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

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Cette thèse apporte des solutions pour exploiter efficacement les nouvelles architectures hautement parallèles, dans le contexte des simulations d'objets déformables en temps réel. Les premières contributions de ce document, se concentrent sur le calcul de la déformation des objets. Pour cela nous proposerons des solutions de parallélisations de solveurs linéaires, couplées à des techniques de preconditionnement asynchrone. Le second ensemble de contributions, repose sur le processeur graphique pour produire une nouvelle méthode de détection des collisions, basée sur le volume d'intersection entre les objets déformables.Enfin les derniers travaux apportent des solutions pour produire une réponse précise aux contacts, et compatible avec le temps réel. Nous aborderons notamment les problèmes liés à la découpe des organes, et à la prise en compte du couplage mécanique entre les contacts. Pour terminer, nous illustrerons nos contributions dans un ensemble d’applications médicales, qui tirent parti des contributions de ce document. / This thesis provides solutions to effectively exploit the new highly parallel architectures, in the context of simulations of deformable objects in real time. The first contributions of this paper focus on calculating the deformation of objects. For that purpose, we will propose solutions of parallelization of linear solvers, coupled with asynchronous preconditioning techniques. The second set of contributions relies on the graphics processor to produce a new collision detection method, based on intersection volumes between deformable objects. Then the last works provide solutions to produce an accurate response to contacts and is compatible with real time. We will discuss issues related to the organs cutting, and the recognition of the mechanical coupling between the contacts. Finally, we will illustrate our contributions in a range of medical applications which make the most of the contributions of this paper.

Cette thèse actualise les connaissances de l'évaluation de l'allergénicité des aliments et son application au diagnostic de l'allergie alimentaire. Après la définition, les caractéristiques et la classification des allergènes alimentaires, les phénomènes physico-chimiques modifiant l'allergénicité des aliments ainsi que les réactivités croisées sont décrites. Ainsi sont introduits les outils cliniques et biologiques utiles au diagnostic de l'allergie alimentaire et à la détection des traces d'allergènes alimentaires. Une collaboration étroite entre cliniciens et chercheurs biologistes, permet d’optimiser la prise en charge diagnostique et thérapeutique de l’allergie alimentaire. Cette démarche se concrétise par la mise à disposition et l'utilisation de divers outils (développement d’allergènes recombinants, dosage de contaminants alimentaires dans des médicaments ou aliments, ...) et est illustrée par diverses mises en situation clinique réelles. / The aim of this thesis consists in reviewing the advanced knowledge about the evaluation of food allergenicity and the different applications to the diagnosis of food allergy. Definition, characteristics and classification of food allergens precede the description of physical and chemical factors involved in the modification and cross-reactivity of food allergens. This review leads to the current tools used for the in vivo and in vitro diagnosis of food allergy as well as the recent procedures which have been developed for the detection of allergen traces in industrial food. A close collaboration between clinicians and biologists improves the diagnosis procedures. This cooperation is illustrated by various clinical situations in which new tools (i.e. specific IgE to recombinant allergens, food allergen traces identification in meals or drugs) have improved the diagnostic procedures and consequent therapeutic measures.

L'automatique est une discipline qui traite entre autres de la commande et du diagnostic des systèmes industriels. Une première étape à l'obtention de schémas de commande et de diagnostic est d’analyser les propriétés du système considéré. Les principales propriétés analysées sont la commandabilité, l'observabilité, la diagnosticabilité, la stabilité… Des critères, souvent basés sur des approches algébriques ou géométriques, permettent de caractériser ces propriétés. En outre, des travaux publiés dans les années 1970 ont permis d’introduire une nouvelle représentation de systèmes à base de graphes orientés. De ces travaux, il résulte que l'approche graphique fournit des solutions simples et est ainsi très bien adaptée pour analyser des systèmes de grande dimension et/ou incertains. Malheureusement, peu de travaux basés sur des méthodes graphiques traitent des systèmes non linéaires. Par notre travail, nous avons souhaité combler ce manque en étudiant les propriétés d’observabilité et de diagnosticabilité des systèmes bilinéaires structurés à l’aide d’une approche graphique. Des conditions graphiques nécessaires et suffisantes d’observabilité de l’ensemble et d’une partie de l’état d’un système sont formulées. Par la suite le problème de placement de capteurs est abordé afin de recouvrer les propriétés d’observabilité. Enfin, nous nous sommes focalisés sur la propriété de diagnosticabilité. Après avoir donné une condition graphique nécessaire et suffisante de solubilité du problème de détection de défauts, nous avons alors étudié différents cas particuliers de commande afin de donner des conditions de solubilité au problème actif de détection de défauts. / Automation is a discipline which treats inter alia control and diagnosis of industrial systems. A first stage to obtain control and diagnosis schemes is to analyze the properties of the considered system. The main analyzed properties are controllability, observability, diagnosticability, stability… Criteria, often based on algebraic or geometrical approaches, make it possible to characterize these properties. Moreover, some works published in the 70’s introduced a new representation of systems based on directed graphs. From these works, it results that graphical approach provides simple solutions and thus is very well suited to analyze great dimension and/or uncertain systems. Unfortunately, few works based on graphic methods treats nonlinear systems. By our work, we wished to fill this lack by studying observability and diagnosticability properties for structured bilinear systems using a graphical approach. Necessary and sufficient graphic conditions for the observability of the whole and part of the system state are formulated. Thereafter the sensor placement problem is tackled in order to recover the observability property. Lastly, we focused ourselves on the diagnosticability property. After having given a necessary and sufficient graphic condition of fault detection problem solubility, we then studied various particular cases of control in order to give conditions of active fault detection problem solubility.

La sécurité des systèmes de transports intelligents est au centre de tous les débats. Afin de s’assurer un fonctionnement sécuritaire, il est nécessaire de pouvoir vérifier le bon fonctionnement des capteurs permettant d’avoir une parfaite connaissance de l’environnement et de l’état du véhicule. Cette thèse présente une nouvelle solution de détection et d’identification de faute pouvant apparaitre sur les capteurs embarqués d’un véhicule intelligent. Cette méthode est basée sur la redondance analytique des données, consistant à estimer une même mesure à l’aide de capteurs de différentes natures. Cette mesure subit alors une transformation non linéaire permettant à la fois d’accroitre la sensibilité aux fautes et d’être plus robuste aux bruits. Cette étude propose plusieurs solutions de transformation et d’estimation qui seront évaluées en simulation avant de proposer une méthode d’optimisation de la prise de décision en fonction de critères choisis par l’utilisateur. La description de l’architecture, des méthodes employées ainsi que des équations permettant l’établissement de celle-ci seront décrites dans le chapitre 3. L’évaluation en simulation des performances de l’architecture sera effectuée dans le chapitre 4 avant une analyse finale des résultats ainsi qu’une comparaison avec une solution existante dans le dernier chapitre, permettant la validation de notre approche.

La détection de changements dans une scène est l’un des problèmes les plus complexes en télédétection. Il s’agit de détecter des modifications survenues dans une zone géographique donnée par comparaison d’images de cette zone acquises à différents instants. La comparaison est facilitée lorsque les images sont issues du même type de capteur c’est-à-dire correspondent à la même modalité (le plus souvent optique multi-bandes) et possèdent des résolutions spatiales et spectrales identiques. Les techniques de détection de changements non supervisées sont, pour la plupart, conçues spécifiquement pour ce scénario. Il est, dans ce cas, possible de comparer directement les images en calculant la différence de pixels homologues, c’est-à-dire correspondant au même emplacement au sol. Cependant, dans certains cas spécifiques tels que les situations d’urgence, les missions ponctuelles, la défense et la sécurité, il peut s’avérer nécessaire d’exploiter des images de modalités et de résolutions différentes. Cette hétérogénéité dans les images traitées introduit des problèmes supplémentaires pour la mise en œuvre de la détection de changements. Ces problèmes ne sont pas traités par la plupart des méthodes de l’état de l’art. Lorsque la modalité est identique mais les résolutions différentes, il est possible de se ramener au scénario favorable en appliquant des prétraitements tels que des opérations de rééchantillonnage destinées à atteindre les mêmes résolutions spatiales et spectrales. Néanmoins, ces prétraitements peuvent conduire à une perte d’informations pertinentes pour la détection de changements. En particulier, ils sont appliqués indépendamment sur les deux images et donc ne tiennent pas compte des relations fortes existant entre les deux images. L’objectif de cette thèse est de développer des méthodes de détection de changements qui exploitent au mieux l’information contenue dans une paire d’images observées, sans condition sur leur modalité et leurs résolutions spatiale et spectrale. Les restrictions classiquement imposées dans l’état de l’art sont levées grâce à une approche utilisant la fusion des deux images observées. La première stratégie proposée s’applique au cas d’images de modalités identiques mais de résolutions différentes. Elle se décompose en trois étapes. La première étape consiste à fusionner les deux images observées ce qui conduit à une image de la scène à haute résolution portant l’information des changements éventuels. La deuxième étape réalise la prédiction de deux images non observées possédant des résolutions identiques à celles des images observées par dégradation spatiale et spectrale de l’image fusionnée. Enfin, la troisième étape consiste en une détection de changements classique entre images observées et prédites de mêmes résolutions. Une deuxième stratégie modélise les images observées comme des versions dégradées de deux images non observées caractérisées par des résolutions spectrales et spatiales identiques et élevées. Elle met en œuvre une étape de fusion robuste qui exploite un a priori de parcimonie des changements observés. Enfin, le principe de la fusion est étendu à des images de modalités différentes. Dans ce cas où les pixels ne sont pas directement comparables, car correspondant à des grandeurs physiques différentes, la comparaison est réalisée dans un domaine transformé. Les deux images sont représentées par des combinaisons linéaires parcimonieuses des éléments de deux dictionnaires couplés, appris à partir des données. La détection de changements est réalisée à partir de l’estimation d’un code couplé sous condition de parcimonie spatiale de la différence des codes estimés pour chaque image. L’expérimentation de ces différentes méthodes, conduite sur des changements simulés de manière réaliste ou sur des changements réels, démontre les avantages des méthodes développées et plus généralement de l’apport de la fusion pour la détection de changements

Diagnostic et tolérance aux défauts sont des enjeux importants pour les systèmes de contrôle, particulièrement dans les systèmes de sécurité fondamentaux. La théorie et l'application des approches classiques de diagnostic et tolérance aux défauts doivent être revisités lorsqu'il s'agit de SCR. L'objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles approches de diagnostic pour les systèmes contrôlés en réseau en considérant la perte de paquets et la contrainte de communication. De plus, les algorithmes de l'ordonnancement et de diagnostic proposés sont implémentés dans un mini hélicoptère / Fault diagnosis and fault-tolerant control are important issues for practical control systems, especially in safety-critical systems. The theory and application of classical approaches of fault diagnosis and fault tolerant control should be revised when dealing with NCSs. Objective of this thesis is proposing new approaches to design a fault detection and isolation (FDI) system with considering network-induced effects such as packet dropout and medium access constraints. In addition, proposed algorithms of scheduling and fault diagnosis are implemented in a mini helicopter

On introduit une nouvelle modélisation du décollement de membrane soumise à une force croissante par rapport au temps, basée sur une évolution quasi-statique, s'appuyant sur la notion de mouvement général minimisant introduit par De Giorgi. Notre modèle utilise les quasi-ouverts et/ou les mesures capacitaires pour représenter l'état de la membrane à un instant t. Dans notre cas, l'évolution de la membrane est régie par un principe énergétique développé par Mielke, qui a été aussi utilisé dans la propagation des fissures introduite Francfort et Marigo. On obtient ainsi une évolution quasi-statique de la membrane représentée comme mesure capacitaire qui, sans être en contradiction avec le modèle mécanique de Andrews et Shillor, met en valeur les phénomènes de relaxation. On effectue ensuite des simulations numériques sur ce modèle, faites à la fois sur la représentation du décollement de membrane par des quasi-ouverts mais aussi par des mesures, et à chaque fois, un algorithme de descente local compatible avec le point de vue des mécaniciens, et un algorithme plus global à stratégie évolutionnaire sont implémentés. Ces simulations mettent en valeur les phénomènes de relaxation aperçus dans l'étude théorique. Enfin, la dernière partie s'intéresse aux résultats d'identification de multi-fissures de G. Alessandrini et A. Diaz Valenzuela et aux points conductifs introduits par Z. Belhachmi et D. Bucur. Le but est d'étendre et d'étudier ce concept sur un matériau non homogène, pour un défaut ayant un nombre infini de composantes connexes de diamètre minoré / This thesis introduces a new model for debonding membranes, subject to a debonding force depending on time. We deal with a quasi-static evolution in the framework of the minimizing movement theory introduced by De Giorgi. This new tool is based on the analysis of the evolution of capacitary measures and shapes. In our case, the evolution process is governed by an energy principle developped by Mielke also used in the crack propagation model of Francfort and Marigo. The membrane, represented by a capacitary measure, is subject to a natural relaxation phenomenon during the evolution, being in accordance with the mechanical model of Andrews and Shillor. The second chapter consists on the numerical analysis of this model, from two points of view : representation of the debonding membranes by quasi-open sets and by capacitary measures, respectively. In each case, local algorithms in agreement with mechanical point of view and evolutionary strategy algorithms which allow to escape from local minimizers are implemented. These computations emphasize the relaxation phenomenon in agreement with the theory. The last part deals with the identification of multi-cracks by electrostatic boundary measurements. We extend uniqueness results of G. Alessandrini and A. Diaz Valenzuela relying on the analysis of the conductive points introduced by Z. Belhachmi and D. Bucur. The goal is to deal with a non homogeneous material and to prove uniqueness (for two boundary measurement of defects detection having an infinite number of connected components of minorated diameter