Ce rapport présente les différentes étapes suivies afin de définir une nouvelle approche de modélisation et de simulation à évènements discrets pour les systèmes à paramètres imprécis. Cette étude a débuté avec des travaux sur la formalisation d'un système de production de fromage Corse. Suite à ces recherches, et en particulier, suite à la phase de modélisation du processus, nous avons pu constater l'influence de paramètres imparfaitement définis. Ces paramètres entrent en compte au cours des différentes phases de conception, et sont difficiles à représenter et surtout à manipuler. Dans le but de les prendre en compte de manière générique, nous nous sommes naturellement tournés vers l'utilisation de la Logique Floue. En effet, elle permet de représenter des informations imprécises (théorie des sous ensembles flous), incertaines (théorie des possibilités), et inexacte (raisonnement approximatif). Son avantage principal est de fournir un grand nombre d'outils mathématiques afin de manipuler de telles informations sous forme numérique ou linguistique, c'est-à-dire de manière relativement proche du mode de représentation, et surtout d'expression utilisé par l'homme. A partir des théories du flou, nous pouvons donc user de concepts mathématiques complexes tout en conservant un rapport privilégié (lien) entre représentation numérique et mode de description humain. Nous avons choisi d'intégrer ces différents outils dans un multi formalisme de modélisation et de simulation afin de pouvoir spécifier de manière générique n'importe quel type de système à paramètres imprécis. Le formalisme employé est nommé DEVS (Discrete EVents system Specification). Ses principaux avantages sont : sa capacité à être étendu à de nouveaux domaines d'étude, dans notre cas les systèmes flous ; la séparation des phases de modélisation et de simulation, de ce fait, lors de la conception d'un modèle DEVS les algorithmes de simulation sont automatiquement générés en fonction du modèle ; enfin, il permet de représenter un système sous sa forme fonctionnelle et structurelle. Notre but est d'associer le formalisme DEVS et une partie des théories du flou afin de définir une nouvelle approche de modélisation approximative.

La technique récente des puces à tissus " Tissue Micro Arrays " TMA apparaît comme un moyen indispensable d'investigation pour la validation des profils d'expression des marqueurs tumoraux en relation avec la dynamique de l'architecture tissulaire lors de la transformation tumorale. Brièvement, cette technologie consiste à regrouper, dans un seul bloc de paraffine, plusieurs centaines de petits échantillons tissulaires sous forme de carottes cylindriques prélevées à partir de différents blocs de biopsies classiques. Le sujet de thèse s'intéresse aux différents aspects de traitement d'images et de contrôle qualité liés à la technologie TMA. Les travaux de thèse sont réalisés selon deux grands axes qui retracent l'enchaînement chronologique des opérations : conception des blocs TMA, puis analyse automatique des coupes TMA. Dans un premier temps, le concept de TMA virtuel est introduit pour simuler les protocoles de prélèvement de carottes afin d'évaluer la technologie TMA. En deuxième temps, une modélisation originale de la couleur associée au diagramme de chromaticité xy, est proposée pour la détection automatique des marqueurs tumoraux au niveau des coupes TMA. Le concept de sociologie cellulaire, modélisé par le diagramme de Voronoï, est finalement adopté pour illustrer la dynamique de la distribution spatiale des cellules cancéreuses au cours de la transformation tumorale. Les méthodes développées sont appliquées à l'étude des marqueurs tumoraux du cancer colorectal.

Ce mémoire résume nos principales contributions aux cartes combinatoires et cartes généralisées, deux modèles combinatoires représentant des subdivisions d'objets en cellules (sommets, arêtes, faces, volumes, ...). Ces modèles possèdent plusieurs avantages qui justifient leurs utilisations dans plusieurs domaines comme la modélisation géométrique et l'analyse d'images : ils sont définis en dimension quelconque à partir d'un seul type d'élément ; ils décrivent les cellules de la subdivision ainsi que toutes les relations d'adjacence et d'incidence entre ces cellules ; des contraintes de cohérence permettent de tester la validité des objets manipulés ; ils autorisent la mise en oeuvre d'algorithmes locaux, qui sont simples et efficaces en complexité. Nos travaux portent sur l'étude de ces modèles et sur la définition d'algorithmes. Nous avons tout d'abord défini quatre opérations de base : la suppression, la contraction, l'insertion et l'éclatement. Ces opérations sont les briques de base permettant de modifier un objet et peuvent être vues comme une généralisation des opérateurs d'Euler. Elles sont définies de manière générale en dimension quelconque. Il est ensuite possible d'ajouter des contraintes supplémentaires selon les applications et selon les propriétés spécifiques à conserver. Ces opérations sont au coeur de nos travaux. Nous les avons utilisées pour définir la carte topologique 2D et 3D, un modèle décrivant la partition d'une image en régions, puis pour définir des opérations de fusion et de découpe sur les cartes topologiques. Nous avons également défini les pyramides généralisées qui peuvent être vues comme des piles de cartes, chacune étant obtenue par simplification de la carte précédente. Enfin, nous avons proposé des algorithmes de calcul d'invariants topologiques : la caractéristique d'Euler-Poincaré, le schéma polygonal canonique, les nombres de Betti et les groupes d'homologies. Dans ces quatre cas, nous avons à nouveau utilisé les opérations de base afin de proposer des méthodes de mise à jour locales, ou pour simplifier la carte dans l'objectif d'accélérer les calculs du fait de la diminution du nombre de cellules. Nous avons utilisé ces travaux théoriques dans différentes applications. En modélisation géométrique, nous présentons le modeleur Moka qui est un modeleur géométrique à base topologique. Différentes applications se sont basées sur ce modeleur et nous présentons plus en détail une méthode de reconstruction automatique de bâtiments 3D à partir de plans numériques 2D. En traitement d'images, nous avons utilisé les cartes topologiques afin de proposer des algorithmes de segmentation d'images 2D et 3D pouvant intégrer un contrôle topologique.

Cette these est axee sur la cooperation entre l'analyse d'images et la geometrie algorithmique sur la base des diagrammes de Voronoi et de Delaunay. Le propos de l'analyse d'images est la description du contenu d'une image,en vue de son interpretation et d'une prise de decision. La geometrie algorithmique quant a elle consiste a trouver des algorithmes efficaces en vue de resoudre des problemes a caractere geometrique. Nous nous interesserons ici au probleme de representation des images par des partitionnements plus ou moins complexes, adaptes ou non au contenu informatif des images. Parmi ces partitionnements, nous developperons plus particulierement celui en regions de Voronoi. Nous aborderons ensuite le probleme du codage de formes tridimensionnelles par leur squelette qui est lie aux diagramme de Voronoi Generalise 3D. Nous montrerons enfin comment utiliser les partitionnements en region de Voronoi dans un contexte pyramidal controle par un reseau de Hopfield en vue de la segmentation, et dans un contexte markovien en vue de trouver un partitionnement repondant a une certaine optimalite.

Les travaux pluridisciplinaires de cette thèse contribuent à deux domaines : l'Interaction Homme-Machine (IHM) et la Gérontechnologie, un nouveau domaine créé pour augmenter le développement des systèmes d'aide pour les personnes âgées. Nos travaux de recherche contribuent, principalement, à la conception participative et la réalisation ergonomique des systèmes interactifs pour des personnes âgées ayant un vieillissement réussi. Tout d'abord, pour la phase d'analyse des besoins, nous élaborons une définition de la fragilité et une identification des capacités et limitations de notre population cible. L'analyse des systèmes d'aide existants montre le besoin d'un système qui assure la communication et la sécurité pour ce type de population. Nous travaillons avec des personnes âgées et des professionnels afin de développer deux prototypes : ECOVIP et SYSPA. Le système ECOVIP, qui est le fruit principal de cette thèse est un système de communication sensible au contexte qui complète l' "Habitat Intelligent pour la Santé" du laboratoire TIMC-IMAG. Le système SYSPA permet quant à lui de sauvegarder les souvenirs sous formes de photos numériques et de commentaires correspondant aux différentes photos. A la fin de cette partie, nous présentons les avantages, les limites et les actions correctives de notre approche de conception. Nous élaborons aussi des directives ergonomiques pour des systèmes interactifs utilisables par des personnes âgées. Enfin, nous rapportons les résultats de deux séries d'expérimentations du système ECOVIP avec des personnes âgées normales et des personnes âgées atteintes de troubles cognitifs modérés.

Les motifs séquentiels peuvent être vus comme une extension de la notion d'itemsets fréquents intégrant diverses contraintes temporelles. La recherche de tels motifs consiste ainsi à extraire des enchaînements d'ensembles d'items, couramment associés sur une période de temps bien spécifiée. La construction de règles à partir de ces motifs séquentiels permet d'étendre la notion de règles d'association pour la pris en compte de la temporalité. En fait, cette recherche met en évidence des associations inter-transactions, contrairement à celle des règles d'association qui extrait des combinaisons intra-transactions. Ce problème, posé à l'origine dans un contexte de marketing, intéresse à présent des domaines aussi variés que les télécommunications, la finance, ou encore la médecine et la bioinformatique. Même s'il existe aujourd'hui de très nombreuses approches efficaces pour extraire des motifs, ces derniers ne sont pas forcément adaptés aux besoins des applications réelles. En fait, les résultats obtenus sont basés sur une mesure statistique et ne tiennent pas compte de la connaissance du domaine. De plus, ces approches sont principalement axées sur la recherche de tendances et ne permettent pas d'extraire des connaissances sur les éléments atypiques ou inattendus. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons donc à la problématique de l'extraction de motifs séquentiels et règles inattendus en intégrant la connaissance du domaine. Le travail présenté dans cette thèse comporte la mise en œuvre d'un cadre MUSE pour l'extraction de séquences inattendues par rapport à un système de croyances, des extensions avec la théorie de logique floue, l'intégration des données hiérarchisées, la définition des motifs séquentiels et règles inattendus et, enfin, l'extraction de phrases inattendues dans des documents textes. Des expérimentations menées sur des données synthétiques et sur des données réelles sont rapportées et montrent l'intérêt de nos propositions.

Le traitement des cancers par radiothérapie externe met en .uvre un environnement complexe. L'irradiation doit être le plus possible limitée au volume tumoral, en évitant au maximum les tissus et organes sains avoisinants. L'utilisation de logiciels dosimétriques en trois dimensions permet d'adapter exactement la balistique d'irradiation à la forme de la tumeur. Le patient est replacé à chaque séance de son traitement dans la même position pour permettre de reproduire avec précision la balistique d'irradiation. Un système de contention assure son immobilisation, un appareil de contrôle permet de vérifier sa position, et un collimateur multi-lames adapte la forme du faisceau d'irradiation au profil de la tumeur. La radiothérapie externe traditionnelle devient la radiothérapie conformationnelle Cette étude présente une procédure de repositionnement du patient par mise en correspondance d'informations issues de différentes sources d'imagerie médicale. En début de séance, des images de contrôle sont acquises par un système adapté au type et à la localisation de la tumeur. Les informations fournies par les images de contrôle sont fusionnées avec des informations de référence corrrespondant à la position attendue du patient. Le décalage entre les deux informations donne l'erreur d'installation en translation et en rotation. Une correction est calculée et appliquée à l'environnement de traitement (position et orientation du patient, position et orientation de la source d'irradiation). Le système de contrôle permet de déterminer directement ou indirectement la position précise du volume tumoral. L'échographie, associé à un localisateur optique tridimensionnel, permet de déterminer la position d'un organe comme la prostate, qui peut changer de place en fonction des réplétions vésicale et rectale. Le capteur de surface est utilisé pour localiser les tumeurs de la face ou du cerveau, par rapport à la position du visage, l'acquisition et le traitement de l'information ne prennent que quelques minutes. L'imageur par rayons X s'applique à la localisation de structures osseuses.

Cette thèse concerne l'étude de différentes techniques modernes de génie logiciel qui peuvent être mises en ¦uvre pour développer des systèmes de Traitement Automatique des Langues Naturelles de façon générique et extensible. La première partie fait le point sur l'état de l'art en TALN à propos des Langages Spécialisés pour la Programmation Linguistique et permet d'identifier l'intégrabilité, l'extensibilité et la généricité comme trois qualités qu'il est souhaitable de fournir aux systèmes de TALN. La définition d'un modèle à objets (LEAF) et l'affinage d'un modèle d'architecture (tableau blanc) constituent deux premiers éléments de réponse au problème de l'intégration. Une première approche de la généricité et de l'extensibilité est également présentée avec une expérience de réingéniérie du langage LT. La seconde partie approfondit les problèmes de généricité et les illustre avec la définition d'un langage original de représentation linguistique (DECOR). L'introduction de protocoles internes et externes permet de rendre ce langage particulièrement générique et dynamique. La troisième partie fait état de la réingériérie de deux langages spécialisés (ATEF et ROBRA). Cette expérience permet d'introduire une grande extensibilité dans les moteurs de ces langages par une programmation par objets et protocoles. Une question transverse à ces trois parties concerne l'identification des limites et des écueils liés à la recherche de l'intégrabilité, de l'extensibilité et de la généricité. Ces difficultés viennent principalement de la complexité croissante des protocoles adéquats, dont la maîtrise pourrait rapidement échapper au développeur si l'on n'y prend garde.

Les distances de chanfrein sont definies dans l'espace discret ; elles reposent sur la definition et l'application de masques de ponderation, et permettent de bonnes approximations de la distance euclidienne reelle. Elles sont couramment utilisees en analyse d'images, pour quantifier ou decrire des regions dans une image. Elles permettent en particulier le calcul de squelettes ponderes, avec des algorithmes efficaces. Notre propos est de completer les connaissances sur ces distances a tous les niveaux, et de generaliser les notions et algorithmes. Apres quelques rappels de base, nous etudions les proprietes arithmetiques et geometriques des boules de chanfrein, de maniere a determiner les contraintes exactes pour qu'elles induisent bien une distance. Ces proprietes sont de plus a l'origine de formules de calcul direct. L'optimisation des masques est ensuite accomplie. Le but est de minimiser l'erreur commise par rapport a la distance euclidienne. Notre methode est validee par l'obtention de nouveaux masques optimaux. Nous donnons un algorithme universel de calcul de l'axe median, qui genere des tables de correspondance de facon tres rapide. Nous proposons une methode unifiee pour extraire le squelette pondere d'une image de distance, calculee avec les distances discretes les plus courantes. En dernier lieu nous presentons une methode de description de formes, par la polygonalisation du squelette, qui ramene une forme discrete a une representation vectorielle, conservant un certain degre de reversibilite.

La diminution du coût de stockage et la disponibilité de techniques de numérisation de haute qualité permettent aussi aujourd'hui de constituer de très grandes bases d'images dans des domaines variés. Ces bases sont souvent immenses et généralement sous-exploitées faute d'outils pour accéder à l'information qu'elles contiennent. Dans cette thèse, nous proposons un ensemble de techniques d'apprentissage pour la recherche de catégories d'images, regroupées au sein du système RETIN 2. Du point de vue de l'indexation, nous proposons une méthode de quantification d'un très grand nombre de vecteurs pour la construction de signatures sous la forme d'histogrammes, ainsi qu'une approche de la similarité par fonction noyau. Du point de vue de la recherche interactive, nous étudions de nombreuses techniques de classification, et présentons l'apprentissage actif, qui offre un cardre formel pour la sélection des images à faire annoter par l'utilisateur. Nous proposons plusieurs méthodes au sein d'une architecture d'apprentissage actif qui permettent de faire face aux caratéristiques particulières de la recherche interactive d'images. Le dernier point important que nous avons étudié concerne la ré-utilisation des annotations que les utilisateurs fournissent lors des sessions de recherche. Nous présentons le caractère faiblement supervisé de ce problème d'apprentissage dans notre contexte. Nous proposons deux méthodes qui s'appuient sur une modification des similarités entre les images dans le cadre de l'utilisation de fonctions noyaux. Le système est évalué sur une base d'images généraliste de plusieurs milliers d'images.