This paper describes a high fidelity simulation model for GEROTOR pumps. The simulation approach is based on the coupling of different models: a geometric model used to evaluate the instantaneous volumes and flow areas inside the unit, a lumped parameter fluid dynamic model for the evaluation of the displacing action inside the unit and mechanical models for the evaluation of the internal micro-motions of the rotors axes. This paper particularly details the geometrical approach, which takes into account the actual geometry of the rotors, given as input as CAD files. This model can take into account the actual location of the points of contact between the rotors as well for the actual clearances between the rotors. The potentials of the model are shown by considering a particular GEROTOR design. A specific test set-up was developed within this research for the model validation, and comparisons in terms of steady-state pressure versus flow curves and instantaneous pressure ripples are shown for the reference pump.

Filamentous fungi are important in an enormous variety of ways to our life, with examples ranging from bioremediation, through the food and drinks industry to human health. These organisms can form huge networks stretching metres and even kilometres. However, their mode of growth is by the extension of individual hyphal tips only a few microns in diameter. Tip growth is mediated by the incorporation of new wall building materials at the soft apex. Just how this process is controlled (in fungi and in cell elongation in other organisms) has been the subject of intense study over many years and has attracted considerable attention from mathematical modellers. In this thesis, we consider mathematical models of fungal tip growth that can be classified as either geometrical or biomechanical. In every model we examine, a 2-D axisymmetric semihemisphere-like curve represents half the medial section of fungal tip geometry. A geometrical model for the role of the Spitzenkorper in the tip growth was proposed by Bartnicki-Garcia et al (1989), where a number of problems with the mathematical derivation were pointed out by Koch (2001). A suggestion is given as an attempt to revise the derivation by introducing a relationship between arc length of a growing tip, deposition of wall-building materials and tip curvature. We also consider two types of geometrical models as proposed by Goriely et al (2005). The first type considers a relationship between the longitudinal curvature and the function used to model deposition of wall-building materials. For these types of models, a generalized formulae for the tip shape is introduced, which allows localization of deposition of wall-building materials to be examined. The second type considers a relationship between longitudinal and latitudinal curvatures and the function used to model deposition of wall-building materials. For these types of models, a new formulation of the function used to model deposition of wall-building materials is introduced. Finally, a biomechanical model as proposed by Goriely et al (2010). Varying arc length of the stretchable region on the tip suggests differences in geometry of tip shape and the effective pressure profile. The hypothesis of orthogonal growth is done by focusing only on the apex of a "germ tube". Following that, it suggests that material points on the tip appear to move in a direction perpendicular to the tip either when surface friction is increased or decreased.

This paper describes a high fidelity simulation model for GEROTOR pumps. The simulation approach is based on the coupling of different models: a geometric model used to evaluate the instantaneous volumes and flow areas inside the unit, a lumped parameter fluid dynamic model for the evaluation of the displacing action inside the unit and mechanical models for the evaluation of the internal micro-motions of the rotors axes. This paper particularly details the geometrical approach, which takes into account the actual geometry of the rotors, given as input as CAD files. This model can take into account the actual location of the points of contact between the rotors as well for the actual clearances between the rotors. The potentials of the model are shown by considering a particular GEROTOR design. A specific test set-up was developed within this research for the model validation, and comparisons in terms of steady-state pressure versus flow curves and instantaneous pressure ripples are shown for the reference pump.

This thesis deals with the analysis of retinal images from digital fundus camera, especially with structure of optic disc (OD). The theoretic part describes main features of the human visual system and princip of eyeground examination. The paper discussed available methods that have been used for localization of optic disc. For further work is selected proposal of the geometrical model of vessel structure by using the method of segmentation of vessels by matched filtering. Original images are tested with semi-automatic method for optic disc localization.

Cette thèse a pour objectif de modéliser, par approches biométriques, l’évolution dans le temps du visage humain, en partant de l’âge enfant, jusqu’à un âge adulte. Ces travaux sur le vieillissement rentrent dans le cadre des activités de recherche du groupe biométrie du laboratoire LiSSi (UPEC).Comme il est connu, l’évolution des traits dues au vieillissement dépend deplusieurs facteurs intrinsèques ou extrinsèques, dont : la génétique, l’origine ethnique, le mode de vie, etc. En considérons les modèles paramétriques proposés dans cette thèse, nous exploitons entre autres, les similitudes des caractéristiques extraites chez des individus d’une même catégorie d’âge. Ces similitudes sont intégrées dans nos modèles afin de pouvoir estimer l’apparence faciale à un âge spécifique. Contrairement aux nombreuses études traitant les modèles prédictifs de vieillissement facial, cette thèse propose pour la première fois un modèle réversible permettant également le rajeunissement numérique de l’apparence du visage que nous appellerons, modèle de prédiction arrière d’apparence. Quant à la prédiction avant, notre contribution s’est orientée vers la proposition d’un modèle non-linaire paramétrique de vieillissement permettant de prendre en considération les facteurs accélérateurs de vieillissements liés au mode de vie des individus. De manière générale, nous nous sommes intéressés aux conséquences de certaines addictions de type (drogues, alcool,exposition au soleil, etc.), sur le vieillissement prématuré du visage. Par conséquent,nous avons proposé des modèles sensibles à certains de ces facteurs en se basant sur des analyses statistiques. Comme retombés socio-économiques, cette étude a pour objectif de sensibiliser les jeunes personnes par rapport aux dangers liés à la consommation excessives de certaines substances, voire à l’addiction à certaines pratiques.Les études que nous avons menées durant cette thèse, ont nécessité la constitution d’une base de données contenant plus de 1600 images faciales. Cette base de données a permis le développement 30 modèles de visages «Face Templates». Suite à cela, nous avons créé une base de données d’évaluation, appelée «Face Time-Machine (FaceTiM)». Constituée à partir de 120 sujets, cette base de données est mise à disposition des chercheurs afin qu’ils puissent reproduire les résultats que nous avons obtenus, évaluer les performances, et enfin contribuer à l’amélioration des modèles proposés / The main focus of this thesis is to model the evolution trajectory of human face from infancy to senility using the biometrics facial features.The manifestation of facial changes caused by ageing depends on different factors such as genetic, ethnicity and lifestyle. Nevertheless, individuals in the same age group share some facial similarities. These resemblances can be employed to approximate the facial appearance of an individual in the bygone or the forthcoming years.Unlike numerous studies dealing with predictive face ageing models, for the first time, this thesis proposes the first Backward Facial Ageing Model aiming at digitally rejuvenate an adult face appearance down to its early childhood. We also present the Forward Facial Ageing Model to predict the adult face appearance in its future by taking into account the naturalageing trajectory. The main purpose of Forward Facial Ageing Model is to have a base model for the supplementary ageing models such as behavioural models.In this thesis for the first time in face ageing studies, the effects of different lifestyle behaviours are integrated into the facial ageing models. The Behavioural Facial Ageing Models predict the feature of a young face in case of having the high-risk lifestyle habits. The main attempt of these models is to illustrate the adverse effects of unsafe lifestyle behaviourson the senility of the face, aiming to prevent the youth from becoming involved in these habits. The Facial Ageing Modeling Database, contains over 1600 facial images, is collected to construct the models and 30 Face Templates for the purpose of the face ageing studies.Besides, the Face Time-Machine Database from 120 subjects is created and published to testand evaluate the results. For the proposed approach face contour and different components are modified non-linearly based on an estimated geometrical model related to the trajectory of growth or ageing. Moreover, the face texture is adapted by mapping a Face Template to the estimated geometrical model. Then, the effects of each lifestyle habit are set up to the primal predictive model.The evaluations of the results indicate that the proposed models are remarkably accurate to estimate the correct face appearance of an individual in the target age. While the simulated facial images are realistic and have the appearance, geometrical and textural characteristics of the target age, the personal identity and details of the input face images are preserved

Les voies aériennes du système respiratoire humain sont constituées des voies extrathoraciques et de l'arbre bronchique, lui-même se divisant en deux sous-structures arborescentes, l'arbre trachéobronchique et les acini. L'arbre trachéobronchique, constitué des voies aériennes exclusivement conductives, a pour rôle d'acheminer l'air extérieur jusqu'aux unités d'échanges gazeux, les acini. Nous nous sommes intéressés dans cette thèse plus particulièrement à l'arborescence trachéobronchique. Nous avons développé tout d'abord un modèle géométrique de la morphologie trachéobronchique visant à établir un niveau de description intermédiaire entre un modèle trop simplifié, qui oublierait des caractéristiques géométriques de la morphologie essentielles à la compréhension de la ventilation, et un modèle exhaustif de la géométrie, difficilement exploitable dans son ensemble. Une fois cette géométrie élaborée, nous avons développé deux modèles de ventilation, l'un à l'inspiration au repos et l'autre à l'expiration forcée. Ces derniers reproduisent le comportement ventilatoire de l'arborescence trachéobronchique, tel que mesuré chez les patients. A partir de ces modèles géométriques et physiologiques, nous avons ensuite étudié l'influence de l'asymétrie de branchement, caractéristique morphologique essentielle de l'arborescence trachéobronchique, sur la ventilation. Nous avons mis en évidence l'existence d'un degré d'asymétrie optimal, permettant à la fois une ventilation efficace des acini et une robustesse face aux altérations de la structure bronchique. De façon intéressante, ce degré d'asymétrie correspond à celui mesuré chez l'homme, suggérant une possible adaptation de l'asymétrie au cours de l'évolution. Enfin, grâce aux modèles physiologiques mis au point dans cette thèse, nous avons étudié quelques pathologies pulmonaires modèles et reproduit les mesures spirométriques des patients. Également, nous avons entamé la simulation et l'étude d'images de ventilation pulmonaire, ainsi que du dépôt de particules dans l'arborescence trachéobronchique. De telles études ouvrent de nombreuses perspectives quant à la compréhension, au diagnostic et à aux possibles thérapies des pathologies pulmonaires. / The human pulmonary airway system consists of the extrathoracic airways and the bronchial tree, which is divided into two sub-trees, the tracheobronchial tree and the acini. The tracheobronchial tree, which consists in conducting airways only, brings external air to the gas exchange units, the acini. We are focusing here on the tracheobronchial tree. First, we have developed a geometrical model of the tracheobronchial morphology: this model is an intermediate description between a too simplified model, which forgets some geometrical characteristics of the morphology that are determinant to understand the ventilation, and an exhaustive geometrical model, which is hardly usable. When this geometry has been built, we have developed two ventilation models, one at inspiration at rest and another at forced expiration. These models reproduce the ventilatory behavior of the tracheobronchial tree, as measured on the patients. Using these geometrical and physiological models, we have then studied the role of the branching asymmetry, which is an essential morphological characteristic of the tracheobronchial tree, on the ventilation. We have shown that there exists an optimal asymmetry level that permits to efficiently ventilate all the acini and to be robust with respect to the alterations of the bronchial structure. Interestingly, this asymmetry level corresponds to the measured human level. This can suggest that the asymmetry level could have been adapted throughout the evolution. At last, using the physiological models developed in this thesis, we have studied some pathological pulmonary models and reproduced the spirometric measurements of the patients. Moreover, we have started to simulate and to study images of the pulmonary ventilation and the particle deposition in the tracheobronchial tree. Such studies open perspectives concerning the understanding, the diagnosis and the possible treatments of the pulmonary pathologies.

En informatique, la vision par ordinateur s’attache à extraire de l’information à partir de caméras. Les capteurs de celles-ci peuvent être produits avec la technologie CMOS que nous retrouvons dans les appareils mobiles en raison de son faible coût et d’un encombrement réduit. Cette technologie permet d’acquérir rapidement l’image en exposant les lignes de l’image de manière séquentielle. Cependant cette méthode produit des déformations dans l’image s’il existe un mouvement entre la caméra et la scène filmée. Cet effet est connu sous le nom de «Rolling Shutter» et de nombreuses méthodes ont tenté de corriger ces artefacts. Plutôt que de le corriger, des travaux antérieurs ont développé des méthodes pour extraire de l’information sur le mouvement à partir de cet effet. Ces méthodes reposent sur une extension de la modélisation géométrique classique des caméras pour prendre en compte l’acquisition séquentielle et le mouvement entre le capteur et la scène, considéré uniforme. À partir de cette modélisation, il est possible d’étendre le calcul de pose habituel (estimation de la position et de l’orientation de la scène par rapport au capteur) pour estimer aussi les paramètres du mouvement. Dans la continuité de cette démarche, nous présenterons une généralisation à des mouvements non-uniformes basée sur un lissage des dérivées des paramètres de mouvement. Ensuite nous présenterons une modélisation polynomiale du «Rolling Shutter» et une méthode d’optimisation globale pour l’estimation de ces paramètres. Correctement implémenté, cela permet de réaliser une mise en correspondance automatique entre le modèle tridimensionnel et l’image. Pour terminer nous comparerons ces différentes méthodes tant sur des données simulées que sur des données réelles et conclurons. / Computer Vision, a field of Computer Science, is about extracting information from cameras. Their sensors can be produced using the CMOS technology which is widely used on mobile devices due to its low cost and volume. This technology allows a fast acquisition of an image by sequentially exposin the scan-line. However this method produces some deformation in the image if there is a motion between the camera and the filmed scene. This effect is known as Rolling Shutter and various methods have tried to remove these artifacts. Instead of correcting it, previous works have shown methods to extract information on the motion from this effect. These methods rely on a extension of the usual geometrical model of cameras by taking into account the sequential acquisition and the motion, supposed uniform, between the sensor and the scene. From this model, it’s possible to extend the usual pose estimation (estimation of position and orientation of the camera in the scene) to also estimate the motion parameters. Following on from this approach, we will present an extension to non-uniform motions based on a smoothing of the derivatives of the motion parameters. Afterwards, we will present a polynomial model of the Rolling Shutter and a global optimisation method to estimate the motion parameters. Well implemented, this enables to establish an automatic matching between the 3D model and the image. We will conclude with a comparison of all these methods using either simulated or real data.

Le contrôle précis des modèles géométriques joue un rôle important dans de nombreux domaines. Pour l’optimisation de forme en CFD, le choix des paramètres de contrôle et la technique de déformation de forme est critique. Nous proposons un modeleur paramétrique avec une nouvelle méthode de déformation d’objets, ayant pour objectif d’être intégré dans une boucle d’optimisation automatique de forme avec un solveur CFD. Notre méthodologie est basée sur une double paramétrisation des objets : géométrique et architecturale. L’approche géométrique consiste à décrire les formes par un squelette, composé d’une famille de courbes B-Splines, appelées courbes génératrice et courbes de section. Le squelette est paramétré avec une approche architecturale. Au lieu d’utiliser les points de contrôle de la représentation classique par courbes B-Splines, la géométrie est contrôlée par ces paramètres architecturaux. Cela permet de réduire considérablement le nombre de degrés de liberté utilisés dans le problème d’optimisation de forme, et permet de maintenir une description haut niveau des objets. Notre technique intègre un contrôle de forme et un contrôle de régularité, permettant d’assurer la génération de nouvelles formes valides et réalistes. Les déformations de la géométrie sont réalisées en posant un problème inverse : déterminer une géométrie correspondant à un jeu de paramètres cibles. Enfin, une technique de reconstruction de surface est proposée. Nous illustrons le modeleur paramétrique développé et intégré dans une boucle d’optimisation automatique de forme sur trois cas : un profil d’aile d’avion, un foil AC45 d’un voilier de course et un bulbe de chalutier de pêche. / The precise control of geometric models plays an important role in many domains. For shape optimisation in CFD, the choice of control parameters and the way to deform a shape are critical. In this thesis, we propose a new approach to shape deformation for parametric modellers with the purpose of being integrated into an automatic shape optimisation loop with a CFD solver. Our methodology is based on a twofold parameterisation: geometrical and architectural. The geometrical approach consist of a skeleton-based representation of object. The skeleton is made of a family of B-Spline curves, called generating curve and section curves. The skeleton is parametrised with an architectural approach: meaningful design parameters are chosen on the studied object. Thus, instead of using the control points of a classical B-spline representation, we control the geometry in terms of architectural parameters. This reduce the number of degrees of freedom and maintain a high level description of shapes. We ensure to generate valid shapes with a strong shape consistency control based on architectural considerations. Deformations of the geometry are performed by solving optimisation problems on the skeleton. Finally, a surface reconstruction method is proposed to evaluate the shape’s performances with CFD solvers. We illustrate the parametric modeller capabilities on three problems, performed with an automatic shape optimisation loop: the wind section of an plane (airfoil), the foil of an AC45 racing sail boat and the bulbous bow of a fishing trawler.

Le CEA développe et utilise des logiciels de calcul, également appelés codes de calcul, dans différentes disciplines physiques pour optimiser les coûts de ses installations et de ses expérimentations. Lors d'une étude, plusieurs phénomènes physiques interagissent. Un couplage et des échanges de données entre plusieurs codes sont nécessaires.Chaque code réalise ses calculs sur une géométrie, généralement représentée sous forme d'un maillage contenant des milliers voire des millions de mailles. Cette thèse se focalise sur le transfert de déformations géométriques entre les maillages spécifiques de chacun des codes de calcul couplés. Pour cela, elle présente une méthode de couplage de plusieurs codes, dont le calcul des déformations est réalisé par l'un d'entre eux. Elle traite également de la mise en place d'un modèle commun aux différents codes de l'étude regroupant l'ensemble des données partagées. Enfin, elle porte sur les transferts de déformations entre des maillages représentant une même géométrie ou des géométries adjacentes. Les modifications géométriques sont de nature discrète car elles s'appuient sur un maillage. Afin de les rendre accessible à l'ensemble des codes de l'étude et pour permettre leur transfert, une représentation continue est calculée. Pour cela, deux fonctions sont développées : l'une à support global, l'autre à support local. Toutes deux combinent une méthode de simplification et un réseau de fonctions de base radiale. Un cas d'application complet est traité dans le cadre du réacteur Jules Horowitz. L'effet des dilatations différentielles sur le refroidissement d'un dispositif expérimental est étudié. / The CEA develops and uses scientific software, called physical codes, in various physical disciplines to optimize installation and experimentation costs. During a study, several physical phenomena interact, so a code coupling and some data exchanges between different physical codes are required.Each physical code computes on a particular geometry, usually represented by a mesh composed of thousands to millions of elements. This PhD Thesis focuses on the geometrical modification transfer between specific meshes of each coupled physical code. First, it presents a physical code coupling method where deformations are computed by one of these codes. Next, it discusses the establishment of a model, common to different physical codes, grouping all the shared data. Finally, it covers the deformation transfers between meshes of the same geometry or adjacent geometries. Geometrical modifications are discrete data because they are based on a mesh. In order to permit every code to access deformations and to transfer them, a continuous representation is computed. Two functions are developed, one with a global support, and the other with a local support. Both functions combine a simplification method and a radial basis function network. A whole use case is dedicated to the Jules Horowitz reactor. The effect of differential dilatations on experimental device cooling is studied.

De nos jours plus que jamais, il est nécessaire d’anticiper et de comprendre les réponses évolutives des organismes vivants, face à des habitats instables et hétérogènes. Mais à quel point cela est-il possible ? Reproduire l’ensemble du déroulé d’une trajectoire évolutive nécessite de pouvoir décrire, d’une part, le « matériel » disponible pour s’adapter (c’est-à-dire les effets phénotypiques associés à la variabilité génétique produite), d’autre part, comment agissent les forces évolutives, associées à un contexte écologique, pour aboutir à un certain « assemblage » de ce matériel. Dans sa version la plus simple, ce processus évolutif peut-être décrit par plusieurs cycles d’évènements de mutations-sélection conduisant à l’adaptation d’une population à son environnement. Cette dynamique correspond assez bien à celle qui est décrite par les populations bactériennes dans les expériences d’évolution contrôlées en laboratoire. Parallèlement, les modèles de paysages adaptatifs (phénotypiques), et en particulier le modèle géométrique de Fisher, sont des outils très puissants pour formuler des prédictions générales et quantitativement testables sur ces trajectoires évolutives. Cependant, ils restent très théoriques et ont été largement pensés dans un contexte écologique simplifié. Au cours de cette thèse, nous avons identifié les déterminants (mutationnels et sélectifs) des trajectoires évolutives à long terme de populations bactériennes s’adaptant dans différents contextes environnementaux. Une première partie des résultats est mise en lumière par la validation expérimentale et la reconstruction de la topographie du paysage adaptatif généré par différentes doses d’un antibiotique, le long d’un gradient. Une deuxième partie expérimentale vise à intégrer une composante biotique (une autre bactérie) à ce même contexte environnemental. Les processus évolutifs intervenant au cours d’une coévolution à long terme maintenue par sélection fréquence-dépendante, y sont étudiés. / Today more than ever, it is crucial to anticipate and understand the evolutionary responses of living organisms faced with heterogeneous and unstable habitats. But to what extent is this possible? To reproduce an entire evolutionary trajectory, we must first describe the “material” available for adaptation (e.g. the phenotypic effects associated with the existing and novel genetic variability), and second describe the way evolutionary forces, shaped by the ecological context, result in specific “assemblies” of this material. At its simplest, this evolutionary process can be described by several cycles of mutation-selection events, leading to the adaptation of a population to an environment. This process is reflected in the evolutionary trajectories of bacterial lineages undergoing controlled experimental evolution in the lab. Concurrently, adaptive (phenotypic) landscape models, and especially Fisher’s geometrical model of adaptation, are powerful tools to formulate general predictions, which can then be tested on such evolutionary trajectories. However, they remain highly theoretical, and are widely conceived in a simple ecological context. In this thesis, we identified the (mutational and selective) determinants of the evolutionary trajectories of bacterial lines adapting to various environmental contexts. A first set of results regards evolution along a gradient of antibiotic doses, and their relevance is highlighted by experimental validation and by the reconstruction of the underlying adaptive landscape. A second experimental part integrates a biotic component (another bacteria) to the same environmental context. The evolutionary processes acting throughout the resulting long-term coevolution – maintained by frequency-dependent selection – are studied.