Résumé : La disponibilité des données des sites expérimentaux en forêt est limitée et ces données possèdent parfois de grandes erreurs de mesures. De plus les attributs de la forêt, comme la densité du feuillage, sont difficiles à estimer et à valider. Pour résoudre ce problème, nous avons conçu une étude en cinq volets : le premier volet a été de développer un cadre de modélisation pour la simulation tridimensionnelle de scènes en forêts, rendus avec le gratuiciel POV-Ray (www.povray.org). Pour ce projet, 75 peuplements ont été créés avec trois distributions angulaires des feuilles : aléatoire, érectophile et planophile. Le cadre de modélisation permet la réalisation de scènes avec un gradient de valeur précise des attributs de l’architecture de la forêt qui sont parfois difficile à mesurer. Comme deuxième volet, le cadre de modélisation est utilisé pour évaluer des méthodes existantes d’estimation de l'indice de surface totale et foliaire (IST et ISF) et de la fermeture du couvert (FC) à partir de la photographie hémisphérique (PH). Dix PHs simulées par scènes ont été analysé pour en extraire l'IST qui comprend les feuilles et les matières ligneuses (par exemple les troncs et les branches) et les résultats ont montrés que l'intégrale tronquée de Miller (10º à 65º au zénith) et l’estimation près de 57,3º (55º à 60º) sont très semblables avec des facteurs de corrélation (R[indice supérieur 2]) de plus de 0,9 entre eux. Les résultats montrent aussi que l’IST et l’ISF sont mieux estimés par rapport aux valeurs d'entrées lorsque le groupage des feuilles est considéré. En outre, le groupage considéré avec la méthode CLX-45 (pour angles de visée de 55º à 60º), a été estimé avec un R[indice supérieur 2] de 0,66, ainsi qu’une erreur RMS de 1,0 unité (23%). Les estimations de la FC près du zénith avec dix PHs étaient très bonnes avec un R[indice supérieur 2] de 0,83 et une erreur RMS de 9 %. En troisième volet, le cadre de modélisation a été utilisé pour simuler des données de LiDAR terrestre et aéroporté. Un nouvel algorithme (LF) d’extraction de l’ISF, basé sur la méthode CLX et adaptée aux données LiDARs, a été présenté et testé sur ces données virtuelles. Les résultats de l’estimation de l’ISF sur les données TLS simulées nous montrent qu’avec la meilleur combinaison des paramètres de la méthode LF, les données TLS ont un grand potentiel pour la mesure de l’ISF avec un R[indice supérieur 2] de 0,83 et une erreur RMS de 0,7 (20 %). Donc une amélioration du R[indice supérieur 2] de 0,17 et une diminution de l’erreur RMS de 0,3 unité (3 %) par rapport aux résultats de la PH. Le même algorithme a aussi été testé sur des données LiDAR aéroportés simulées sur les même 75 scènes virtuelles et a donnée un R[indice supérieur 2] de 0,85 et une erreur RMS de 0,6 (20 %) à l’angle de visée de 55º mais seulement un R[indice supérieur 2] de 0,18 et une erreur RMS de 2,2 (58 %) à l’angle de visée de 5º. Puis, en quatrième volet, le nouvel algorithme à été testé sur des données TLS et ALS sur la réserve de Matane, Québec. Comme cinquième et dernier volet, nous avons exploré en détails les méthodes d’évaluation de l’IST, et surtout du groupage du feuillage afin de mieux comprendre les causes et limites des erreurs mesurées. Nos résultats pour ce dernier volet ont montrés que la densité du feuillage à l’intérieur des houppiers est un facteur important dans la sous-estimation de l’IST avec la méthode CCL et que la grandeur des segments en rapport avec l’ISF détermine le nombre de segments sans trouée où la moyenne logarithmique est un problème. De plus, la difficulté à mesurer l’ISF au nadir a été démontré avec les ALS, suggérant ainsi que l’ISF soit estimé à des angles proches de 57,3º autant avec les données sur le terrain (PH et TLS) qu’aéroportées (ALS). // Abstract : The availability of experimental data from forest sites is limited and may also have large measurement error. In addition, attributes such as foliage density, are difficult to estimate and validate. To address this problem, we designed a study in five parts: the first part was the development of a modeling framework for three-dimensional simulation of forest scenes, rendered with the freeware POV-Ray (www.povray.org). For this project, 75 simulated stands were created with angular distributions of random leaves, and erectophile and planophile. The framework allows the realization of scenes with the knowledge of architectural attributes of the forest that are sometimes difficult to measure. As a second component, the modeling framework is used to evaluate existing methods for estimating the total plant and leaf area index (PAI, LAI), and canopy closure from hemispherical photography (HP). Ten HPs are simulated per scene and were analyzed to extract the PAI which includes leaves and woody material (eg trunks and branches). The results have shown that the truncated integration Miller (10º to 65º in view zenith), and estimated from 55º to 60º are very similar with coefficient of determination (R[superscript 2])of more than 0.9. The results also show that PAI and LAI are better estimated with respect to the input when the grouping of the leaves is considered. In addition, the grouping method considered with the CLX method (for viewing angles of 55º to 60º), was estimated with an R[superscript 2] of 0.66 and an RMSE of 1.0 units (23 %). Canopy closure estimates near the zenith with 10 HPs were very good with an R[superscript 2] of 0.83 and an RMSE of 9%. As third component, the modeling framework was used to simulate terrestrial and airborne LiDAR data. A new LAI algorithm (LF), based on the CLX method adapted to LiDARs data was presented and tested on these virtual data. The new algorithm has been tested with simulated terrestrial LiDAR (TLS) data for the same 75 virtual scenes. The results show a great potential using TLS data and the best LF method combinations of parameters gave an R[superscript 2] of 0.83 and an RMS error of 0.7 (20 %), thus improving the R[superscript 2] by 0.17 and a reduction of the RMSE of 0.3 units (3 %). The same algorithm was also tested on simulated airborne LiDAR (ALS) data on the same 75 virtual scenes and gave an R[superscript 2] of 0.85 and an RMSE of 0.6 (20 %) at viewing angle of 55° but only an R[superscript 2] of 0.18 and an RMSE of 2.2 (58%) at the viewing angle of 5º. Then, in the fourth part, the new algorithm was tested on ALS and TLS data from the Matane Reserve, Quebec. As the fifth and final installment, we explore in detail the evaluation of the IST methods, and especially the grouping of foliage to better understand the causes and limits of measured errors. The density of foliage within crowns is an important factor in the underestimation of the LAI with the CCL method and the size of the segments with the LX based methods determines the number of segments without holes where the logarithmic mean is a problem. In addition, the difficulty in measuring the LAI at nadir has been demonstrated with ALS, suggesting that the LAI should be estimated at angles near 57.3º for both field data (HP and TLS) and airborne data (ALS).

Cette thèse, à la fois numérique et expérimentale, porte sur l’étude du transfert de chaleur par convection naturelle qui apparait au sein d’une cavité hémisphérique en régime stationnaire. L’enceinte est remplie d’eau ou de nanofluide de type eau / ZnO. La fraction volumique varie entre 0 (eau pure) et 10%. La coupole de la cavité est maintenue à température froide. Ce travail s’applique au domaine de l’ingénierie électronique et plus particulièrement au refroidissement des composants actifs de différentes formes. Trois géométries de sources de chaleur sont étudiées : la première est plane et circulaire (disque) et les suivantes, centrées sur le disque, de même surface d’échange, sont cubique et hémisphérique. L’angle d’inclinaison du disque varie entre 0 (coupole orientée vers le haut) et 180° (coupole orientée vers le bas) par rapport au plan horizontal. Les sources de chaleur génèrent des puissances qui conduisent à des Rayleigh importants. L’approche numérique est effectuée à l’aide de la méthode des volumes finis basée sur l’algorithme SIMPLE et un modèle monophasique. Pour chaque source active, le transfert de chaleur convectif est analysé et quantifié par l’intermédiaire d’une corrélation du type Nusselt-Rayleigh-Prandtl-angle d’inclinaison. D’un point de vue expérimental, la fabrication des sources de chaleur est minutieusement décrite étape par étape et le calcul du coefficient de transfert convectif moyen expérimental est détaillé. La comparaison mesures-corrélations remet en question l’efficacité du nanofluide en termes de refroidissement. / This numerical and experimental thesis deals with natural convective heat transfer that occurs in a hemispherical cavity in steady state. The enclosure is filled with water or ZnO / water nanofluid. The volume fraction varies between 0% (pure water) and 10%. The coupola of the cavity is kept at a cold temperature. This work corresponds to the field of electronics and the cooling of different actives composants. Three active heating sources are studied: the first one is plane and circular (the disc) and the followings, centered on the disc with the same surface, are cubical and hemispherical. The tilted angle varies between 0 (dome facing upwards) and 180° (dome facing downwards) with respect to the horizontal plane. Heat sources generate important heat fluxes leading to high Rayleigh numbers values. Numerical approach is done by means of the volume control method based on the SIMPLE algorithm and using monophasic model. For each active source, the convective heat transfer is analyzed and quantified by means of a correlation of the Nusselt-Rayleig-Prandtl-tilt angle type. Experimentally, the heat sources are built step by step and the average convective heat transfer coefficient is calculated. The comparison measures-correlations questions on the cooling nanofluid’s efficiency.

Il existe désormais une grande variété de lentilles panoramiques disponibles sur le marché dont certaines présentant des caractéristiques étonnantes. Faisant partie de cette dernière catégorie, les lentilles Panomorphes sont des lentilles panoramiques anamorphiques dont le profil de distorsion est fortement non-uniforme, ce qui cause la présence de zones de grandissement augmenté dans le champ de vue. Dans un contexte de robotique mobile, ces particularités peuvent être exploitées dans des systèmes stéréoscopiques pour la reconstruction 3D d’objets d’intérêt qui permettent à la fois une bonne connaissance de l’environnement, mais également l’accès à des détails plus fins en raison des zones de grandissement augmenté. Cependant, à cause de leur complexité, ces lentilles sont difficiles à calibrer et, à notre connaissance, aucune étude n’a réellement été menée à ce propos. L’objectif principal de cette thèse est la conception, l’élaboration et l’évaluation des performances de systèmes stéréoscopiques Panomorphes. Le calibrage a été effectué à l’aide d’une technique établie utilisant des cibles planes et d’une boîte à outils de calibrage dont l’usage est répandu. De plus, des techniques mathématiques nouvelles visant à rétablir la symétrie de révolution dans l’image (cercle) et à uniformiser la longueur focale (cercle uniforme) ont été développées pour voir s’il était possible d’ainsi faciliter le calibrage. Dans un premier temps, le champ de vue a été divisé en zones à l’intérieur desquelles la longueur focale instantanée varie peu et le calibrage a été effectué pour chacune d’entre elles. Puis, le calibrage général des systèmes a aussi été réalisé pour tout le champ de vue simultanément. Les résultats ont montré que la technique de calibrage par zone ne produit pas de gain significatif quant à la qualité des reconstructions 3D d’objet d’intérêt par rapport au calibrage général. Cependant, l’étude de cette nouvelle approche a permis de réaliser une évaluation des performances des systèmes stéréoscopiques Panomorphes sur tout le champ de vue et de montrer qu’il est possible d’effectuer des reconstructions 3D de qualité dans toutes les zones. De plus, la technique mathématique du cercle a produit des résultats de reconstructions 3D en général équivalents à l’utilisation des coordonnées originales. Puisqu’il existe des outils de calibrage qui, contrairement à celui utilisé dans ce travail, ne disposent que d’un seul degré de liberté sur la longueur focale, cette technique pourrait rendre possible le calibrage de lentilles Panomorphes à l’aide de ceux-ci. Finalement, certaines conclusions ont pu être dégagées quant aux facteurs déterminants influençant la qualité de la reconstruction 3D à l’aide de systèmes stéréoscopiques Panomorphes et aux caractéristiques à privilégier dans le choix des lentilles. La difficulté à calibrer les optiques Panomorphes en laboratoire a mené à l’élaboration d’une technique de calibrage virtuel utilisant un logiciel de conception optique et une boîte à outils de calibrage. Cette approche a permis d’effectuer des simulations en lien avec l’impact des conditions d’opération sur les paramètres de calibrage et avec l’effet des conditions de calibrage sur la qualité de la reconstruction. Des expérimentations de ce type sont pratiquement impossibles à réaliser en laboratoire mais représentent un intérêt certain pour les utilisateurs. Le calibrage virtuel d’une lentille traditionnelle a aussi montré que l’erreur de reprojection moyenne, couramment utilisée comme façon d’évaluer la qualité d’un calibrage, n’est pas nécessairement un indicateur fiable de la qualité de la reconstruction 3D. Il est alors nécessaire de disposer de données supplémentaires pour juger adéquatement de la qualité d’un calibrage. / A wide variety of panoramic lenses are available on the market. Exhibiting interesting characteristics, the Panomorph lens is a panoramic anamorphic optical system. Its highly non-uniform distortion profile creates areas of enhanced magnification across the field of view. For mobile robotic applications, a stereoscopic system for 3D reconstruction of objects of interest could greatly benefit from the unique features of these special lenses. Such a stereoscopic system would provide general information describing the environment surrounding its navigation. Moreover, the areas of enhanced magnification give access to smaller details. However, the downfall is that Panomorph lenses are difficult to calibrate, and this is the main reason why no research has been carried out on this topic. The main goal of this thesis is the design and development of Panomorph stereoscopic systems as well as the evaluation of their performance. The calibration of the lenses was performed using plane targets and a well-established calibration toolbox. In addition, new mathematical techniques aiming to restore the symmetry of revolution in the image and to make the focal length uniform over the field of view were developed to simplify the calibration process. First, the field of view was divided into zones exhibiting a small variation of the focal length and the calibration was performed for each zone. Then, the general calibration was performed for the entire field of view. The results showed that the calibration of each zone does not lead to a better 3D reconstruction than the general calibration method. However, this new approach allowed a study of the quality of the reconstruction over the entire field of view. Indeed, it showed that is it possible to achieve good reconstruction for all the zones of the field of view. In addition, the results for the mathematical techniques used to restore the symmetry of revolution were similar to the results obtained with the original data. These techniques could therefore be used to calibrate Panomorph lenses with calibration toolboxes that do not have two degrees of freedom relating to the focal length. The study of the performance of stereoscopic Panomorph systems also highlighted important factors that could influence the choice of lenses and configuration for similar systems. The challenge met during the calibration of Panomorph lenses led to the development of a virtual calibration technique that used an optical design software and a calibration toolbox. With this technique, simulations reproducing the operating conditions were made to evaluate their impact on the calibration parameters. The quality of 3D reconstruction of a volume was also evaluated for various calibration conditions. Similar experiments would be extremely tedious to perform in the laboratory but the results are quite meaningful for the user. The virtual calibration of a traditional lens also showed that the mean reprojection error, often used to judge the quality of the calibration process, does not represent the quality of the 3D reconstruction. It is then essential to have access to more information in order to asses the quality of a lens calibration.

Dans le cadre de cette thèse, nous investiguons la capacité de chaque hémisphère cérébral à utiliser l’information visuelle disponible lors de la reconnaissance de mots. Il est généralement convenu que l’hémisphère gauche (HG) est mieux outillé pour la lecture que l’hémisphère droit (HD). De fait, les mécanismes visuoperceptifs utilisés en reconnaissance de mots se situent principalement dans l’HG (Cohen, Martinaud, Lemer et al., 2003). Puisque les lecteurs normaux utilisent optimalement des fréquences spatiales moyennes (environ 2,5 - 3 cycles par degré d’angle visuel) pour reconnaître les lettres, il est possible que l’HG les traite mieux que l’HD (Fiset, Gosselin, Blais et Arguin, 2006). Par ailleurs, les études portant sur la latéralisation hémisphérique utilisent habituellement un paradigme de présentation en périphérie visuelle. Il a été proposé que l’effet de l’excentricité visuelle sur la reconnaissance de mots soit inégal entre les hémichamps. Notamment, la première lettre est celle qui porte habituellement le plus d’information pour l’identification d’un mot. C’est aussi la plus excentrique lorsque le mot est présenté à l’hémichamp visuel gauche (HVG), ce qui peut nuire à son identification indépendamment des capacités de lecture de l’HD. L’objectif de la première étude est de déterminer le spectre de fréquences spatiales utilisé par l’HG et l’HD en reconnaissance de mots. Celui de la deuxième étude est d’explorer les biais créés par l’excentricité et la valeur informative des lettres lors de présentation en champs divisés. Premièrement, nous découvrons que le spectre de fréquences spatiales utilisé par les deux hémisphères en reconnaissance de mots est globalement similaire, même si l’HG requière moins d’information visuelle que l’HD pour atteindre le même niveau de performance. Étonnament toutefois, l’HD utilise de plus hautes fréquences spatiales pour identifier des mots plus longs. Deuxièmement, lors de présentation à l’HVG, nous trouvons que la 1re lettre, c’est à dire la plus excentrique, est parmi les mieux identifiées même lorsqu’elle a une plus grande valeur informative. Ceci est à l’encontre de l’hypothèse voulant que l’excentricité des lettres exerce un biais négatif pour les mots présentés à l’HVG. De façon intéressante, nos résultats suggèrent la présence d’une stratégie de traitement spécifique au lexique. / In this thesis, we investigate the cerebral hemispheres’ ability to use the available visual information for word recognition in lateral periphery. It is generally acknowledged that the left hemisphere (LH) is more able at reading than the right (RH). Accordingly, the visuoperceptual mechanisms of the brain for word recognition are primarily localized in the LH (Cohen, Martinaud, Lemer et al., 2003). As normal readers use medium spatial frequencies (about 2,5 – 3 cycles per degree of visual angle) to recognize words, it is possible that the LH is better tuned for processing these spatial frequencies than the RH (Fiset, Gosselin, Blais et Arguin, 2006). Furthermore, studies concerned with reading abilities in the cerebral hemispheres commonly present words in visual periphery. However, the effect of visual eccentricity on word recognition is thought to be unequal between hemifields, notably because the first letter in a word usually carries the most information for its accurate identification. It is also the most eccentric letter when a word is presented in the LVF, which may cause a negative bias for the identification of words presented to the LVF regardless of the actual reading capacities of the RH. The main objective of the first study is to determine the spatial frequency tuning functions of the LH and RH for word recognition. The goal of our second study is to explore letter identification biases for words presented to the left and right visual fields as a function of eccentricity by varying the information value of letter positions. Firstly, we discover that the spatial frequency tuning of both hemispheres is globally similar, even though the LH requires less visual information than the RH to reach the same level of performance. Surprisingly however, the RH requires higher spatial frequencies to identify longer words. Secondly, we find that for LVF displays, the first letter, i.e. the most eccentric, is among the most accurately identified, even when it has a greater information value. This argues against the hypothesis that letter eccentricity exerts a negative bias for words presented to the LVF. Interestingly, our findings also suggest a lexical-specific processing strategy.

Dans le cadre de cette thèse, nous investiguons la capacité de chaque hémisphère cérébral à utiliser l’information visuelle disponible lors de la reconnaissance de mots. Il est généralement convenu que l’hémisphère gauche (HG) est mieux outillé pour la lecture que l’hémisphère droit (HD). De fait, les mécanismes visuoperceptifs utilisés en reconnaissance de mots se situent principalement dans l’HG (Cohen, Martinaud, Lemer et al., 2003). Puisque les lecteurs normaux utilisent optimalement des fréquences spatiales moyennes (environ 2,5 - 3 cycles par degré d’angle visuel) pour reconnaître les lettres, il est possible que l’HG les traite mieux que l’HD (Fiset, Gosselin, Blais et Arguin, 2006). Par ailleurs, les études portant sur la latéralisation hémisphérique utilisent habituellement un paradigme de présentation en périphérie visuelle. Il a été proposé que l’effet de l’excentricité visuelle sur la reconnaissance de mots soit inégal entre les hémichamps. Notamment, la première lettre est celle qui porte habituellement le plus d’information pour l’identification d’un mot. C’est aussi la plus excentrique lorsque le mot est présenté à l’hémichamp visuel gauche (HVG), ce qui peut nuire à son identification indépendamment des capacités de lecture de l’HD. L’objectif de la première étude est de déterminer le spectre de fréquences spatiales utilisé par l’HG et l’HD en reconnaissance de mots. Celui de la deuxième étude est d’explorer les biais créés par l’excentricité et la valeur informative des lettres lors de présentation en champs divisés. Premièrement, nous découvrons que le spectre de fréquences spatiales utilisé par les deux hémisphères en reconnaissance de mots est globalement similaire, même si l’HG requière moins d’information visuelle que l’HD pour atteindre le même niveau de performance. Étonnament toutefois, l’HD utilise de plus hautes fréquences spatiales pour identifier des mots plus longs. Deuxièmement, lors de présentation à l’HVG, nous trouvons que la 1re lettre, c’est à dire la plus excentrique, est parmi les mieux identifiées même lorsqu’elle a une plus grande valeur informative. Ceci est à l’encontre de l’hypothèse voulant que l’excentricité des lettres exerce un biais négatif pour les mots présentés à l’HVG. De façon intéressante, nos résultats suggèrent la présence d’une stratégie de traitement spécifique au lexique. / In this thesis, we investigate the cerebral hemispheres’ ability to use the available visual information for word recognition in lateral periphery. It is generally acknowledged that the left hemisphere (LH) is more able at reading than the right (RH). Accordingly, the visuoperceptual mechanisms of the brain for word recognition are primarily localized in the LH (Cohen, Martinaud, Lemer et al., 2003). As normal readers use medium spatial frequencies (about 2,5 – 3 cycles per degree of visual angle) to recognize words, it is possible that the LH is better tuned for processing these spatial frequencies than the RH (Fiset, Gosselin, Blais et Arguin, 2006). Furthermore, studies concerned with reading abilities in the cerebral hemispheres commonly present words in visual periphery. However, the effect of visual eccentricity on word recognition is thought to be unequal between hemifields, notably because the first letter in a word usually carries the most information for its accurate identification. It is also the most eccentric letter when a word is presented in the LVF, which may cause a negative bias for the identification of words presented to the LVF regardless of the actual reading capacities of the RH. The main objective of the first study is to determine the spatial frequency tuning functions of the LH and RH for word recognition. The goal of our second study is to explore letter identification biases for words presented to the left and right visual fields as a function of eccentricity by varying the information value of letter positions. Firstly, we discover that the spatial frequency tuning of both hemispheres is globally similar, even though the LH requires less visual information than the RH to reach the same level of performance. Surprisingly however, the RH requires higher spatial frequencies to identify longer words. Secondly, we find that for LVF displays, the first letter, i.e. the most eccentric, is among the most accurately identified, even when it has a greater information value. This argues against the hypothesis that letter eccentricity exerts a negative bias for words presented to the LVF. Interestingly, our findings also suggest a lexical-specific processing strategy.

L’objet de cette thèse est la prise en compte des effets du fraisage de finition dans un modèle d’endommagement en fatigue. Les procédés d’usinage tels que le fraisage sont connus pour imposer de fortes sollicitations thermomécaniques, pouvant altérer les propriétés géométriques (rugosité, arrachements) et mécaniques (contraintes résiduelles, écrouissages) en surface et sous-surface des pièces produites. Ces propriétés, regroupées sous le terme d’intégrité de surface, sont susceptibles d’affecter significativement la tenue en fatigue des pièces fabriquées. Cette problématique a été traitée pour le cas particulier du fraisage de finition à l’outil hémisphérique d’aciers à microstructure bainitique. Plusieurs axes d’étude ont été suivis, à commencer par la mesure et la caractérisation de l’intégrité de surface, et en particulier de son caractère anisotrope. Dans un deuxième temps, le rôle joué par l’intégrité de surface lors de sollicitations en fatigue a été mis en évidence au travers d’une campagne d’essais de flexion portant sur différents types de surface. Ces travaux à dominante empirique ont été complétés par l’étude et l’amélioration d’une approche hybride visant à mêler données expérimentales et modélisation pour prévoir rapidement et efficacement les profils de contraintes résiduelles induits par le procédé. Enfin, la dernière partie de l’étude a porté sur la prise en compte des résultats ainsi obtenus dans un modèle d’endommagement dit à deux échelles, dans le but de représenter, et dans la mesure du possible de prévoir, l’effet de l’intégrité de surface sur le comportement en fatigue du matériau. / This thesis focuses on the effects of finishing milling on fatigue damage. Machining processes such as milling are known to incur high thermomechanical loadings, which alter the geometrical (roughness) and mechanical (residual stresses, strain hardening) properties of the surface and sub-surface of produced parts. These properties, designated as surface integrity, are likely to affect significantly the fatigue strength of machined parts. The problem has been studied here in the case of the ball-end tool finishing milling of bainitic steels. Several approaches were followed, starting with the measurement and characterization of surface integrity, and especially of its anisotropic nature. Secondly, the role played by surface integrity during fatigue behaviour was highlighted through a bending test campaign including different surface types. These mainly empirical works were completed with the study and improvement of a hybrid approach aiming at combining experimental data and modelling in order to predict quickly and efficiently the residual stress profiles induced by the process. Finally, the last part of the study has dealt with taking account of the results thus obtained in a so-called two-scale damage model, in order to describe, and insofar as possible, to predict the fatigue behaviour of the machined material.

Ce mémoire consiste à offre un survol des études neuropsychologiques et électrophysiologiques concernant l’interaction possible entre le traitement du langage et la musique. Le but principal est de déterminer les raisons possibles pour lesquelles des locuteurs d’une langue à tons auraient une meilleure capacité dans la perception du contraste du pitch en musique par rapport aux individus qui ont pour langue maternelle une langue à intonation. Dans un premier temps, nous discutons du traitement neuronal de la prosodie et de la musique, tentant de montrer le chevauchement du traitement cérébral des deux domaines. Ensuite, nous présentons des notions d’une langue tonale ainsi que le traitement neuronal des tons lexicaux. Après, nous discutons des effets de transfert de la capacité du traitement du pitch en linguistique et en musique, en nous focalisant sur l’influence de la connaissance native d’une langue tonale sur la perception musicale. Pour ce faire, l’encodage du pitch et la localisation hémisphérique du traitement des tons lexicaux et la musique serons discutés. / This thesis gives an overview of neuropsychological and electrophysiological studies about the possible interaction between the processing of language and music. Our main purpose is to examine the possible reasons for which tone language speakers have a better capacity in perceiving pitch contrast in music than native speakers of an intonational language. First, we discuss the neural processing of prosody and music, attempting to show an overlap between the two domains. Next, we present the concept of a tone langue and the neural processing of lexical tones. Afterwards, we discuss the transfer effects of the processing capacity of pitch in linguistic and music by focusing on the influence of a knowledge of a tone language on the musical perception. To do this, the encoding of pitch and the hemispheric specialization will be discussed.

Les objectifs de ce programme de recherche étaient, d’une part, d’apporter une compréhension critique des techniques non-invasives utilisées dans la localisation et/ou la latéralisation des aires langagières et mnésiques en tenant compte de leurs avantages, de leurs limites propres ainsi que de leur pertinence dans un contexte clinique. D’autre part, d’approfondir notre compréhension de l’organisation cérébrale langagière auprès d’une population de sujets ayant une agénésie du corps calleux en utilisant un protocole de neuroimagerie. Afin de répondre à notre premier objectif, une revue critique de la littérature des méthodes de neuroimagerie utilisées pour la latéralisation et la localisation des aires cérébrales sous-tendant le traitement langagier et mnésique dans le contexte du bilan préchirurgical des patients épileptiques a été effectuée. Ce travail a permis d’identifier que certaines de ces nouvelles techniques et plus spécialement leur combinaison, montrent un potentiel réel dans ce contexte clinique. Cette recherche a également permis de mettre en lumière que ces méthodes ont encore un grand besoin d’être raffinées et standardisées avant d’être utilisées comme remplacement au test à l’amobarbital intracarotidien dans un contexte clinique sécuritaire. Afin de répondre à notre deuxième objectif, nous avons exploré les patrons de latéralisation du langage auprès de six sujets acalleux en utilisant un protocle d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Les résultats indiquent que les individus ayant une agénésie du corps calleux montrent un patron d’activation cérébrale tout aussi latéralisé que nos deux groupes contrôles (QI apparié et QI élevé) lors du traitement du langage réceptif. Les sujets ayant une agénésie du corps calleux montrent également un patron de latéralisation comparable à leur groupe contrôle apparié pour le QI pour la tâche de langage expressif. Lorsque l’on compare les sujets ayant une agénésie du corps calleux au groupe contrôle de QI élevé, ces derniers montrent une latéralisation moins marquée uniquement pour la région frontale lors de la tâche de langage expressif. En conclusion, les résultats de cette étude ne supportent pas l’affirmation que le corps calleux jouerait un rôle inhibiteur essentiel afin de permettre un développement normal de la latéralisation hémisphérique pour le langage. / The goals of this research program were, on the one end, to bring a critical understanding of the non invasive techniques used for the localisation and lateralisation of language and memory functions taking into account their respective advantages, limits and relevance in a patient care context. On the other end, we wanted to deepen our understanding of cerebral language organization in the context of the study of acallosal subjects. To meet our first objective, we performed a comprehensive review of the litterature of neuroimaging methods used in language and memory lateralisation and localisation in the context of presurgical assessment of epileptic patients. In this work, we pointed out that some of these new methodologies and moreover their combinations show an interesting potential for the use in a clinical context. We also pointed out that these methods still need to be refined and standardised before replacing the intracarotid amobarbital test in a safe clinical setting. To meet our second objective, we explored patterns of language lateralization in six individuals with callosal agenesis using a functional magnetic resonance imaging (fMRI) protocol. No differences were found between language lateralization of subjects with agenesis of the corpus callosum and the control groups (High-IQ and IQ-matched) in the receptive speech task. However, for expressive speech, the groups differed with respect to frontal activations, with the acallosal participants showing a more bilateral pattern of activation than the high-IQ participants only. No differences were found in themporal regions. Overall, these results indicate that the corpus callosum is not essential for the establishment of lateralized language functions.

Il apparaît, suite aux résultats de plusieurs études comportementales et d’imagerie cérébrale, que les hormones gonadiques peuvent moduler le fonctionnement cérébral chez la femme. Les asymétries cérébrales fonctionnelles (ACFs), en particulier, changeraient en fonction du niveau de progestérone et d’œstrogène. On a également observé que lorsque le taux d’œstrogène est bas, les performances aux tâches impliquant l’hémisphère droit sont améliorées. Par contre, les preuves de l’action physiologique de ces deux hormones sur le cerveau ne sont pas très nombreuses. Le peu d’études d’électrophysiologie cognitive qui ont porté sur les effets du cycle menstruel ont rapporté que la composante P300 y serait sensible. Aucune n’a cependant utilisé une tâche d’habileté spatiale ou de rotation mentale qui sont connues pour impliquer davantage l’hémisphère droit. Le but de la présente étude est de documenter les changements électrocorticaux reliés aux variations hormonales lors d’une tâche de rotation mentale. Notre hypothèse de départ est que le taux d’œstrogène influencera l’activité électrocorticale et la latéralisation. Les potentiels évoqués cognitifs ont été comparés chez les mêmes femmes (n=12) lors d’une tâche de rotation mentale, répétée à deux périodes du cycle menstruel. Nos résultats démontrent que la condition de rotation induit une latéralisation de l’activité pariétale, vers l’hémisphère gauche, quand le niveau d’œstrogène est bas. Par contre, lorsque le niveau d’œstrogène est élevé, il n’y a aucune latéralisation. Par ailleurs, nous avons observé une augmentation de l’amplitude de la P300 lors du niveau oestrogénique élevé. En conclusion, les fluctuations oestrogéniques du cycle menstruel ont un impact sur la latéralisation de l’activité électrocorticale, lors d’un effort de rotation mentale. / After many behavioral and some neuroimaging studies, it appears that the gonadic hormones can modulate the neuronal function of women's brain. In particular, the functional cerebral asymmetries can be affected by the level of progesterone and estrogens. It has been observed that when the level of estrogen is low, the performance at task that engages more the right hemisphere is enhanced. However, there is a lack of evidence for the physiological actions of these two hormones on the brain. The few event-related potential studies taking into account the menstrual cycle effects, had noticed that the component P300 can be affected. No electrophysiological study has used a mental rotation task or spatial ability tests which are known for their right hemisphere dominance. The aim of the present research is to document the effect of hormonal variations on the electrocortical activity, using a mental rotation task. Our hypothesis is that estrogen levels affect electrocortical activity and lateralization. The ERPs were compared in the same women (n = 12) during a mental rotation task, repeated over two periods of the menstrual cycle. Our results show a lateralization of the left parietal activity when estrogen levels are low and during the rotation. Whereas when the estrogen level is high, there is no lateralization. In addition, we observed an increase in the amplitude of P300 for this same high level. In conclusion, estrogens fluctuations associated with the menstrual cycle have an impact on the lateralization of electrocortical activity, when a mental rotation is needed.

Bien que l’utilisation précoce de gestes communicatifs par de jeunes enfants soit reconnue comme étant étroitement liée au développement du langage (e.g., Colonnesi et al., 2010), la nature des liens gestes–langage doit encore être clarifiée. Cette thèse a pour but d’étudier la production de gestes de pointage au cours du développement afin de déterminer si la relation prédictive et facilitatrice entre les gestes et l’acquisition du langage implique des fonctions spécifiques du pointage, en association avec des caractéristiques spécifiques en terme de forme de mains, regard et vocalisations. De plus, une attention particulière a été apportée à l’étude des préférences manuelles dans le but de mieux comprendre le développement de la spécialisation hémisphérique gauche pour les comportements communicatifs. Nos résultats ont révélé des relations complexes entre le langage, les gestes communicatifs et les activités de manipulation, qui dépendent de la fonction des gestes (i.e., pointage impératif versus déclaratif) et des étapes spécifiques de l’acquisition du langage. Les gestes déclaratifs sont plus étroitement associés au développement de la parole que les gestes impératifs, au-moins avant la période d’explosion lexicale. De plus, la comparaison des patterns de préférence manuelle chez l’enfant et l’adulte a montré une plus grande proximité pour les gestes que pour la manipulation d’objet. L’asymétrie manuelle droite pour les gestes communicatifs est ainsi établie à des stades précoces, ce qui suggère un rôle primordial des gestes dans la spécialisation hémisphérique.Finalement, nos résultats ont mis en évidence l’existence d’un système de communication dans l’hémisphère cérébral gauche contrôlant à la fois la communication gestuelle et verbale, qui pourrait avoir une origine phylogénétique ancienne (e.g., Corballis, 2010). Par conséquent, le présent travail peut améliorer notre compréhension des origines du langage, y compris des mécanismes de la spécialisation cérébrale pour les comportements communicatifs. / Even though children’s early use of communicative gestures is recognized as being closely related to language development (e.g., Colonnesi et al., 2010), the nature of speech–gestures links still needs to be clarified. This dissertation aims to investigate the production of pointing gestures during development to determine whether the predictive and facilitative relationship between gestures and language acquisition involves specific functions of pointing, in association with specific features in terms of hand shape, gaze and accompanying vocalizations. Moreover, special attention was paid to the study of hand preferences in order to better understand the development of left hemisphere specialization for communicative behaviors. Our results revealed complex relationships between language, communicative gestures and manipulative activities depending on the function of gestures (i.e., imperative versus declarative pointing) as well as on specific stages of language acquisition. Declarative gestures were found to be more closely associated with speech development than imperative gestures, at least before the lexical spurt period. In addition, the comparison of hand-preference patterns in adults and infants showed stronger similarity for gestures than for object manipulation. The right-sided asymmetry for communicative gestures is thus established in early stages, which suggests a primary role of gestures in hemispheric specialization.Finally, our findings have highlighted the existence of a left-lateralized communication system controlling both gestural and vocal communication, which has been suggested to have a deep phylogenetic origin (e.g., Corballis, 2010). Therefore, the present work may improve current understanding of the evolutionary roots of language, including the mechanisms of cerebral specialization for communicative behaviors.