La charge mentale est un concept très utile dans les domaines dont l’objet d’étude et d’analyse est le travail et la performance humaine. Typiquement, la charge mentale est mesurée à l’aide des mesures subjectives (c.-à-d. des questionnaires) ou par des mesures comportementales (c.-à-d. les actions des individus). La charge mentale peut également être mesurée à l’aide de l’activité physiologique périphérique (p.ex. l’activité cardiaque). Il est cependant difficile de déterminer la source de la charge mentale à l’aide des mesures physiologiques périphérique. En effet, les sous-dimensions de la charge mentale, comme l’exigence, l’effort, le stress et la fatigue, provoquent souvent des manifestations physiologiques similaires. En plus de cette problématique, les mesures physiologiques de la charge mentale sont trop souvent étudiées dans des contextes de laboratoire et trop rarement étudiées dans des milieux de travail réels. Il est donc crucial d’investiguer leur potentiel dans des contextes réels. Cette thèse vise donc à investiguer le potentiel diagnostique (le potentiel à déterminer la source) des mesures physiologiques périphériques de la charge mentale. Pour y arriver, une méthode combinant l’approches cognitive traditionnelle et l’apprentissage automatique est utilisée. La thèse rapporte les résultats de deux expériences : une première menée en contexte de laboratoire et une seconde menée dans une simulation de commandement et contrôle reproduisant un milieu de travail réel. Les résultats montrent que les mesures physiologiques périphériques peuvent prédire, avec une bonne précision, la sousdimension qui est à l’origine de la charge mentale en contexte de tâche simple. Bien que moins précise, il reste possible de faire cette prédiction dans des contextes de tâche réelle. Dans l’ensemble, cette thèse apporte plusieurs contributions essentielles afin de rendre possible les mesures physiologiques périphériques de la charge mentale dans les milieux de travail réels. / Mental workload stands out as a key concept as soon as human work and human performance is discussed. Mental workload is often measured using subjective questionnaires or behavioral cues. Peripheral physiological measures (e.g. heart rate) can also be used to measure workload. However, it is particularly difficult to determine the source of workload using peripheral physiological measures. Sub-divisions of mental workload, such as task load, mental effort, stress and fatigue, often trigger similar physiological reactions, blurring the diagnostic potential of physiological measures. Furthermore, physiological measures are too often investigated in laboratory settings, making it hazardous to determine their performance in real world settings. This thesis aims at investigating the diagnostic potential of peripheral physiological measures. A mixed methodology, combining traditional cognitive approach as well as machine learning techniques, is used. This thesis presents results of both a laboratory setting experimental as well as an ecological command and control simulation. Results show that peripheral measures can be used to predict, with high accuracy, the source of workload in laboratory settings. While not as accurate, results also show that it is possible to perform a diagnostic measure of workload in an ecological work simulation. This thesis contribute to improve the potential of peripheral physiological measures in real work settings.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles / Dans l'optique de la création d'un vêtement intelligent original multi-capteur, et permettant la mesure de différents signes physiologiques, une nouvelle fibre électrode sèche et flexible, en PDMS et nanotube de carbone, est créée. Ce vêtement intelligent innovant aurait l'avantage de n'utiliser que la fibre électrode, qui est un capteur peu coûteux et relativement facile à concevoir. L'intégration au textile est facilitée par l'aspect filiforme du capteur, et également par le fait qu'aucune modification majeure du textile est nécessaire à son intégration. Les grandeurs que l'on cherche à acquérir sont les électrocardiogrammes, les électromyogrammes de surface, et le mouvement. La fibre ayant déjà été évaluée pour la mesure de la respiration, le couplage de toutes ces grandeurs permettrait d'obtenir un aperçu global de l'état de santé de l'utilisateur. Une problématique d'étude de la fatigue musculaire est également levée, et l'analyse poussée du mouvement par l'utilisation de la fibre de manière simultanée à la mesure des électromyogrammes serait un atout pour cette dernière. Le circuit imprimé conçu pour la mesure des électromyogrammes de surface et du mouvement est miniaturisé, portatif, autonome et sans fil. Celui pour la mesure des électrocardiogrammes fonctionne en filaire, et doit encore être miniaturisé. Les circuits électroniques sont donc conçus spécialement pour être à l'interface entre la fibre électrode et l'utilisateur. Ils sont décrits et évalués tout au long de ce projet. Des tests de ces circuits seront présentés avec des électrodes de référence en Ag/AgCl, puis avec la nouvelle fibre PDMS. / With the aim of creating an original multi-sensor smart garment, and allowing the measurement of different physiological signs, a new dry and flexible electrode fiber, made of PDMS and carbon nanotube, is created. This innovative smart garment would have the advantage of using only the electrode fiber, which is an inexpensive and relatively easy to design sensor. The integration to the textile is facilitated by the thread-like aspect of the sensor, and also by the fact that no major modification of the textile is required for its integration. The parameters we are looking to acquire are electrocardiograms, surface electromyograms, and motion. The fiber having already been evaluated for the measurement of breathing, the coupling of all these quantities would make it possible to obtain an overall view of the health of the user. A problem of studying muscle fatigue is also raised, and the advanced analysis of the movement by using the fiber simultaneously with the measurement of electromyograms would be an asset for the latter. The circuit board designed for the measurement of surface electromyograms and movement is miniaturized, portable, autonomous and wireless. The one for the measurement of electrocardiograms is wired, and still needs to be miniaturized. The electronic circuits are therefore specially designed to be at the interface between the fiber electrode and the user. They are described and evaluated throughout this project. Tests of these circuits will be presented with Ag/AgCl reference electrodes, then with the new PDMS fiber.

Le niveau de confort thermique est devenu un important critère à considérer durant la conception des habitations contemporaines. Dans certaines régions du monde, la ventilation naturelle ne permet pas de maintenir un environnement confortable à l'intérieur des habitations. On a recours aux systèmes de climatisation pour créer un microclimat intérieur artificiel confortable. Le microclimat intérieur est une combinaison de la température de l'air, de la vitesse de l'air, de l'humidité de l'air et de la température moyenne de rayonnement. Dans cette thèse, nous développons une instrumentation qui utilise la thermographie infrarouge pour mesurer et visualiser les paramètres du microclimat intérieur. Nous entamons nos investigations par la conception d'un capteur et procédons à la validation théorique de son modèle thermique. Ce capteur est l'élément intermédiaire qui permet de quantifier et de visualiser les paramètres du microclimat intérieur à l'aide d'une caméra infrarouge. La quantification de ces paramètres est possible après qu'un problème de transfert thermique inverse ait été résolu. La visualisation de ces paramètres est possible après que les coordonnées 3D d'un ensemble de capteurs disposés dans le champ de vision de la caméra aient été déterminées. Des outils de traitement d'images sont présentés et permettent la mesure précise de la température des capteurs et la localisation 3D de ces capteurs dans l'espace réel. Une validation expérimentale est finalement effectuée. Il en ressort que le système de mesure développé est précis, fiable, et robuste. Une caméra infrarouge et un ensemble de capteurs judicieusement disposés dans l'espace peuvent permettre de quantifier et de cartographier le microclimat intérieur. / The level of thermal comfort has become an important criterion to consider during the design of contemporary buildings. In some parts of the world, natural ventilation is not adequate to maintain a comfortable indoor environment. Air conditioning systems are used in order to create a comfortable artificial indoor microclimate. The indoor microclimate is a combination of air temperature, air speed, humidity and mean radiant temperature. In this thesis, we develop a measuring system that uses infrared thermography to measure and visualize the parameters of the indoor microclimate. We begin our investigations by designing a sensor and we proceed to the theoretical validation of its thermal model. This sensor is the auxiliary element which allows the quantification and the visualization of the parameters of the indoor microclimate with an infrared camera. The quantification of these parameters is possible after that an inverse heat transfer problem has been solved. The visualization of these parameters is possible after that the 3D coordinates of a set of sensors placed in the field of view of the camera have been determined. Image processing tools are presented and allow the accurate measurement of sensors temperature and the 3D location of the sensors in real space. Finally, an experimental validation is realized. The results show that the system developed is accurate, reliable, and robust. An infrared camera and a set of sensors wisely arranged in space can be used to quantify and map the indoor microclimate.

La présente étude examine la récidive sexuelle - définie comme tout nouveau délit sexuel qui a été saisi par le système de justice et qui a engendré une sanction pénale - chez les auteurs d'infractions sexuelles adultes. L'échantillon comprend 759 individus d'âge adulte ayant commis au moins un crime sexuel de toute nature confondue. Ceux-ci avaient, à un moment ou à un autre de leur trajectoire délictuelle, fait l'objet d'une évaluation actuarielle à l'aide de l'outil Stable. Une analyse de régression logistique hiérarchique a été effectuée afin de déterminer le rôle contributif de certains facteurs statiques et dynamiques dans la répétition d'un comportement répréhensible de nature sexuelle. Les résultats indiquent que plus de la moitié des délits sexuels ont été perpétrées par les 236 récidivistes sexuels, alors que le taux de récidive de l'échantillon est de 31%. De plus, il existe des distinctions entre les facteurs criminogènes du récidiviste sexuel et celle de l'auteur d'un seu ldélit sexuel. Le premier se distingue par la prépondérance des problématiques d'ordre sexuel. Les précurseurs à l'agir criminel du second ne seraient pas très éloignés des facteurs sous tendant la commission d'un crime de délinquance générale. Ces résultats sont cohérents avec les données issues de la littérature et permettent de contribuer à améliorer les connaissances disponibles sur la délinquance sexuelle et sa récidive.

Avec les changements climatiques, l’Arctique canadien se réchauffe et change d’année en année. Ces transformations affectent plusieurs aspects de l’écologie nordique. Elles doivent être surveillées afin d’être en mesure de les comprendre et d’anticiper les variations futures. L’élément principal des changements climatiques visé par ce projet est l’effet de la fonte des glaces sur l’apport en luminosité sous-marine spécifique à la photosynthèse des lacs nordiques canadiens. Ce projet résulte de la demande grandissante en instruments de surveillance. Il propose un prototype pour un système de collecte de la luminosité sous-marine pour les longueurs d’onde visibles qui sont d’intérêt pour l’étude des écosystèmes aquatiques. Le système se fonde sur des sondes à fibres optiques pour recueillir la lumière. La transmission du signal optique du point de collecte jusqu’à une unité de traitement permet une plus grande flexibilité concernant les sondes sous-marines comparativement aux senseurs électroniques commerciaux. Le prototype comprend plusieurs sondes optiques pour étudier différents angles ou profondeurs sous marines. Un spectrophotomètre permet d’analyser les bandes spectrales d’intérêt et une unité de contrôle permet de recueillir le signal des photodiodes et de sauvegarder de l’information. Un assemblage mécanique soutient et protège le système dans des conditions extrêmes. Le prototype a été déployé in situ et les données ont été analysées. En conclusion, les améliorations pouvant être apportées au système sont identifiées à partir de l’expérience acquise pendant le développement et le déploiement du prototype ainsi qu’à partir des données recueillies par celui-ci. / With the advent of climate change, the Canadian arctic is heating up and is changing from year to year. These transformations affect many aspects of the northern ecology. They need to be monitored as to be able to understand and predict the changes to come. The principal aspect of those changes aimed at in this project revolves around the effect of the melting of the ice cover on the underwater light intensity specifically used for the photosynthesis process in northern Canadian lakes. This project ensues from the necessity of monitoring instrument for those changes. It describes a prototype for an underwater light-gathering system focused on the visible wavelengths that are of interest for the study of aquatic ecosystems. The system is based on fiber optic probes to collect light. Optical signal transmission from the collection point to a processing unit offers a more flexible approach for underwater sensors compared to the more conventional electronic sensors. The prototype uses many optical sensors to gather light from different angles or depth underwater. A spectrometer is used to analyse the different wavelength bands of interest and a control unit is used to collect the signal from the photodiodes and record data. A custom mechanical setup protects and holds the system against extreme conditions. The prototype was deployed in the field and the data gathered were analysed. To conclude, some upgrades to the system were identified from the experience acquired while conceiving and deploying the instrument and from the data analysed as well.

L'industrie perlière occupe une place fondamentale au cœur de la Polynésie française, tant sur le plan économique que culturel. Les perles de Tahiti, véritables joyaux de cette région, représentent une ressource précieuse. Cependant, leur étude et leur classification nécessitent des outils fiables et sophistiqués qui font actuellement défaut, pourtant nécessaires pour assurer la pérennité de leur qualité. Dans cette perspective, cette thèse se propose d'explorer le potentiel de deux dispositifs d'acquisition de données afin de fournir des solutions innovantes pour l'analyse et la compréhension des perles de Tahiti, et par extension, pour l'industrie perlière dans son ensemble. Le premier volet de notre étude se concentre sur la rotation des perles. Nous présentons la mise en place d'un outil de prédiction de la forme basé sur l'analyse des données de rotation, obtenues à partir d'un dispositif dédié utilisant des mesures de champs magnétiques. Cette approche novatrice permet de prédire avec précision la forme des perles en se basant sur des données de rotation, offrant un nouvel outil fiable et non invasif pour étudier la perle au cours de sa formation dans l'huître. Le second volet de notre recherche porte sur l'acquisition et l'analyse des données microscopiques. Nous démontrons la faisabilité de la reconstruction en 3D de la structure microscopique des perles de Tahiti à partir d'images obtenues par microscopie optique, à l'aide d'algorithmes de photogrammétrie. Ce protocole représente une avancée significative pour une caractérisation détaillée et accessible des perles, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour leur étude et leur classification. Enfin, nous discuterons de la pertinence et des perspectives à court et à long terme associées à l'utilisation de ces nouveaux outils dans l'industrie perlière. Ces dispositifs pourraient non seulement permettre d'améliorer la compréhension scientifique de la formation des perles de Tahiti, mais également renforcer la compétitivité et la durabilité de l'industrie perlière dans un contexte économique en constante évolution. / The pearl industry holds a fundamental place at the heart of French Polynesia, both economically and culturally. Tahitian pearls, true gems of this region, represent a precious resource. However, their study and classification require reliable and sophisticated tools that are currently lacking, yet necessary to ensure the longevity of their quality. In this perspective, this thesis aims to explore the potential of two data acquisition devices to provide innovative solutions for the analysis and understanding of Tahitian pearls, and by extension, for the pearl industry as a whole. The first part of our study focuses on pearl rotation. We introduce the implementation of a shape prediction tool based on the analysis of rotation data obtained from a dedicated device using magnetic field measurements. This innovative approach accurately predicts the shape of pearls based on rotation data, providing a new reliable and non-invasive tool for studying pearls during their formation in oysters. The second part of our research focuses on the acquisition and analysis of microscopic data. We demonstrate the feasibility of reconstructing the 3D microscopic structure of Tahitian pearls from images obtained by optical microscopy, using photogrammetry algorithms. This protocol represents a significant advancement for detailed and accessible characterization of pearls, thus opening new perspectives for their study and classification. Finally, we will discuss the relevance and short- and long-term perspectives associated with the use of these new tools in the pearl industry. These devices could not only improve the scientific understanding of Tahitian pearl formation but also enhance the competitiveness and sustainability of the pearl industry in an ever-evolving economic context.

En aérodynamique automobile, les écoulements sont caractérisés par des structures fortement décollées, tridimensionnelles et instationnaires qui sont à l'origine de la trainée du véhicule et de la génération de bruit. Une configuration modèle générique de cette aérodynamique a été proposée. On étudie de manière expérimentale l'interaction du sillage tridimensionnel d'un disque de diamètre D placé à une distance H d'une paroi. Sur la base de cet écoulement, l'objectif est de développer une analyse instationnaire des structures de l'écoulement et de leur couplage avec la pression fluctuante. On a mis en oeuvre pour cela des moyens d'essais modernes tels que la mesure synchronisée pression/vitesse ou la mesure HS-PIV (High Speed - PIV) et développé des moyens d'analyse (analyse corrélatoire, outils lagrangien FTLE, moyenne conditionnelle et estimation stochastique). Pour H/D=0.75, le battement du sillage associé au lâcher tourbillonnaire est mis en évidence. Les moyennes de phase, déterminées à l'aide d'une analyse POD du signal de pression, associent le déplacement vertical du sillage au lâcher de structures cohérentes dans le plan de symétrie. L'utilisation de l'estimation stochastique de type spatio-temporelle, dont la supériorité par rapport à l'approche spatiale a été démontrée, a permis de montrer que les structures cohérentes sont reliées de manière linéaire aux fluctuations de pression. Pour H/D=0.3, l'interaction du sillage du disque avec la paroi a considérablement changé. Dans la zone proche du point de décollement, il a été montré à l'aide de l'outil lagrangien FTLE que la fréquence dominante de 30Hz sur les DSP de pression est associée aux fluctuations du point de décollement.

La mesure et le contrôle du pouls et du flux sanguin en continu sont d'importants paramètres pour l'évaluation de signes essentiels physiologiques sur la condition de santé d'un individu. Les dispositifs commerciaux existants, ainsi que les méthodes de recherche ou utilisées dans le milieu médical exigent un bon contact électrique ou optique pour obtenir cette mesure en continu. Pendant ces travaux de recherche, une méthode originale non invasive de mesure du rythme cardiaque fondée sur la perturbation localisée d'un champ magnétique au passage du flux sanguin a été développée, permettant l'acquisition des signaux à travers les vêtements, la transpiration, les salissures ou autres polluants dans l'environnement proche du capteur. Cette méthode est appelée la Signature Sanguine par Modulation Magnétique (MMSB) et les mesures ont été accomplies sur de multiples individus. Le système a été modélisé mathématiquement et simulé dans un environnement multiphysique, puis validé par l'utilisation des données expérimentales. Les résultats de mesure, en utilisant la méthode MMSB, pour le pouls et le flux sanguin ont été comparés et se trouvent bien corrélés, avec les résultats obtenus grâce à d'autres instruments. De plus, deux dispositifs ont été développés et sont en cours de commercialisation, pour des applications de vie quotidienne / Continuous pulse rate, blood pressure and blood flow monitoring are important for the assessment of physiological vital signs as these are able to provide continuous feedback on the health condition of an individual. Existing commercial, medical and research methods to continuously acquire such these physiological vital signs require good electrical or optical contact. During this research, a magnetic based sensing method, at room temperature, for blood pulse, flow and pressure is developed to achieve data acquisition through fabric, environmental contaminants and body-fluids. This method is named Modulated Magnetic Signature of Blood (MMSB) and physical measurements were conducted on multiple subjects, mathematically modelled and simulated in a multi-physics environment with verification through use of measurement data. Measurement results, using MMSB, for blood pressure and blood flow were compared, and found to be well correlated, with lifestyle device and medical research instruments respectively. In addition, two devices are developed, and are in the midst of commercialization, to support lifestyle applications

L'utilisation des techniques de mesure optiques impose un choix, souvent difficile, entre la résolution temporelle et la résolution spatiale. L'interferométrie Speckle (IS) fournit des mesures des champs d'amplitudes de vibration de grande résolution spatiale, mais la résolution temporelle des mesures est réduite par les cadences d'acquisition des détecteurs. La thèse est dédiée au développement d'un système interférométrique adapté à la mesure des vibrations et des phénomènes dynamiques des structures, basé sur les principes de l'IS, mais ayant une résolution temporelle accrue. Le système a été testé à des cadences de plus de 26000 images/s pour les cas suivants : sollicitation harmonique mono-fréquence ou par une forme d'onde arbitraire ; sollicitation dynamique par une séquence d'échelons de force ; choc mécanique. Les essais ont démontré que le système est capable de dépasser les systèmes classiques d'IS à laser continu en ce qui concerne la mesure des phénomènes dynamiques. / The use of optical measurement techniques requires a choice, often difficult, between temporal resolution and spatial resolution. Speckle interferometry (IS) provides high spatial resolution maps of vibration amplitudes, but the temporal resolution of measurements is reduced, due to the low acquisition rates of detectors. The thesis is dedicated to the development of an interferometric system that is able to measure dynamic phenomena with superior temporal resolution. The system was tested at acquisition rates exceeding 26,000 frames/s, for the following cases: harmonic excitation; arbitrary excitation; dynamic loading by a staircase signal and mechanical shock. The tests showed that the system is able to overcome conventional systems of continuous wave SI with respect to the measurement of dynamic phenomena.

Nous étudions des champs aléatoires pouvant modéliser certains milieux poreux. Nous nous intéressons à leurs statistiques au second ordre et en particulier à leur autosimilarité. Sous des hypothèses de stationnarité, une mesure spectrale caractérise le champ. L'homogénéité asymptotique directionnelle de la mesure détermine l'autosimilarité asymptotique du champ; le plus petit coefficient d'homogénéité dans une échelle logarithmique en donne l'ordre. Pour déterminer l'anisotropie on peut considérer une transformée de Radon du champ dont l'ordre d'autosimilarité dépend de la direction. Ces résultats au second ordre sont adaptés à des modèles gaussiens, l'ordre d'autosimilarité s'estimant par les variations quadratiques. Nous considérons le problème de l'injectivité des transformées de Radon. Enfin, nous étudions un modèle poissonien obtenu par agrégation de petites boules. Les propriétés d'autosimilarité sont analogues au second ordre mais atypiques pour la convergence en loi.