Winkler peuvent entraîner une sévère sous-estimation de la diversité des fourmis d’un habitat, seules les données des pièges à fosse sont utilisées pour la suite des analyses. La diversité locale & / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished