Ce travail présente notre contribution au domaine du raisonnement temporel (RT) en intelligence artificielle. Nous avons défini et mis en oeuvre un mécanisme de raisonnement abductif (génération d'hypothèses) pour le RT. Un tel mode de raisonnement présente en particulier l'intérêt d'être une alternative possible au raisonnement par défaut pour prendre en compte la non monotonie inhérente au RT. Une autre motivation est que le raisonnement abductif appliqué au RT est une approche possible pour la planification. Préalablement à la présentation de la procédure d'abduction, nous étudions l'intérêt pour le raisonnement temporel du principe de résolution avec contraintes de Bürckert. Ce principe s'avère être un cadre formel intéressant pour décrire l'intégration des systèmes de contraintes temporelles dans des systèmes déductifs utilisant le principe de résolution comme règle d'inférence. Dans la deuxième partie, nous proposons une procédure de génération d'hypothèses qui est basée conjointement sur des travaux de Kakas et Mancarella sur l'abduction en programmation logique, et sur l'idée de la résolution avec contraintes. La procédure que nous proposons possède des mécanismes originaux facilitant en premier lieu son application au raisonnement temporel, et permettant ensuite de ramener la conservation de la consistance des hypothèses déjà générées à des tests de satisfaction de contraintes temporelles. Nous présentons des exemples d'utilisation, en particulier pour la planification en utilisant le Calcul d'Evénements de Sergot et Kowalski comme formalisme de représentation. Le cadre de la programmation logique avec contraintes, sous jacent à notre travail, nous permet d'étendre notre procédure à d'autres systèmes de contraintes. Nous décrivons en particulier l'utilisation de contraintes sur domaines finis, ce qui permet de décrire et gérer des ressources finies en planification. L'implantation de la procédure utilise, en plus des contraintes temporelles et des contraintes sur domaines finis, des contraintes sur le typage des termes, ce qui nous permet de proposer un cadre logique avec types et sous-typage qui facilite la description du formalisme temporel et des problèmes à résoudre.

Lors de l'analyse 3D du mouvement humain basée sur des marqueurs cutanés, la position des os ne peut être qu'indirectement estimée. Au cours d'une tâche, les déformations des tissus mous génèrent des déplacements des marqueurs par rapport à l'os : les artefacts de tissus mous (STA), entraînant des effets dévastateurs sur l'estimation de la position. La compensation des STA demeure une question ouverte. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la solution de cette question cruciale. La modélisation des STA en utilisant des variables spécifiques mesurables est une condition préalable à son élimination. Un modèle corrigeant les trajectoires individuelles de marqueurs de la cuisse, calibré par des mesures directes des STA, est d'abord présenté. Les STA sont modélisés comme une combinaison linéaire des angles articulaires impliqués. Trois représentations des STA par une série de modes sont proposées : déplacements de marqueurs individuels, transformations géométriques de clusters de marqueurs (MCGT), et variations de forme de l'enveloppe de peau. Le MCGT permet de dissocier les composantes rigides et non rigides. Il a été démontré que seule la composante rigide affecte la cinématique articulaire. Un modèle de cette composante est alors défini pour les clusters cuisse et jambe. Un compromis acceptable entre la correction des STA et le nombre de paramètres a ainsi été obtenu. Les principales applications sont de générer une simulation réaliste des STA ; et surtout, en se concentrant sur la composante rigide, le modèle permet une reconstruction satisfaisante des STA avec moins de paramètres, ce qui facilite son incorporation dans un algorithme d'estimation de la position osseuse / In 3D human movement analysis performed using stereophotogrammetry and skin markers, bone pose can be only indirectly estimated. During a task, soft tissue deformations make the markers move with respect to the underlying bone generating soft tissue artefacts (STA), causing devastating effects on pose estimation and its compensation remains an open issue. The thesis’ aim was to contribute to the solution of this crucial issue. Modelling STA using measurable trial-specific variables is a prerequisite for its removal from marker trajectories. Two STA model architectures are proposed. A thigh marker-level model is first presented. STA was modeled as a linear combination of joint angles involved in the task. The model was calibrated with direct STA measures. The considerable number of model parameters led to defining STA approximations. Three definitions were proposed to represent STA as series of modes : individual marker displacements, marker-cluster geometrical transformations (MCGT), and skin envelope shape variations. Modes were selected using two criteria : modal energy and selecting them a priori. The MCGT allows to select either rigid or non-rigid components. It was also demonstrated that only the rigid component affects joint kinematics. A model of thigh and shank rigid component at cluster-level was then defined. An acceptable trade-off between STA compensation and number of parameters was obtained. These results lead to two main potential applications : generate realistic STAs for simulation

Dans la première partie de cette thèse effectuée en collaboration avec le groupe expérimental de C. Chazaud (Clermont Université), nous avons étudié théoriquement un processus de différenciation cellulaire intervenant avant l’implantation de l’embryon dans l’utérus. Il s’agit de la spécification des cellules de la masse cellulaire interne (MCI) en épiblaste (EPI) et en endoderme primitif (EPr), processus dans lequel les facteurs de transcription Nanog et Gata6 jouent un rôle essentiel. En effet, en absence de Nanog, les cellules de la MCI acquièrent toutes une identité EPr, tandis qu’en absence de Gata6, elles se différencient toutes en EPI. De plus, la voie de signalisation Fgf/Erk active l’expression de Gata6 et inhibe celle de Nanog. Enfin, Nanog active la sécrétion dans le milieu extracellulaire de Fgf4, une molécule qui active la voie de signalisation Fgf/Erk en se liant au FgfR2. Nous avons développé un modèle mathématique pour ce réseau de régulations, fondé sur des équations différentielles ordinaires décrivant l’évolution temporelle des niveaux de protéines Nanog, Gata6, Fgf4 et Fgfr2 et de l’activité de la voie Fgf-Erk. Nous avons validé ce modèle en montrant qu’il récapitule les résultats expérimentaux obtenus in vivo, dans les embryons wild-type et dans les mutants Nanog-/- et Gata6-/-. De plus, l’analyse des résultats du modèle permet de proposer un nouveau mécanisme pour l’émergence d’une population mixte de cellules EPI et EPr au sein de la MCI. Ce mécanisme repose sur le fait que le système décrit par notre modèle peut présenter trois états stationnaires stables, dont les niveaux d’expression de Nanog et Gata6 correspondent à l’EPI, l’EPr et la MCI non-différenciée, respectivement. De plus, le modèle a été utilisé afin d’interpréter des résultats expérimentaux récents et contre-intuitifs, concernant les embryons hétérozygotes Gata6+/-. Enfin, nous avons établi des prédictions théoriques, dont certaines ont été ultérieurement vérifiées en laboratoire. <p>Dans la seconde partie de la thèse, effectuée dans le laboratoire d’O. Pourquié (Université de Strasbourg), nous avons étudié un processus de différenciation in vitro, par une approche expérimentale. Il s’agit de la différenciation des cellules souches embryonnaires (ES) en cellules de mésoderme paraxial, un tissu dont dérivent –au cours du développement embryonnaire– les cellules formant notamment les vertèbres, les côtes, la peau et les muscles squelettiques du dos.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le SDRPv est responsable de pertes économiques mondiales et son contrôle est un enjeu majeur pour la production porcine. La vaccination, principale mesure de contrôle, ne permet pas d'éradiquer l'infection et confère seulement une protection partielle de l'hôte. Ce manque d'efficacité est principalement due à grande variabilité de virulence des souches du SDRPv, induisant des dynamiques intra-hôte très variables. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les interactions entre le virus et la réponse immunitaire, dans l'optique d'améliorer le contrôle de cette maladie. Pour cela, une approche de modélisation dynamique et déterministe a été choisie. Nous avons développé un modèle immunitaire original qui consiste en une représentation intégrative de la dynamique intra-hôte. Il décrit les mécanismes immunitaires à l'échelle inter-cellulaire, incluant la réponse innée, l'activation et l'orientation de la réponse adaptative, ainsi que leurs régulations complexes par les principales cytokines. Nos premiers résultats montrent que des durées d'infection similaires mais associées à des dynamiques immunitaires contrastées s'expliquent par la prise en compte des mécanismes immunitaires impactés par la virulence. Cela apporte de nouvelles pistes pour expliquer les incohérences apparentes entre résultats expérimentaux. Nous avons ensuite montré que l'exposition, dont l'effet est souvent négligé, a un impact sur la dynamique intra-hôte qui varie en fonction de la virulence. Finalement, nous avons exploré la dynamique intra-hôte induite par l'infection d'animaux vaccinés, ouvrant des pistes pour améliorer l'efficacité des vaccins. Cette thèse apporte également de nouvelles pistes pour guider les approches futures, aussi bien expérimentales que par modélisation, ainsi que des perspectives prometteuses pour le contrôle du SDRPv à l'échelle du troupeau. / PRRSv is responsible for significant worldwide production losses and its control is a major challenge for the swine industry. Vaccination, the main control measure, does not allow to eradicate the infection and only confers a partial protection to the host. This lack of efficiency is mainly due to the strong variability in PRRSv strain virulence, which induces highly variable within-host dynamics. This thesis aims at better understanding the interactions between the virus and the immune response in order to improve PRRSv control. To tackle this issue, a dynamic and deterministic modelling approach was chosen. We developed an original immunological model consisting in an integrative representation of the within-host dynamics. It describes the immune mechanisms at the between-cell scale, including the innate response, the activation and orientation of the adaptive response and their complex regulations by the major cytokines. Our first results show that similar infection durations associated with contrasted immune dynamics are explained by the consideration of the immune mechanisms affected by the strain virulence. They provide new insights to explain apparent inconsistencies between experimental data. We then showed that the exposure, whose effect is often neglected, has an impact on the within-host dynamics, which varies depending on the virulence level. Finally, the within-host dynamics induced by the infection of a vaccinated pig was explored, providing new insights to improve vaccine efficiency. This thesis also provides new insights to guide further experimental and modelling approaches and promising prospects for PRRSv control at the herd level.

Les interactions font partie intégrante des écosystèmes. Que ce soit aux niveaux les plus fins, comme les protéines, ou les plus larges, comme les méta-communautés, il est possible de les regrouper en réseaux et d’en étudier la structure. Cela a permis de mettre en évidence que certaines structures sont observables à différents niveaux, c’est le cas par exemple des réseaux emboîtés. De plus, les réseaux d’interaction ont la spécificité de ne pas être fixes dans le temps et l’espace, ce qui leur confère un avantage de taille pour l’étude de l’évolution. Ils peuvent ainsi servir de support à l’études des mécanismes intervenants dans les processus évolutifs. Cependant, il n’existe pas encore de méthodologie ayant fait consensus sur l’utilisation des réseaux et leur analyse à différentes échelles d’organisation. Cette thèse se base sur l’hypothèse que les réseaux, de par leurs propriétés, sont pertinents à considérer pour comprendre l’évolution et ce à différentes échelles d’organisation, et offrent la possibilité de faire des liens entre chacune d’entre elles. L’approche basée sur les réseaux, combinée à l’utilisation de modèles théorique serait donc un outil méthodologique puissant dans l’élargissement des connaissances concernant les processus sous-jacents à l’évolution. La thèse qui suit composée de six chapitres dont le contenu est le suivant. Elle commence par un chapitre d’introduction aux concepts d’intérêts, notamment sur l’évolution et la coévolution. Le deuxième chapitre est une introduction à l’utilisation des réseaux en écologie, suivit par le troisième chapitre qui effectue une revue non exhaustive des méthodologies développées autour des réseaux d’interactions. Les chapitres suivants sont en quelque sorte une mise en pratique de ces méthodes et ce à différents niveaux d’organisation. Le quatrième chapitre revient sur une étape avortée de ce doctorat qui servira tout de même à la construction du modèle du chapitre suivant. Le cinquième chapitre se concentre sur la coévolution et son suivit au travers des réseaux d’interaction entre les bactéries et leurs virus. Enfin, le sixième chapitre traque l’évolution des communautés grâce à la structure des arbres phylogénétiques et structure des réseaux d’interactions au cours du temps. / Interactions are an integral part of ecosystems. Whether at the finest levels, such as proteins, or the broadest, such as meta-communities, it is possible to group them into networks and study their structure. This made it possible to demonstrate that certain structures can be observed at different levels, such as nested networks, for example. In addition, interaction networks have the property of not being fixed in time and space, which gives them a major advantage for the study of evolution. They can thus serve as a support for the study of the mechanisms involved in the evolutionary processes. However, there is not yet a methodology that has achieved consensus on the use of networks and their analysis at different organizational scales. This thesis is based on the hypothesis that networks, by virtue of their properties, are relevant to consider in order to understand evolution at different organizational scales, and offer the possibility of making links between each of them. The network-based approach, combined with the use of theoretical models, would therefore be a powerful methodological tool in expanding knowledge about the processes underlying evolution. The thesis which follows consists of six chapters whose content is as follows. It begins with an introductory chapter to the concepts of interest, in particular on evolution and coevolution. The second chapter is an introduction to the use of networks in ecology, followed by the third chapter which performs a non-exhaustive review of the methodologies developed around interaction networks. The following chapters are in a way a practical application of these methods at different levels of organization. The fourth chapter returns to an aborted stage of this doctorate which will nevertheless be used to construct the model of the following chapter. The fifth chapter focuses on coevolution and its follow-up through the interaction networks between bacteria and their viruses. Finally, the sixth chapter tracks the evolution of communities thanks to the structure of phylogenetic trees and the structure of interaction networks over time.

Le développement hydroélectrique de la région amazonienne a conduit la création de plusieurs retenues. La qualité de l'eau de ces retenues subit de modifications provoquées par divers facteurs parmi lesquels la dégradation de la végétation terrestre immergée semble prédominante. Nous avons cherché l'intégration de ces facteurs dans un modèle mathématique pour étudier l'évolution de cette qualité de l'eau. Ce modèle décrit, selon les dimensions verticale et longitudinale, le comportement de cinq variables d'état: l'oxygène dissous, la matière organique dans la colonne d'eau, la matière organique facilement dégradable, la matière organique difficilement dégradable, et l'ammonium. Ce comportement est décrit en conditions d'aérobiose et d'anaérobiose. Le compartiment physique du modèle utilise deux approches pour la description longitudinale de la retenue. La première utilise un modèle thermique unidimensionnel et une discrétisation longitudinale en boîtes. La seconde utilise un modèle thermique unidimensionnel et une description longitudinale de l'intrusion du fleuve. Le modèle est calé et validé sur la base de données de la retenue de Tucurui (Brésil). Les principaux résultats indiquent une simulation correcte des événements de stratification et déstratification, ainsi que des concentrations en oxygène dissous et en ammonium. Cette modélisation met en évidence la part importante prise par la dégradation des troncs et des branches dans l'évolution de la qualité de l'eau de la retenue. En effet, leur dégradation provoque une forte consommation d'oxygène; le dégagement d'ammonium, en revanche, est marginal.

Ce travail porte sur l’étude et le développement d’un système innovant de ventilation et de chauffage au bois dans les habitations à basse consommation d’énergie, qui sont appelées à devenir la référence constructive en France dès 2015. Dans ces habitations fortement isolées et particulièrement étanches à l’air, les besoins de chauffage sont très faibles et peuvent être couverts par une source de chaleur d’origine renouvelable, telle que le bois énergie. En outre, l’utilisation d’une ventilation performante s’impose comme étant un critère essentiel pour assurer la bonne qualité de l’air intérieur et peut même devenir l’unique vecteur de chauffage en apportant l’appoint de chaleur sur l’air insufflé dans les différentes pièces de l’habitation. Le système présenté dans cette étude propose ainsi de combiner les avantages d’un appareil de chauffage au bois de petite puissance, ici un poêle à granulés de bois, et ceux d’une ventilation à récupération de chaleur sur l’air extrait, grâce à un conduit échangeur intégré à la cheminée du poêle et relié au réseau de soufflage de la ventilation. Développé en partenariat avec l’industriel POUJOULAT, spécialisé dans la fabrication de conduits de cheminée métalliques, ce conduit échangeur permet de récupérer sur l’air neuf une partie de la chaleur initialement perdue par les fumées et de la distribuer dans toutes des zones de vie de l’habitation, même les plus éloignées de l’appareil au bois. Après avoir défini la configuration de couplage à adopter pour assurer le bon fonctionnement de l’ensemble et garantir à la fois la sécurité et le confort des occupants, les performances de plusieurs prototypes de conduit échangeur sont caractérisées expérimentalement. Les résultats obtenus lors des essais en laboratoire permettent alors d’orienter l’évolution des prochains prototypes et de souligner la nécessité de travailler avec un poêle à granulés de bois dont le cycle de combustion est étanche. Un modèle mathématique est également développé pour prédire les performances du dernier prototype de conduit échangeur à triple paroi non isolé sur sa surface extérieure et sa validation est obtenue suite au bon accord entre les résultats calculés et ceux mesurés lors des essais. L’ensemble du système combiné est ensuite installé dans deux habitations à basse consommation d’énergie situées près de Poitiers. L’exploitation des températures et des consommations recueillies pendant la première saison de chauffe montre la bonne tenue du système combiné, ses limites, ainsi que ses conditions d’appropriation par les occupants, dont le comportement apparaît jouer un rôle prédominant dans la réduction des consommations énergétiques. / This work is devoted to the study and development of an innovative wood-based air-heating system for energy-efficient dwellings, which are expected to become the building reference in France from 2015 onwards. As these kinds of homes are highly insulated and particularly airtight, heating requirements are very low and may be covered by a renewable energy source, such as wood energy. In addition, efficient ventilation is absolutely required to ensure indoor air quality and may even sometimes be use as the only way to provide heat into the various rooms of the house. In this context, the system presented in this study aims to combine advantages of a low power wood-burning appliance, as a wood-pellet stove, and those of a mechanical ventilation heat-recovery unit, thanks to a heat exchanger integrated into the chimney of the pellet stove and connected to the ventilation air supply network. Developed in partnership with POUJOULAT, a metallic chimneys manufacturer, this new heat exchanger recovers a part of the heat from flue gases and enables to warm up the fresh air distributed in each living zone of the house, even the most remote of the wood heating device. After defining the best coupling configuration to ensure the proper behaviour of the system, as well as both safety and comfort of the occupants, performances of several heat exchanger prototypes are characterized experimentally. The results from tests in laboratory are then used to guide prototypes development and they highlight the need to work with a room-sealed wood-pellet stove. Moreover, a mathematical model is developed to predict the performances of the latest prototype of triple concentric tube heat exchanger with no insulation at the outer surface. Then, the model validation is obtained following the good agreement between calculated results and those measured during the laboratory tests. The combined system is then installed in two energy-efficient dwellings near Poitiers. Operating temperatures and energy consumptions collected during the first heating season show the good reliability of the combined system, its limitations and its conditions of acceptance by the occupants, whose behaviour is pointed out as a major factor in reducing energy consumptions.

PILOTE est un système qui reproduit des décisions d'experts dans la définition de stratégies de pompage. Pour cela, le système combine à la fois des modèles mathématiques et des jeux d'heuristiques. Les modèles comprennent des procédures statistiques de prévisions horaires de consommation et un module de simulation hydraulique. Les heuristiques sont basées sur des facteurs en relation avec la quantité et la qualité de l'eau, et les coûts de pompage et de maintenance. Une évaluation du système a indiqué que les procédures de prévision fonctionnaient bien, mais que le modèle de simulation surestimait de façon conséquente les volumes élevés. Les heuristiques utilisées dans le programme représentent bien les régies utilisées par les experts, excepté pour le classement des stratégies alternatives de pompage. L'évaluation a aussi défini les priorités de développement pour un passage vers un système opérationnel.

L'objectif de ce travail est de modéliser le comportement hydro-mécanique de massifs rocheux fissurés. Ceci concerne précisément l'amélioration et l'extension d'un modèle par éléments discrets appelé BRIG3D. Ce modèle assimile un massif rocheux fissuré à un assemblage de blocs rigides qui interagissent au niveau de leurs interfaces. La déformation de ces interfaces est reliée aux déplacements relatifs des blocs. Sous l'effet des sollicitations du massif, chaque bloc, en interaction avec d'autres, se déplace vers une position d'équilibre. Les améliorations concernent la reformulation mécanique de BRIG3D. De nouvelles descriptions concernant le mouvement d'un corps rigide, la position des interfaces et le champ des contraintes sont introduites. Ce travail de recherche concerne également l'introduction d'un modèle par éléments frontières décrivant un écoulement laminaire, permanent et plan aux interfaces des blocs. Le couplage de ces deux modèles à permis d'analyser le comportement hydro-mécanique de massifs rocheux fissurés soumis à diverses sollicitations. Une étude particulière a été consacrée à l'analyse du comportement d'une fondation de barrage.

Ce travail a pour but l'élaboration d'un code d'éléments finis pour le calcul des structures planes en béton armé sous charges monotones. La représentation "répartie" est utilisée tant pour les armatures que pour les fissures. Le béton est considéré comme un matériau élastoplastique écrouissable en compression avec une loi d'écoulement non-associée et élastique fragile en traction. Pour l'acier une loi élastique-parfaitement plastique est adoptée. L'adhérence acier-béton et 1'engrènement sont introduits par des formulations totales non-linéaires réversibles, tandis que pour l'effet de goujon un modèle linéaire a été adopté. La réponse d'un élément fissuré est obtenue par la considération des phénomènes ci-dessus. Une nouvelle stratégie de résolution a été conçue qui permet de suivre les fissurations des éléments une par une afin de bien tenir compte de ce phénomène particulièrement dépendant du trajet de chargement. Les prévisions du programme ont été comparées avec les données expérimentales sur trois exemples de structures. Les résultats sont globalement prometteurs et plusieurs aspects de la réponse des structures ont été approchés d'une façon satisfaisante. D'autre part, des indications sont obtenues sur des améliorations futures et notamment vers l'utilisation d'éléments d'ordre supérieur et l'adoption de modèles plus fins pour les phénomènes mentionnés.