Les fissures et les nids-de-poule sont des défauts très présents sur les routes du réseau routier québécois. Un bon contrôle de la qualité lors de la pose de l’enrobé bitumineux permet de diminuer les risques d’apparition de ces défauts. Le ministère des Transports du Québec (MTQ) utilise la thermographie infrarouge afin de détecter les zones non conformes, soit celles qui deviendront des nids-de-poule ou des fissures. Des variations thermiques sur l’image infrarouge permettent la détection de ces zones. Toutefois, les logiciels utilisés par le MTQ ne sont pas appropriés pour détecter les zones non conformes. Ce mémoire présente deux méthodes de détection automatique des zones non conformes. La première permet l’analyse des images prises par une caméra thermique alors que la seconde permet d’analyser en continu les données provenant d’un scanneur infrarouge. Ces deux méthodes utilisent des techniques de segmentation afin de détecter les zones non conformes. Elles permettent l’analyse automatique des données sans qu’aucune intervention humaine ne soit nécessaire.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La thrombine est l'enzyme principale dans le processus d'hémostase. Les dérèglements de la concentration de thrombine clinique prédisposent les patients à des complications hémorragiques ou thromboemboliques. Le suivi en temps réel de la thrombine dans le sang est donc nécessaire pour améliorer le traitement de patients en état critique. Les aptamères, qui sont de courts nucléotides monobrins semblent constituer des candidats prometteurs pour la reconnaissance moléculaire dans les biocapteurs. L'objectif de ces travaux est l'étude de différentes solutions d'intégration des aptamères dans des dispositifs de diagnostic de type "point of care" pour le suivi en continu de la thrombine dans le plasma. La cinétique d'interaction des aptamères avec la thrombine et leur spécificité vis-à-vis de la prothrombine et des inhibiteurs de la thrombine ont été étudiés par résonance par plasmons de surface. Ces travaux ont démontré la faible spécificité de l'aptamère HD1 vis-à-vis de la thrombine, et la présence d'interactions non-spécifiques avec la prothrombine, les inhibiteurs naturels de la thrombine et l'albumine. Inversement, nous avons observé une bonne affinité de l'aptamère HD22 avec la même liste de cible. Parallèlement, nous avons évalué des stratégies d'intégration d'aptamères dans des dispositifs d'analyse. Le principe de reconnaissance a ensuite été validé et la possibilité de détecter la thrombine dans des gammes de concentration de 5 à 500nM a été démontrée. Enfin, afin d'augmenter la spécificité de la détection de la thrombine, nous avons proposé une nouvelle approche basée sur l'ingénierie de structures dimères interconnectant HD1 et HD22. / Thrombin is the central enzyme in the process of hemostasis. Normally, in vivo concentration of thrombin is rigorously regulated; however, clinically impaired or unregulated thrombin generation predisposes patients either to hemorrhagic or thromboembolic complications. Monitoring thrombin in real-time is therefore needed to enable rapid and accurate determination of drug administration strategy for patients under vital threat. Aptamers, short single-stranded oligonucleotide ligands represent promising candidates as biorecognition elements for new-generation biosensors. The aim of this PhD work therefore is to investigate different solutions for the integration of thrombin-binding aptamers in point-of-care devices for continuous monitoring of thrombin in plasma. The kinetics of aptamer interaction with thrombin and specificity towards prothrombin and thrombin - inhibitor complexes was rigorously investigated using Surface Plasmon Resonance. These experiments unveiled the complex character of interaction of the HD1 with thrombin, confirming nonspecific interactions with prothrombin, natural inhibitors of thrombin, serum albumin whereas another 29-bp aptamer HD22 proved to be highly affine and specific towards thrombin. On the other hand we explored aptamer integration options. We validated the principle and at the same managed to detect different concentrations of thrombin (5-500 nM). We finally proposed a novel approach to increase sensitivity and specificity for thrombin detection based on the engineering of aptadimer structures bearing aptamers HD1and HD22 interconnected with a nucleic acid spacer.

Les activités anthropiques causent des invasions biologiques qui sont devenues un problème mondial susceptible de causer des dommages écologiques (p. ex., sur la biodiversité et l’habitat), économiques (sur les industries) et sociaux (sur le bien-être humain). La prévention et la détection précoce des nouvelles invasions sont des éléments essentiels pour la gestion des risques et des impacts sur les écosystèmes et les économies. Bien sûr, la prévention est préférable, mais la détection précoce est une étape cruciale pour enrayer la propagation ultérieure des espèces envahissantes, car elle offre la possibilité de les éradiquer avant les phases d’établissement de la population et de propagation. Bien qu’il s’agisse d’une option de gestion efficace en matière de coût et de temps, la détection précoce exige un effort d’échantillonnage considérable pour détecter les populations envahissantes aux tout premiers stades de leur invasion. En utilisant le système benthique marin comme modèle, quatre études interdépendantes ont été menées pour identifier des stratégies d’échantillonnage susceptibles d’améliorer notre capacité à détecter des populations envahissantes rares et à comprendre les patrons et processus écologiques de recrutement benthique à multiples échelles spatiales et temporelles. Plus précisément, ces études expérimentales sur le terrain visaient à (1) évaluer la relation entre l’approvisionnement en larves et la fixation dans une population envahissante isolée, (2) déterminer la durée de l’échantillonnage et de la fréquence à l’aide de plaques de fixation pour la détection d’espèces rares, (3) déterminer l’importance relative aux sources de variations spatiales et temporelles du recrutement benthique, et (4) examiner l’effet de l’échelle spatiale de l’échantillonnage sur la détection des espèces en analysant les patrons de recrutement à de multiples échelles sur quatre ordres de grandeur allant de la dizaine de mètres à la dizaine de kilomètres. Première étude : contrairement à l’hypothèse originale d’une relation étroite entre l’approvisionnement et la fixation initiale, l’approvisionnement en larves était plutôt un facteur déterminant de la fixation aux échelles moyennes. Ces résultats suggèrent que la force de cette relation s’affaiblit avec l’augmentation de l’échelle spatiale des observations de terrain. Néanmoins, un quart de la variation de la fixation à moyenne échelle peut encore être expliqué par l’approvisionnement sur des courtes échelles de temps (une semaine). Par conséquent, cette relation confirme l’utilité des plaques de fixation en tant qu’outil efficace pour la détection précoce aux échelles moyennes dans une marina, car une faible densité de recrutement sur les plaques correspond à une faible abondance de propagules envahissantes dans la colonne d’eau... / Les activités anthropiques causent des invasions biologiques qui sont devenues un problème mondial susceptible de causer des dommages écologiques (p. ex., sur la biodiversité et l’habitat), économiques (sur les industries) et sociaux (sur le bien-être humain). La prévention et la détection précoce des nouvelles invasions sont des éléments essentiels pour la gestion des risques et des impacts sur les écosystèmes et les économies. Bien sûr, la prévention est préférable, mais la détection précoce est une étape cruciale pour enrayer la propagation ultérieure des espèces envahissantes, car elle offre la possibilité de les éradiquer avant les phases d’établissement de la population et de propagation. Bien qu’il s’agisse d’une option de gestion efficace en matière de coût et de temps, la détection précoce exige un effort d’échantillonnage considérable pour détecter les populations envahissantes aux tout premiers stades de leur invasion. En utilisant le système benthique marin comme modèle, quatre études interdépendantes ont été menées pour identifier des stratégies d’échantillonnage susceptibles d’améliorer notre capacité à détecter des populations envahissantes rares et à comprendre les patrons et processus écologiques de recrutement benthique à multiples échelles spatiales et temporelles. Plus précisément, ces études expérimentales sur le terrain visaient à (1) évaluer la relation entre l’approvisionnement en larves et la fixation dans une population envahissante isolée, (2) déterminer la durée de l’échantillonnage et de la fréquence à l’aide de plaques de fixation pour la détection d’espèces rares, (3) déterminer l’importance relative aux sources de variations spatiales et temporelles du recrutement benthique, et (4) examiner l’effet de l’échelle spatiale de l’échantillonnage sur la détection des espèces en analysant les patrons de recrutement à de multiples échelles sur quatre ordres de grandeur allant de la dizaine de mètres à la dizaine de kilomètres. Première étude : contrairement à l’hypothèse originale d’une relation étroite entre l’approvisionnement et la fixation initiale, l’approvisionnement en larves était plutôt un facteur déterminant de la fixation aux échelles moyennes. Ces résultats suggèrent que la force de cette relation s’affaiblit avec l’augmentation de l’échelle spatiale des observations de terrain. Néanmoins, un quart de la variation de la fixation à moyenne échelle peut encore être expliqué par l’approvisionnement sur des courtes échelles de temps (une semaine). Par conséquent, cette relation confirme l’utilité des plaques de fixation en tant qu’outil efficace pour la détection précoce aux échelles moyennes dans une marina, car une faible densité de recrutement sur les plaques correspond à une faible abondance de propagules envahissantes dans la colonne d’eau. Deuxième étude : des durées d’échantillonnage intermédiaires d’une à deux semaines (l’échelle des traitements allant d’un jour à un mois) étaient la durée optimale de déploiement de la plaque de fixation pour la détection des espèces « rares » (c’est-à-dire, des le début du recrutement). Une analyse au niveau de l’assemblage montre toutefois que l’augmentation de la durée et de la fréquence de l’échantillonnage augmentait logarithmiquement le nombre total d’espèces rares observées. Ces résultats espèce par espèce et au niveau de l’assemblage démontrent que la modification des éléments temporels de l’échantillonnage, tels que la durée et la fréquence, peut affecter considérablement la détection d’espèces. Troisième étude : après avoir évalué plusieurs sources spatiales et temporelles (le site, la région, la saison, et l’année), le moment choisi pour le déploiement des plaques est apparu comme étant la plus grande source de variabilité du recrutement benthique d’espèces rares. En particulier, le moment optimal pour la détection précoce serait en automne (a) lorsque le recrutement saisonnier d’espèces envahissantes établies tend à atteindre un pic et (b) lorsque la détection au niveau du site d’espèces envahissantes rares tend à se produire. Quatrième étude : l’échelle spatiale dominante dans le recrutement d’espèces rares est la plus petite (centaine de mètres). Cette échelle dominante peut être interprétée comme étant la bonne échelle spatiale pour la détection d’espèces rares. Une analyse plus poussée a montré que si l’échantillonnage a été structuré de manière aléatoire, l’échantillonnage à des échelles intermédiaires (millier de mètres) devient l’échelle optimale pour la détection d’espèces rares. Ces résultats élucident les différences de variabilité naturelle de la population benthique entre multiples échelles d’espace et de temps pour des espèces rares et communes. Ces études écologiques font partie d’une boîte à outils de détection précoce nécessaire à la gestion des espèces envahissantes marines en renseignant sur la manière dont l’échantillonnage des espèces rares doit être faite à multiples échelles spatio-temporelles. Des expériences de terrain similaires optimisant la détection d’espèces rares (au-delà de l’utilisation de plaques de fixation pour détecter les organismes benthiques dans les provinces Maritimes canadiennes) devraient être réalisées pour d’autres taxons, régions, t outils d’échantillonnage—en particulier, les envahisseurs à haut risque prévus, les invasions futures, et les outils récemment développés. / As a consequence of anthropogenic activities, biological invasions have become a global problem that can cause ecological (e.g., biodiversity and habitat), economic (industries), and social (human wellbeing) harm. Prevention and early detection of new invasions are vital components of managing risks and impacts to ecosystems and economies. Prevention is, of course, preferred but early detection is a critical step that can ultimately stop future spread of invasive species because it provides an opportunity for eradication before population growth and spread. Despite being a cost- and time-effective management option, early detection requires considerably high sampling effort to detect incipient invasive populations at the early stages of their invasion. Using the marine benthic system as a model, four inter-related studies were carried out to identify sampling strategies that could enhance our ability to detect rare invasive populations and to understand ecological patterns and processes of benthic recruitment across multiple scales of space and time. Specifically, these experimental field studies aimed to (1) evaluate the relationship between propagule supply and settlement in a closed invasive population, (2) determine the optimal sampling duration and frequency using settlement plates to detect rare species, (3) ascertain the relative importance of spatial and temporal sources of variation in benthic recruitment, and (4) examine how the spatial scale of sampling affects species detection by analyzing recruitment patterns at multiple scales across four orders of magnitudes ranging from tens of metres to tens of kilometres. First study: Contrary to the expectation of a strong relationship between supply and initial settlement, larval supply was instead a limited determinant of settlement at mesoscales. This finding suggests that the strength of this relationship weakens as the spatial scale increased from previously reported small-scale field observations to mesoscales of the present study. Nonetheless, a quarter of the variation in settlement can still be explained by supply over short timescales (one week). Therefore, this relationship supports the utility of settlement plates as an effective tool for early detection at mesoscales within a marina because low densities of recruitment on plates correspond to low abundances of invasive propagules in the water column...

Le nombre de systèmes informatiques augmente de jour en jour et beaucoup d'entités malveillantes tentent d'abuser de leurs vulnérabilités. Il existe un fléau qui fait rage depuis quelques années et qui cause beaucoup de difficultés aux experts en sécurité informatique : les armées de robots (botnets). Des armées d'ordinateurs infectés sont constituées pour ensuite être louées et utilisées à des fins peu enviables. La société fait face à un problème : il est très difficile d'arrêter ces armées et encore plus de trouver leurs coordonnateurs. L'objectif de ce travail de recherche est de développer des outils destinés à identifier ces entités et aider à démanteler ces réseaux. Plus précisément, ce projet porte sur la conception d'une plateforme distribuée permettant de faire un pré-traitement des données collectées sur divers réseaux et de les distribuer dans un système d'analyse. Cette plateforme sera en libre source, facilement adaptable et flexible. De plus, elle devra être en mesure de traiter une grande quantité de données dans un court laps de temps. Ce système se distinguera étant donné qu'il sera distribué sur plusieurs réseaux sous un modèle client-serveur et collaborera dans le but de trouver les coordonnateurs de ces armées de robots.

Cette thèse est dédiée à l’élaboration de fibres optiques microstructurées en verre de chalcogénure. Ces verres présentent un large domaine de transparence dans l’infrarouge et des propriétés optiques non-linéaires importantes. Les fibres optiques microstructurées sont composées d’un arrangement périodique de trous d’air s’étalant le long de l’axe de la fibre. Elles possèdent ainsi des propriétés de propagation originales qui suscitent un grand intérêt dans la communauté scientifique. La possibilité de mettre les verres de chalcogénure sous forme de MOFs offre de nombreuses applications potentielles en optique passive et en optique active. Nous nous sommes intéressés à plusieurs d’entres elles. Ces travaux s’articulent en effet autour de trois objectifs majeurs : le transport de puissance dans les fenêtres de transparence atmosphériques II et III, la réalisation d’un capteur chimique et la conversion de longueurs d’onde par des effets non-linéaires. Les compositions sélectionnées pour élaborées les fibres (As38Se62, As40S60, Te20As30Se50 et Ge10As22Se68) ont fait l’objet d’une recherche approfondie de manière à trouver des méthodes de purifications adéquates pour obtenir des fibres présentant de très faibles pertes optiques. Les MOFs obtenues à partir des verres purifiés présentent des pertes inférieures au dB/m sur une grande gamme de longueur d’onde. De tels résultats permettent d’assurer le transport de moyenne puissance dans les bandes II et ou III selon la fenêtre de transmission de ces verres. Concernant la réalisation d’un capteur dans l’infrarouge, une nouvelle géométrie de fibre a été élaborée. Elle consiste en une fibre dont le cœur est partiellement exposé à l’environnement extérieur grâce à la présence d’une fente le long de l’axe de la fibre. Les essais de détection de liquides réalisés sont concluants, les résultats montrent que la fibre à cœur exposé conçue est plus sensible qu’une fibre monoindice présentant un diamètre deux fois plus petit. Un petit diamètre de cœur est un paramètre recherché afin d’exacerber les effets non-linéaires. Ainsi deux géométries de fibres ont été sélectionnées pour fabriquer les fibres destinées à générer des effets non-linéaires : les fibres multimodes à cœur suspendu (Øc<3µm) et les fibres monomodes à trois couronnes de trous (Øc<5µm). Les propriétés non-linéaires des fibres élaborées ont été analysées à l’ONERA et au laboratoire FOTON. A la vue de l’ensemble des résultats, le caractère monomode permet d’obtenir des supercontinuums plus réguliers dans la fenêtre 3-5µm et semble indispensable pour les conversions de longueurs d’onde à 1,55µm. Les fibres réalisées ont permis d’obtenir des conversions de longueurs d’onde à un taux supérieur à 170Gb/s, de démultiplexer un signal à 170,8Gb/s et de réaliser un laser à fibre Brillouin présentant des seuils de déclenchement de puissance très bas. / The present works concern the elaboration of chalcogenide glass Microstructured Optical Fibers (MOFs). Chalcogenide glasses present a large transparency window in the infrared and high non-linear optical properties. MOFs are based on only one glass, the guidance of the light beam in the fiber core is possible thanks to the presence of a periodic holes arrangement defining the microstructure. This particular mode guidance combined with the original properties of chalcogenide glasses leads to numerous potential applications. In this thesis different applications have been investigated. Indeed, the works focus on three main aims: power transmission in the II and III atmospheric transparency windows, the fabrication of a sensor for chemical species and wavelength conversion thanks to non-linear effects. Whatever the application, it is needed to synthesize very high purity glasses in order to reach optical losses as low as possible. Thus, the glass compositions selected to carry out the fibers (As38Se62, As40S60, Te20As30Se50 and Ge10As22Se68) have been the subject of extensive researches to find the most appropriated purification processes. Thanks to the optimization of the purification methods, the elaborated fibers present optical losses as low as 1dB/m over a wide range of wavelengths. Such a result allows the transport of light power in the II or the III band depending on the glass composition. Regarding the development of a sensor in the infrared, a new fiber geometry has been performed. It consists in a fiber whose core is partially exposed to the external environment thanks to the presence of a slit along the fiber. Such a configuration was obtained by modifying the preform molding method. The detection tests carried out are promising. Indeed, the exposed core fiber is more sensitive than a single index fiber having a twice smaller external diameter. A small core diameter is needed to enhance non-linear effects. Thus, to generate such effects, two different fiber designs have been chosen: suspended-core multi-mode fibers (Øc<3µm) and three rings of holes single-mode fibers (Øc<5µm). The latter configuration was obtained by developing the Ge10As22Se68 glass composition, very stable against crystallization. Indeed, the optical properties of the glass do not change even after several thermal treatments needed for the casting steps. The non-linear optical properties of the fabricated fibers have been analyzed at thanks to a collaboration with ONERA and the FOTON laboratory. The results show that the single mode guidance allows to obtain more regular supercontinuums in the 3-5µm region and seems to be essential for wavelength conversions at 1.55 µm. Thus, the low-loss single-mode fibers presenting core diameters smaller than 5µm allowed the conversion and demultiplexing of a 170Gb/s signal and the realization of a Brillouin fiber laser with very low power threshold.

La pollution maritime est l’un des principaux accidents qui affectent l’environnement maritime pendant une longue période. Il est essentiel que les systèmes de détection et de surveillance des déversements d'hydrocarbures interviennent rapidement pour contenir le danger. Ces systèmes utilisent plusieurs techniques et capteurs, les plus récents étant ceux réalisés à distance à l'aide de systèmes satellitaires et aéroportés. L'Agence européenne pour la sécurité maritime (EMSA) a lancé en 2016 la nécessité d'utiliser un système complémentaire, utilisant des drones, aux systèmes de surveillance maritime actuels.Dans nos travaux, nous proposons l’utilisation des drones comme système de détection des déversements d’hydrocarbures. Le radar basé sur un drone permettra une évaluation rapide et le traitement des données en temps réel de la zone où le drapeau de possibles déversements est levé par des témoins. L' échographie en parallèle peut être utilisée pour couvrir une grande surface dans un moment critique. De plus, l' échographie à l'aide de drones offre une résolution spatiale élevée par rapport à un satellite et présente l'avantage principal d'un coût relativement réduit par rapport aux systèmes de détection aéroportés spécialisés. Les drones peuvent être désignés comme systèmes nadir (émission et réception à angle nul par rapport à la normale). Étant largement indépendants de la rugosité de surface, les rendements des systèmes nadir (ou quasi-nadir) bénéficieront de la prédominance de la diffusion spéculaire et permettront une détection même par vent très faible. Les mêmes conditions sont considérées comme inappropriées pour la détection à l'aide d'autres techniques récentes.Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle approche probabiliste qui utilise un radar à large bande d'aspect nadir pour les applications de détection de la pollution maritime. L’approche proposée combine un modèle de diffusion monocouche et des statistiques bayésiennes afin d’évaluer la probabilité de détection de marées noires, dans une plage plausible d’épaisseurs, sur l’eau de mer. Nous présentons un cadre d’algorithmes qui utilise des mesures de la valeur de réflectivité pour détecter les déversements de pétrole. L'infrastructure prend en charge une ou plusieurs mesures collectées à une ou plusieurs fréquences dans les bandes C et X. L'analyse des performances des trois types de détecteurs (simple, double et tri-fréquence) est effectuée. L'analyse des résultats obtenus à partir des interfaces de surfaces planes et rugueuses est également présentée.Nous complétons les algorithmes de détection par une nouvelle approche visant à estimer l’épaisseur de la nappe de pétrole. Nous présentons des estimateurs à probabilité unique, double et multifréquences maximum. Ces derniers utilisent l'algorithme de distance minimum euclidienne, dans des ensembles de constellation prédéfinis 1-D, 2-D ou K-D, sur des réflectivités simulées pour estimer l'épaisseur de la marée noire. Les algorithmes dérivés sont présentés et testés à l'aide d'une simulation de Monte-Carlo.Pour pouvoir passer aux prototypes et aux applications réelles, les résultats nécessitent une validation expérimentale. Par conséquent, nous présentons également une méthode rapide et efficace pour l'extraction à distance des coefficients de réflexion de puissance sur une structure multicouche modélisant un déversement d'hydrocarbures à la surface de l'eau de mer. Les résultats expérimentaux obtenus sont analysés et comparés à des calculs théoriques. / Oil spill in sea water is one of the main accidents that adversely affect the maritime environment for a long period of time. It is crucial to have oil spill detecting and monitoring systems to have quick intervention to contain the danger. Such systems use several techniques and sensors, where most recent ones are those done remotely using satellite and airborne systems. The European Maritime Safety Agency (EMSA) launched in 2016 the need to use a complementary system, using drones, to the present satellite maritime surveillance systems.In our work, we propose the use of the drones for oil spill detection system. The drone-based radar will allow quick assessment and real time data processing of the area where the flag of possible spills is raised by witnesses. Parallelization in scanning can be used to cover large area in a critical time. Furthermore, scanning with drones provides high spatial resolution compared to satellite and with a principal advantage of relative low cost compared to dedicated airborne detection systems. Drones can be designated as nadir-looking systems (transmit and receive at zero angle from the normal). Being largely independent of surface roughness, the returns from nadir (or near-nadir) systems will benefit from the dominance of the specular scattering and allow detection even in very low wind conditions. The same conditions are considered to be unsuitable for detection using other recent techniques.In this thesis, we present a new probabilistic approach which uses nadir-looking wide-band radar for oil spill detection applications. The proposed approach combines a single layer scattering model with Bayesian statistics in order to evaluate the probability of detection of oil slicks, within a plausible range of thicknesses, on seawater. We present a framework of algorithms that utilize measurements of the reflectivity value to detect oil spills. The framework supports one or more measurements collected at single or multiple frequencies in the C-band and X-band. Performance analysis of all three types of detectors (single, dual- and tri-frequency) is done. The analysis for the results obtained from both flat- and rough- surfaces interface is also presented.We complement the detection-algorithms by a new approach targeting the estimation of the oil slick thickness. We present Maximum Likelihood single-, dual- and multi-frequency estimators. The latter use Minimum-Euclidean distance algorithm, in pre-defined 1-D, 2-D or K-D constellation sets, on simulated reflectivities to estimate the thickness of the oil slick. The derived algorithms are presented and tested using Monte-Carlo simulation.To be able to move forward to prototypes and real applications, the results need experimental validation. Therefore, we also present a fast and efficient method for the remote extraction of the power reflection coefficients on multilayer structure modeling an oil spill on the top surface of sea water. Experimental results obtained are analyzed and compared to theoretical calculations.

L’étude menée dans le cadre de cette thèse vise l’étude du rôle de la dynamique de formes faciales 3D à révéler l’identité des personnes et leurs états émotionnels. Pour se faire, nous avons proposé un cadre géométrique pour l’étude des formes faciales 3D et leurs dynamiques dans le temps. Une séquence 3D est d’abord divisée en courtes sous-séquences, puis chacune des sous-séquences obtenues est représentée dans une variété de Grassmann (ensemble des sous-espaces linéaires de dimension fixe). Nous avons exploité la géométrie de ces variétés pour comparer des sous-séquences 3D, calculer des statistiques (telles que des moyennes) et quantifier la divergence entre des éléments d’une même variété Grassmannienne. Nous avons aussi proposé deux représentations possibles pour les deux applications cibles – (1) la première est basée sur les dictionnaires (de sous-espaces) associée à des techniques de Dictionary Learning Sparse Coding pour la reconnaissance d’identité et (2) le représentation par des trajectoires paramétrées par le temps sur les Grassmanniennes couplée avec une variante de l’algorithme de classification SVM, permettant un apprentissage avec des données partielles, pour la détection précoce des émotions spontanée. Les expérimentations réalisées sur les bases publiques BU-4DFE, Cam3D et BP4D-Spontaneous montrent à la fois l’intérêt du cadre géométrique proposé (en terme de temps de calcul et de robustesse au bruit et aux données manquantes) et les représentations adoptées (dictionnaires pour la reconnaissance d’identité et trajectoires pour la détection précoce des émotions spontanées). / In this thesis, we have investigated the problems of identity recognition and emotion detection from facial 3D shapes animations (called 4D faces). In particular, we have studied the role of facial (shapes) dynamics in revealing the human identity and their exhibited spontaneous emotion. To this end, we have adopted a comprehensive geometric framework for the purpose of analyzing 3D faces and their dynamics across time. That is, a sequence of 3D faces is first split to an indexed collection of short-term sub-sequences that are represented as matrix (subspace) which define a special matrix manifold called, Grassmann manifold (set of k-dimensional linear subspaces). The geometry of the underlying space is used to effectively compare the 3D sub-sequences, compute statistical summaries (e.g. sample mean, etc.) and quantify densely the divergence between subspaces. Two different representations have been proposed to address the problems of face recognition and emotion detection. They are respectively (1) a dictionary (of subspaces) representation associated to Dictionary Learning and Sparse Coding techniques and (2) a time-parameterized curve (trajectory) representation on the underlying space associated with the Structured-Output SVM classifier for early emotion detection. Experimental evaluations conducted on publicly available BU-4DFE, BU4D-Spontaneous and Cam3D Kinect datasets illustrate the effectiveness of these representations and the algorithmic solutions for identity recognition and emotion detection proposed in this thesis.