Les technologies numériques ont engendré depuis peu, des volumes de données importants, qui peuvent receler des informations utiles. Ceci a donné naissance à l'extraction de connaissances à partir des données qui désigne le processus d'extraction d'informations implicites, précédemment inconnues et potentiellement utiles enfouies dans les données. La fouille de données comprend cinq phases dont la principale est l'extraction de modèles. Nous nous intéressons aux connaisances exprimées sous la forme de règles de dépendance et à la qualité de ces règles. Une règle de dépendance est une implication conditionnelle entre ensembles d'attributs. Les algorithmes standard ont pour but de rechercher les meilleurs modèles. Derrière ces processus se cache en fait une véritable problématique d'optimisation. Nous considérons la recherche des règles de dépendance les plus intéressantes comme étant un problème d'optimisation dans lequel la qualité d'une règle est quantifiée par des mesures. Ainsi, il convient d'étudier les espaces de recherche induits par les mesures ainsi que les algorithmes de recherche dans ces espaces. Il ressort que la plupart des mesures observées présentent des propriétés différentes suivant le jeu de données. Une approche analytique n'est donc pas envisageable dans fixer certains paramères. Nous observons les variations relatives de mesures évaluées simultanément ; certaines d'entre elles sont antagonistes ce qui ne permet pas d'obtenir "la" meilleure règle ; il faut alors considérer un ensemble de compromis satisfaisants. Nous apportons des solutions par le biais des algorithmes génétiques.

Nos travaux concernent la mise en œuvre de méthodologies pour la résolution et l'optimisation de la production en tenant compte des impératifs économiques, jouant aujourd'hui un rôle déterminant dans la conduite de la production industrielle. Pour le problème du job-shop flexible dans lequel les interactions entre les critères sont supposées disponibles, cinq critères ont été retenus : le Makespan, la charge critique, la charge totale, la pénalité de retards/avance et le coût de la production. Dans ce sens, nous avons, d'abord, traité le problème de décision et d'évaluation d'une solution et introduit ensuite trois approches intégrées, basées sur les algorithmes génétiques, améliorant les approches évolutionnistes existant dans la littérature : la méthode statique basée sur l'intégrale de Choquet, la méthode approchée basée sur le concept Paréto-optimalité ainsi que la méthode basée sur le concept de ε-dominance Paréto-optimalité. Les approches adoptées consistent à générer une variété de solutions optimales diversifiées dans l'espace de recherche de solutions, et d'aider le décideur, quand il ne peut pas donner une préférence particulière à l'une des fonctions objectif. Les résultats proposés, obtenus globalement pour l'ensemble des critères, ont été comparés, avec succès, avec ceux obtenus par d'autres approches existantes sur plusieurs benchmarks de complexités distinctes.

Dans cette thèse, nous apportons la contribution à la conception de robots médicaux, en proposant une démarche de conception simultanée de la structure mécanique du robot. Par opposition à une vision séquentielle naturelle de la conception, la formalisation du processus créatif permet une simultanéité, ouvrant la voie à des structures innovantes dédiées : en robotique médicale, faible masse et faible compacité de la structure mécanique sont souvent recherchées. A partir d'un descriptif de démarches existantes, nous effectuons la conception d'un robot de télé-échographie et d'un robot de chirurgie mini-invasive. Pour les deux applications, de fortes contraintes sont présentes. En télé-échographie, la portabilité est très recherchée, requérant une faible compacité. Pour la chirurgie mini-invasive, les moto-réducteurs du robot in vivo doivent être dimensionnés au plus juste. Ici, nous avons formalisé l'amélioration de la compacité d'une structure parallèle pour la télé-échographie. Les résultats montrent une amélioration de la compacité de l'ordre de 5%. Dans le même esprit, nous avons formalisé la synthèse dimensionnelle de deux robots 2R-R-R de chirurgie mini-invasive in vivo. Nous réalisons l'optimisation simultanée entre le dimensionnement des moto-réducteurs et des longueurs des corps pour tendre vers une simultanéité totale du processus créatif, ce qui nous permet d'améliorer les performances en termes de force et vitesse à l'effecteur. Ces expériences de conception montrent les limites à une simultanéité stricte. Nous indiquons le besoin d'adapter outils et méthodes de conception mécatronique pour une simultanéité en conception robotique tenant compte de l'aspect imparfait du processus créatif.

En chirurgie mini-invasive guidée par l’image, une planification préopératoire précise des trajectoires des outils chirurgicaux est un facteur clé pour une intervention réussie. Cependant, une planification efficace est une tâche difficile, qui peut être considérablement améliorée en considérant différents facteurs contributifs tels que les déformations biomécaniques intra-opératoires, ou en introduisant de nouvelles techniques d'optimisation. Dans ce travail, nous nous concentrons sur deux aspects. Le premier aspect porte sur l'intégration de la déformation intra-opératoire dans le processus de planification de trajectoire. Nos méthodes combinent des techniques d'optimisation géométrique à base de simulations biomécaniques. Elles sont caractérisées par un certain niveau de généralité, et ont été expérimentées sur deux types d’interventions chirurgicales: les procédures percutanées pour l'ablation de tumeurs hépatiques, et la stimulation cérébrale profonde en neurochirurgie. Deuxièmement, nous étudions, mettons en œuvre, et comparons plusieurs approches d'optimisation en utilisant des méthodes qualitatives et quantitatives, et nous présentons une méthode efficace d'optimisation évolutionnaire multicritères à base de Pareto qui permet de trouver des solutions optimales qui ne sont pas accessibles par les méthodes existantes. / In image-guided minimally invasive surgery, a precise preoperative planning of the surgical tools trajectory is a key factor to a successful intervention. However, an efficient planning is a challenging task, which can be significantly improved when considering different contributing factors such as biomechanical intra-operative deformations, or novel optimization techniques. In this work, we focus on two aspects. The first aspect addresses integrating intra-operative deformation to the path planning process. Our methods combine geometric-based optimization techniques with physics-based simulations. They are characterized with a certain level of generality, and are experimented on two different surgical procedures: percutaneous procedures for hepatic tumor ablation, and in neurosurgery for Deep Brain Stimulation (DBS). Secondly, we investigate, implement, and compare many optimization approaches using qualitative and quantitative methods, and present an efficient evolutionary Pareto-based multi-criteria optimization method which can find optimal solutions that are not reachable via the current state of the art methods.

Les systèmes photovoltaïques de pompage d'eau (PVWPS) sont une solution intéressante pour améliorer l’accès à l’eau dans les communautés rurales des pays en voie de développement. Cette thèse développe une méthodologie de conception optimale des PVWPS pour l’accès à l’eau domestique basée sur une approche interdisciplinaire. L’objectif est de déterminer les dimensionnements du PVWPS et ses positions géographiques dans le village qui maximisent l’impact positif du système sur le développement socio-économique et minimisent son coût sur cycle de vie. Cette méthodologie est appliquée au cas d’un village rural du Burkina Faso, où nous avons collecté des données techniques et sociaux-économiques depuis 2 ans. La première originalité principale de ce travail est la modélisation du lien entre la conception du PVWPS et son impact socio-économique, ce qui permet d’inclure l’impact socio-économique comme fonction objectif de l’optimisation. La seconde originalité principale est l’intégration de la position géographique du PVWPS dans le village comme variable d’optimisation, en plus du dimensionnement du système. Cette méthodologie pourrait également être appliquée à la mise en place d'autres types de systèmes, tels que les moulins communaux alimentés par énergie photovoltaïque dans les zones isolées ou les bornes de recharges publiques pour les véhicules électriques dans les villes. / Photovoltaic water pumping systems (PVWPS) are an interesting solution to improve access to water in rural communities of developing countries. This thesis develops a methodology for the optimal design of PVWPS for domestic consumption based on an interdisciplinary approach. The objective is to determine the sizings of the PVWPS and its geographical positions in the village that maximize the positive impact of the system on socio-economic development and minimize its life-cycle cost. This methodology is applied to the case of a rural village in Burkina Faso, where we have been collecting technical and socio-economic data for 2 years. The first main originality of this work is the modelling of the link between the design of a PVWPS and its socio-economic impact, which allows to include the socio-economic impact to be included as an objective function of the optimisation. The second main originality is the inclusion of the geographical position of the PVWPS in the village as an optimisation variable, in addition to the sizing of the system. There is potential for applying the proposed methodology for the set-up of other types of systems such as community mills powered by photovoltaic energy in isolated areas and public charging points for electrical vehicles in cities.

Les grands réaménagements urbains génèrent d’importants volumes de terres excavées, dont la valorisation est désormais possible si elles sont compatibles avec le fond pédo-géochimique du site receveur. Afin de faciliter cette valorisation, cette thèse s’intéresse à des méthodologies de traitement de données acquises à d'autres fins que la détermination du fond pédo-géochimique, afin de fournir un référentiel de qualité géochimique des sols urbains à l'échelle d'un quartier ou d'une ville. Les premiers tests montrent les limites des calculs statistiques, usuellement utilisés avec des données dédiées au fond pédo-géochimique du fait de leur sensibilité à la limite de quantification, à la loi de distribution ou encore au pourcentage d'anomalie. Le découpage du territoire en entités géographiques cohérentes à partir de la nature des sols et sous-sols et des pressions anthropiques (actuelles ou passées) permet la constitution de différents niveaux de fond suivant la qualité géochimique des sols, mais une des difficultés concerne le renseignement de l'ensemble des entités. La classification statistique des échantillons, même spatialisée, n'apporte, actuellement pas de résultats exploitables pour la gestion des terres excavées. Enfin, le filtrage géostatistique via un modèle linéaire de corégionalisation présente une alternative solide pour le filtrage des anomalies et l'estimation du fond à l'échelle d'un quartier. / Large urban redevelopments generate large volumes of excavated soils whose reusability is now possible if they are compatible with the pedo-geochemical background of the receiving site. In order to facilitate this valorization, this thesis focuses on processing methodologies on data acquired for other purposes than the determination of the pedo-geochemical background, in order to provide a geochemical quality reference system for urban soils at the scale of one neighborhood or city. The first tests show the limits of the statistical stresholds, usually used with data dedicated to the pedo-geochemical background because of their sensitivity to the limit of quantification, to the distribution law or to the percentage of anomaly. The segmentation of the territory into coherent geographical entities based on the nature of the soil and subsoil and the anthropogenic pressures (current or past) allows the constitution of different geochemical background levels according to the geochemical quality of the soils, but one of the difficulties concerns the information of all entities. The statistical classification of the samples, even if spatialized, does not currently provide usable results for the management of the excavated earth. Lastly, geostatistical filtering via a linear model of coregionalisation provides a solid alternative for anomaly filtering and background estimation at a neighborhood scale.

Lorsqu'on applique une réduction d'échelle aux systèmes mécatroniques habituellement rencontr és dans le macromonde, la miniaturisation n'est possible que si elle est accompagnée d'une intégration fonctionnelle de ces systèmes. Cette tendance générale pousse les microsystèmes à posséder une densité fonctionnelle de plus en plus importante, qui les fait converger progressivement vers le concept d'adaptronique. L'objectif de cette thèse est de développer une nouvelle méthode de synthèse optimale de structures flexibles monolithiques, pour permettre la conception d'actionneurs intégrés. Notre méthode de synthèse est basée sur l'agencement optimal de blocs flexibles élémentaires grâce à un algorithme génétique multi-critères. Ces blocs flexibles sont de type treillis de poutres et décrits par une méthode aux éléments finis. Ils peuvent être passifs ou rendus actifs par effet piézoélectrique inverse, permettant ainsi l'intégration de la fonction d'actionnement au sein même de la structure du mécanisme. En outre, une représentation dynamique du comportement entrée(s)-sortie(s) de ces mécanismes flexibles permet la prise en compte dans la méthode d'optimisation, dès la phase amont de conception, de nouvelles spécifications permettant de garantir certaines performances lors de la commande ultérieure des systèmes ainsi synthétisés. Enfin, un prototype de micropince piézoélectrique monolithique est conçu de manière optimale grâce à l'outil logiciel développé : les tests expérimentaux effectués permettent de valider la démarche de conception mécatronique dans son ensemble, depuis l'étape amont de l'étude complète de sa topologie, jusqu'à l'étape finale de sa commande robuste en boucle fermée.

Les récentes évolutions des technologies de l'information et de la communication font qu'il est aujourd'hui facile de consulter des catalogues de morceaux de musique conséquents. De nouvelles représentations et de nouveaux algorithmes doivent de ce fait être développés afin de disposer d'une vision représentative de ces catalogues et de naviguer avec agilité dans leurs contenus. Ceci nécessite une caractérisation efficace des morceaux de musique par l'intermédiaire de descriptions macroscopiques pertinentes. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur l'estimation de la structure des morceaux de musique : il s'agit de produire pour chaque morceau une description de son organisation par une séquence de quelques dizaines de segments structurels, définis par leurs frontières (un instant de début et un instant de fin) et par une étiquette représentant leur contenu sonore.La notion de structure musicale peut correspondre à de multiples acceptions selon les propriétés musicales choisies et l'échelle temporelle considérée. Nous introduisons le concept de structure "sémiotique" qui permet de définir une méthodologie d'annotation couvrant un vaste ensemble de styles musicaux. La détermination des segments structurels est fondée sur l'analyse des similarités entre segments au sein du morceau, sur la cohérence de leur organisation interne (modèle "système-contraste") et sur les relations contextuelles qu'ils entretiennent les uns avec les autres. Un corpus de 383 morceaux a été annoté selon cette méthodologie et mis à disposition de la communauté scientifique.En termes de contributions algorithmiques, cette thèse se concentre en premier lieu sur l'estimation des frontières structurelles, en formulant le processus de segmentation comme l'optimisation d'un coût composé de deux termes~: le premier correspond à la caractérisation des segments structurels par des critères audio et le second reflète la régularité de la structure obtenue en référence à une "pulsation structurelle". Dans le cadre de cette formulation, nous comparons plusieurs contraintes de régularité et nous étudions la combinaison de critères audio par fusion. L'estimation des étiquettes structurelles est pour sa part abordée sous l'angle d'un processus de sélection d'automates à états finis : nous proposons un critère auto-adaptatif de sélection de modèles probabilistes que nous appliquons à une description du contenu tonal. Nous présentons également une méthode d'étiquetage des segments dérivée du modèle système-contraste.Nous évaluons différents systèmes d'estimation automatique de structure musicale basés sur ces approches dans le cadre de campagnes d'évaluation nationales et internationales (Quaero, MIREX), et nous complétons cette étude par quelques éléments de diagnostic additionnels.

Les grilles de calcul et le "cloud computing" permettent de distribuer un ensemble de ressources informatiques, telles que du stockage ou du temps de calcul, à un ensemble d'utilisateurs en fonction de leurs demandes en donnant l'illusion de ressources infinies. Cependant, lorsque l'ensemble de ces ressources est insuffisant pour satisfaire les exigences des utilisateurs, des conflits d'intérêts surgissent. Ainsi, un libre accès à des ressources limitées peut entraîner une utilisation inefficace qui pénalise l'ensemble des participants. Dans de tels environnements, il devient nécessaire d'établir des procédures d'arbitrage afin de résoudre ces conflits en garantissant une distribution équitable aux différents utilisateurs. Nous présentons une nouvelle classe de problèmes : celle des ordonnancements multi-utilisateurs. Cette thèse aborde la notion d'équité au travers de problèmes d'allocation de ressources sous incertitudes et d'ordonnancement de tâches périodiques.

Cette thèse concerne la synthèse de lois commande référencées vision 2D, multi-critères, pour le positionnement, par rapport à une cible fixe ou mobile, d'une caméra orientable en lacet en mouvement dans le plan horizontal. La fréquence et la qualité des informations délivrées par les caméras CCD qui équipent aujourd'hui les robots rend en effet possible l'alimentation directe des boucles de commande à partir des mesures visuelles de l'environnement. Le modèle considéré est défini dans le cadre du formalisme des fonctions de tâches et s'appuie sur la notion de torseur d'interaction qui permet de relier le mouvement de la caméra à la variation des indices visuels. L'objectif de ce travail est de proposer des lois de commandes permettant de stabiliser la caméra sur la base des informations bidimensionnelles issues de l'image, en tenant compte de l'incertitude sur la profondeur des points de la cible, des contraintes de visibilité et des limites en amplitude sur la vitesse et l'accélération de la caméra. La méthode proposée met en oeuvre des techniques de commande avancées. Elle est basée sur la satisfaction d'une condition de secteur modifiée permettant de prendre en compte la saturation de l'accélération et la description du système en boucle fermée via un modèle polytopique des incertitudes. Cette approche permet de formuler des conditions constructives pouvant être exprimées sous forme d'Inégalités Linéaires Matricielles (LMIs). Sur cette base, la résolution de problèmes d'optimisation convexe permet d'une part de maximiser la région de stabilité associée et d'autre part de déterminer le gain stabilisant du correcteur. La technique, initialement appliquée au problème du positionnement de la caméra par rapport à une cible fixe, est ensuite étendue au suivi d'une cible mobile en considérant la vitesse inconnue de la cible comme une perturbation bornée en énergie. L'intérêt de ce type de résultat, pour l'élaboration de stratégies de navigation d'un robot mobile pa r enchaînement de tâches référencées capteurs, est ensuite mis en évidence. Plusieurs exemples d'enchaînement de tâches sont tour à tour considérés et simulés sur la base d'un modèle de robot à roues muni de capteurs de proximité et supportant une caméra montée sur une platine orientable en azimut.