La participation sociale des personnes ayant une incapacité (PAI) est l'un des enjeux majeurs de notre société. La participation sociale des PAI est influencée par les résultats des interactions entre les facteurs personnels et les facteurs environnementaux (physiques et sociaux). L'une des activités quotidiennes les plus importantes en milieu urbain est la mobilité, ce qui est fondamental pour la participation sociale des PAI. L'environnement urbain est composé des infrastructures et des services principalement conçus pour les personnes sans incapacités et ne prend pas en compte les besoins spécifiques des PAI. Dans ce contexte, la conception et le développement des environnements intelligents peuvent contribuer à une meilleure mobilité et participation sociale des PAI grâce à l'avancement récent de technologie de l'information et de télécommunication ainsi que de réseaux de capteurs. Cependant, le déploiement de réseaux de capteurs en tant que technologie d'assistance pour améliorer la mobilité des personnes n'est conçu que sur la base des modèles trop simplistes de l'environnement physique. Bien que des approches de déploiement de réseaux de capteurs aient été développées ces dernières années, la plupart d'entre elles ont considéré le modèle simple des capteurs (cercle ou sphérique dans le meilleur des cas) et l'environnement 2D, (sans obstacle), indépendamment des besoins des PAI lors de leur mobilité. À cet égard, l'objectif global de cette thèse est le déploiement optimal de réseau de capteurs dans un environnement intérieur pour améliorer l'efficacité de la mobilité des personnes à mobilité réduite (PMR). Plus spécifiquement, nous sommes intéressés à la mobilité des personnes utilisatrices de fauteuil roulant manuel. Pour atteindre cet objectif global, trois objectifs spécifiques sont identifiés. Premièrement, nous proposons un cadre conceptuel pour l'évaluation de la lisibilité de l'environnement intérieur pour les PMR, afin de déterminer la méthode appropriée pour évaluer les interactions entre les facteurs personnels et les facteurs environnementaux (par exemple, pentes, rampes, marches, etc.). Deuxièmement, nous développons un algorithme d'optimisation locale basé sur la structure Voronoi 3D pour le déploiement de capteurs dans l'environnement intérieur 3D pour s'attaquer à la complexité de la structure de l'environnement intérieur (par exemple, différentes hauteurs de plafonds) afin de maximiser la couverture du réseau. Troisièmement, pour aider la mobilité des PMR, nous développons un algorithme d'optimisation ciblé pour le déploiement de capteurs multi-types dans l'environnement intérieur en tenant compte du cadre d'évaluation de la lisibilité pour les PMR. La question la plus importante de cette recherche est la suivante : quels sont les emplacements optimaux pour un ensemble des capteurs pour le positionnement et le guidage des PMR dans l'environnement intérieur complexe 3D. Pour répondre à cette question, les informations sur les caractéristiques des capteurs, les éléments environnementaux et la lisibilité des PMR ont été intégrés dans les algorithmes d'optimisation locale pour le déploiement de réseaux de capteurs multi-types, afin d'améliorer la couverture du réseau et d'aider efficacement les PMR lors de leur mobilité. Dans ce processus, le diagramme de Voronoi 3D, en tant que structure géométrique, est utilisé pour optimiser l'emplacement des capteurs en fonction des caractéristiques des capteurs, des éléments environnementaux et de la lisibilité des PMR. L'optimisation locale proposée a été mise en œuvre et testée avec plusieurs scénarios au Centre des congrès de Québec. La comparaison des résultats obtenus avec ceux des autres algorithmes démontre une plus grande efficacité de l'approche proposée dans cette recherche. / Social participation of people with disabilities (PWD) is one of the challenging problems in our society. Social participation of PWD is influenced by results from the interactions between personal characteristics and the physical and social environments. One of the most significant daily activities in the urban environment is mobility which impacts on the social participation of PWD. The urban environment includes infrastructure and services are mostly designed for people without any disability and does not consider the specific needs of PWD. In this context, the design and development of intelligent environments can contribute to better mobility and social participation of PWD by leveraging the recent advancement in information and telecommunications technologies as well as sensor networks. Sensor networks, as an assistive technology for improving the mobility of people are generally designed based on the simplistic models of physical environment. Although sensor networks deployment approaches have been developed in recent years, the majority of them have considered the simple model of sensors (circle or spherical in the best case) and the environment (2D, without obstacles) regardless of the PWD needs during their mobility. In this regard, the global objective of this thesis is the determination of the position and type of sensors to enhance the efficiency of the people with motor disabilities (PWMD) mobility. We are more specifically interested in the mobility of people using manual wheelchair. To achieve this global objective, three specific objectives are demarcated. First, a framework is developed for legibility assessment of the indoor environment for PWMD to determine the appropriate method to evaluate the interactions between personal factors with environmental factors (e.g. slops, ramps, steps, etc.). Then, a local optimization algorithm based on 3D Voronoi structure for sensor deployment in the 3D indoor environment is developed to tackle the complexity of structure of indoor environment (e.g., various ceilings' height) to maximize the network coverage. Next, a purpose-oriented optimization algorithm for multi-type sensor deployment in the indoor environment to help the PWMD mobility is developed with consideration of the legibility assessment framework for PWMD. In this thesis, the most important question of this research is where the optimal places of sensors are for efficient guidance of the PWMD in their mobility in 3D complex indoor environments. To answer this question, the information of sensors characteristics, environmental elements and legibility of PWMD have been integrated into the local optimization algorithms for multi-type sensor networks deployment to enhance the network coverage as well as efficiently help the PWMD during their mobility. In this process, Voronoi diagram as a geometrical structure is used to change the sensors' location based on the sensor characteristics, environmental elements and legibility of PWMD. The proposed local optimization is implemented and tested for several scenarios in Quebec City Convention Centre. The obtained results show that these integration in our approach enhance its effectiveness compared to the existing methods.

Les systèmes de nez et de langues électroniques à base de capteurs chimiques et électrochimiques constituent une solution avantageuse pour la caractérisation des odeurs et des saveurs émanant des produits agroalimentaires. La sélectivité croisée de la matrice des capteurs couplée aux méthodes de reconnaissance de formes est l'élément clé dans la conception et le développement de ces systèmes. Dans cette optique, nous avons démontré la capacité d'un dispositif expérimental de nez électronique à discriminer entre les différents types de drogues, à analyser la fraîcheur des fromages, à identifier entre les fromages adultérés et à différentier entre les eaux potables et usées. Nous avons également réussi à classifier correctement les eaux potables (minérales, de source, gazeuse et de robinet) et usées par utilisation d'une langue électronique potentiométrique. Cette étude a été validée par la Chromatographie en Phase Gazeuse couplée à la Spectrométrie de Masse (CPG-MS). En outre, nous avons développé une langue électronique voltammétrique à base d'une électrode de Diamant Dopé au Bore pour différencier les phases de traitement des eaux usées domestiques et hospitaliers et pour identifier les différents métaux lourds (Pb, Hg, Cu, Cd, Ni et le Zn) contenus dans l'eau du fleuve Rhône. La Voltammétrie à Redissolution Anodique à Impulsion Différentielle (DPASV) a été utilisée comme une méthode électrochimique pour caractériser les eaux étudiées. Enfin, les systèmes multicapteurs hybrides se sont avérés un bon outil analytique pour caractériser les produits de l'industrie agroalimentaire tels que les jus tunisiens et les huiles d'olives marocaines / Electronic noses and tongues systems based on chemical and electrochemical sensors are an advantageous solution for the characterisation of odours and tastes that are emanating from food products. The cross-selectivity of the sensor array coupled with patter recognition methods is the key element in the design and development of these systems. In this context, we have demonstrated the ability of an electronic nose device to discriminate between different types of drugs, to analyse cheeses freshness, to identify adulterated cheeses and to differentiate between potable and wastewaters. We have also succeeded to correctly classify drinking waters (mineral, natural, sparkling and tap) and wastewaters by using a potentiometric electronic tongue. This study was validated by Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry (GC-MS). Furthermore, we have developed a voltammetric electronic tongue based on a Diamond Doped Boron electrode to differentiate treatment stages of domestic and hospital wastewaters and to identify different heavy metals (Pb, Hg, Cu, Cd, Ni and Zn) contained in Rhône river. The Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry (DPASV) was used as an electrochemical method to characterise the studied waters. Finally, the hybrid multisensor systems have proven to be good analytical tools to characterise the products of food industry such as Tunisian juices and Moroccan olive oils

Après un tour du monde des Habitats Intelligents pour la Santé (HIS), nous décrivons la mise en place du système grenoblois développé au laboratoire TIMC : le Système d'Information Domotique-Santé Intégré à Domicile (SID²). Nous faisons l'hypothèse que les rythmes biologiques et sociaux sont liés au comportement, et donc à l'activité physique, que nous mesurons par le déplacement du sujet d'observation au sein de l'habitat. Nous créons le terme " Rythmes Circadiens d'Activité " (RCA) pour faire référence à la mesure comportementale de l'activité des patients dans l'habitat. Le système SID² est composé d'un HIS externe relié à Internet, et d'un HIS local, objet de ce document. L'HIS local effectue la surveillance multi-paramétrique et auto-apprend les habitudes de vie d'un patient à domicile à travers le calcul des RCA, de façon à détecter une évolution anormale de son comportement sur le long terme. Un simulateur a été développé pour valider le système.

Le milieu sous-marin est doublement dispersif, en temps et en fréquence. L'utilisation récente de signaux de communication multi-porteuses offre une solution pour lutter contre la sélectivité fréquentielle. Mais ce type de signaux reste très sensible à la dispersivité fréquentielle. Cette thèse se concentre sur le problème de la dispersivité fréquentielle qu'est l'effet Doppler. Des méthodes d'estimation du paramètre Doppler sont développées pour des signaux multi-porteuses DMT. Est également abordé le problème de la compensation Doppler dans les cas mono et multitrajets. Une méthode générale et une méthode spéci que au signaux multiporteuses sont présentées et testées sur simulation. Cette thèse se distingue par son modèle du canal sous-marin qui considère un paramètre Doppler différent sur chaque trajet. Ceci résulte de la géométrie du problème et des vitesses émetteur/récepteur considérées. Nous présentons nalement des méthodes pour séparer les différents trajets arrivant sur une antenne a n de pouvoir considérer un paramètre Doppler unique sur chacun.

Les capteurs et les biocapteurs sont des moyens d’analyse en plein essor à la fois rapides, sensibles, sélectifs et peu coûteux, applicables à des domaines très variés (agroalimentaire, environnement, biomédical…). Dans ce travail de recherche, nous nous sommes intéressés au développement de trois dispositifs à savoir un nez et une langue électroniques à base de systèmes multicapteurs pour l’analyse des odeurs et des saveurs ainsi que les biocapteurs. Les deux premiers dispositifs ont permis dans un premier temps de caractériser et de détecter les fraudes dans les produits de l’industrie agroalimentaire. Ainsi, nous sommes parvenus à détecter les pratiques frauduleuses dans l’huile d’argan par le nez et par la langue électroniques. Nous avons, par ailleurs, réussi à caractériser des miels de différentes origines géographiques et botaniques et à détecter l’adultération du miel pur par l’utilisation d’une langue électronique voltammétrique. Enfin, nous avons démontré l’efficacité des systèmes de nez et de langue électroniques à discriminer cinq marques de lait pasteurisé marocain. Des limitations du système de nez et de langue électroniques ont été révélées quant à la discrimination du lait pasteurisé (Jawda) en fonction des jours de stockage. Par contre, la fusion des données des deux systèmes moyennant un niveau d'abstraction intermédiaire a permis d’améliorer cette discrimination. Dans une deuxième étape, nous avons développé deux biocapteurs, le premier est basé sur l’utilisation de Polymère à Empreinte Moléculaire (MIP) dédié à la détection de la tétracycline dans le miel. Alors que le second est un immunocapteur conçu pour la détection de l’ochratoxine A. Le MIP, utilisé dans le premier cas, a été synthétisé à la surface d’électrodes en or par électropolymérisation des nanoparticules d'or fonctionnalisées par le p-aminothiophénol en présence de la tétracycline comme molécule empreinte. Dans le deuxième cas, un nouveau biocapteur capacitif basé sur l’utilisation d’un substrat de Nitrure de Silicium (Si3N4) combiné avec une nouvelle structure de nanoparticules magnétiques (MNPs) pour la détection de l’ochratoxine A a été conçu. En effet, Les MNPs possédant une terminaison carboxylique ont été liés de manière covalente à la monocouche auto-assemblée du silane-amine (3-aminopropyl triéthoxysilane APTES). Enfin, les anticorps anti-ochratoxine A ont été immobilisés sur les MNPs par liaison amide. Les performances des deux biocapteurs (limite de détection, sélectivité, reproductibilité) ont ensuite été évaluées / Sensors and Biosensors are rapid, sensitive, selective and low-cost analytical devices of growing interest for a wide range of application fields (e.g. food, environment, health …). This research focused on the development of three devices namely an electronic nose and tongue and electrochemical biosensors with applications in food analysis. The first two devices allowed the characterization and detection of frauds in the food field. Thus, we have been able to detect fraudulent practices in argan oil by using an electronic nose and tongue systems. In addition, the electronic tongue has successfully classified honeys of different geographical and botanical origins and detects the adulteration of pure honey. Finally, we have demonstrated the ability of the electronic nose and tongue systems to classify five brands of Moroccan pasteurized milk and to discriminate against them based on their storage days. In the second stage, we have developed two biosensors. The first one is based on a molecularly imprinted polymer (MIP) for the detection of tetracycline in honey. The second one is based on an immunosensor devoted for the detection of ochratoxin A. For the first biosensor, imprinted gold nanoparticles composites are assembled on Au surfaces by the electropolymerization of p-amino-thiophenol functionalized gold nanoparticles in the presence of the imprint molecule. In the second case, we have developed a novel capacitance electrochemical biosensor based on silicon nitride substrate (Si3N4) combined with a new structure of mangnetic nanoparticles (MNPs). Indeed, The MNPs with terminated carboxylic acid were covalently bonded to Si3N4 through a Self-Assembled Monolayers (SAMs) of the silane-amine (3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES). Finally anti-ochratoxin A antibodies were immobilized on MNPs by amide bonding. The performances of the two biosensors (limit of detection, selectivity, reproducibility) were then evaluated and the results are generally satisfactory

Le maintien à domicile des personnes fragiles vivant seules est devenu une préoccupation majeure de santé publique dans nos sociétés modernes. Parmi les différents aspects scientifiques traités dans le domaine de la surveillance à domicile, nous nous intéressons à l’étude et à la proposition d’une solution permettant à des capteurs répartis de communiquer entre eux de façon optimale et adaptée aux contraintes spécifiques de l'application. Plus précisément, nous souhaitons construire un réseau sans fil courte portée constitué de plusieurs nœuds capteurs échangeant entre eux des données selon un protocole de communication de niveau MAC (contrôle d’accès au médium) qui optimise à la fois l’énergie, le délai de transmission et la perte d’informations. Pour cela, nous avons finement analysé les avantages et les limites des technologies WPAN (réseau local personnel sans fil) et des protocoles de communication actuellement utilisés en rapport aux exigences de notre application. Nous avons ensuite proposé une méthode d’accès au médium déterministe, adaptative et économe en énergie basée sur la couche physique IEEE 802.15.4 et une topologie maillée. Elle permet de garantir le délai d'acheminement des messages avec un risque de collisions très fortement limité, grâce à une réutilisation spatiale du médium dans un voisinage à deux sauts. Cette proposition a été caractérisée par modélisation et simulation à l'aide du simulateur de réseau OPNET. Nous avons alors implémenté les mécanismes proposés sur des dispositifs matériels et déployé un réseau de capteurs en situation réelle afin de vérifier la pertinence du modèle et évaluer la proposition selon différentes configurations de test / Monitoring behavior of the elderly and the disabled living alone has become a major public health problem in our modern societies. Among the various scientific aspects involved in the home monitoring field, we are interested in the study and the proposal of a solution allowing distributed sensor nodes to communicate with each other in an optimal way adapted to the specific application constraints. More precisely, we want to build a wireless network which consists of several short range sensor nodes exchanging data between them according to a communication protocol at MAC (medium access control) level that optimizes energy consumption, transmission time and loss of information. To achieve this objective, we have analyzed the advantages and the limitations of WPAN (wireless personal area network) technology and communication protocols currently used in relation to the requirements of our application. We then proposed a deterministic, adaptive and energy saving medium access method based on the IEEE 802.15.4 physical layer and a mesh topology. It ensures the message delivery time with strongly limited collision risk due to the spatial reuse of medium in the two-hop neighborhood. This proposal was characterized by modeling and simulation using the OPNET network simulator. We then implemented the proposed mechanisms on hardware devices and deployed a sensors network in real situation to verify the accuracy of the model and evaluate the proposal according to different test configurations

Le maintien à domicile des personnes fragiles vivant seules est devenu une préoccupation majeure de santé publique dans nos sociétés modernes. Parmi les différents aspects scientifiques traités dans le domaine de la surveillance à domicile, nous nous intéressons à l'étude et à la proposition d'une solution permettant à des capteurs répartis de communiquer entre eux de façon optimale et adaptée aux contraintes spécifiques de l'application. Plus précisément, nous souhaitons construire un réseau sans fil courte portée constitué de plusieurs noeuds capteurs échangeant entre eux des données selon un protocole de communication de niveau MAC (contrôle d'accès au médium) qui optimise à la fois l'énergie, le délai de transmission et la perte d'informations. Pour cela, nous avons finement analysé les avantages et les limites des technologies WPAN (réseau local personnel sans fil) et des protocoles de communication actuellement utilisés en rapport aux exigences de notre application. Nous avons ensuite proposé une méthode d'accès au médium déterministe, adaptative et économe en énergie basée sur la couche physique IEEE 802.15.4 et une topologie maillée. Elle permet de garantir le délai d'acheminement des messages avec un risque de collisions très fortement limité, grâce à une réutilisation spatiale du médium dans un voisinage à deux sauts. Cette proposition a été caractérisée par modélisation et simulation à l'aide du simulateur de réseau OPNET. Nous avons alors implémenté les mécanismes proposés sur des dispositifs matériels et déployé un réseau de capteurs en situation réelle afin de vérifier la pertinence du modèle et évaluer la proposition selon différentes configurations de test.

Cette thèse porte sur la caractérisation cardiaque, qui représente un enjeu méthodologique et clinique important, à la fois pour améliorer le diagnostic des pathologies et optimiser les moyens de traitement. Des méthodes de recalage et de fusion de données sont proposées pour amener dans un même référentiel des images IRM, scanner, échographiques et électro-anatomiques et ainsi décrire le cœur suivant des caractéristiques anatomiques, électriques, mécaniques et tissulaires. Les méthodes proposées pour recaler des données multimodales reposent sur deux processus principaux : l'alignement temporel et le recalage spatial. Les dimensions temporelles des images considérées sont mises en synchronisées par une méthode de déformation temporelle dynamique adaptative. Celle-ci permet de compenser les modifications temporelles non-linéaires entre les différentes acquisitions. Pour le recalage spatial, des méthodes iconiques ont été développées pour corriger les artefacts de mouvements dans les séquences ciné-IRM, pour recaler les séquences ciné-IRM avec les séquences d'IRM de rehaussement tardif et pour recaler les ciné-IRM avec les images scanner. D'autre part, une méthode basée contours, développée dans un précédent travail, a été améliorée pour prendre en compte des acquisitions échographiques multi-vues. Ces méthodes ont été évaluées sur données réelles pour sélectionner les métriques les plus adaptées et pour quantifier les performances des approches iconiques et pour estimer la précision du recalage entre échographies et ciné-IRM. Ces méthodes sont appliquées à la caractérisation de cardiomyopathies hypertrophiques (CMH) et d'asynchronismes cardiaques. Pour la CMH, l'objectif était de mieux interpréter les données échographiques par la fusion de l'information de fibrose issue de l'IRM de rehaussement tardif avec l'information mécanique issue de l'échographie de speckle tracking. Cette analyse a permis d'évaluer le strain régional en tant qu'indicateur de la présence locale de fibrose. Concernant l'asynchronisme cardiaque, nous avons établi une description du couplage électromécanique local du ventricule gauche par la fusion de données échographiques, électro-anatomiques, scanner et, dans les cas appropriés, d'IRM de rehaussement tardif. Cette étude de faisabilité ouvre des perspectives pour l'utilisation de nouveaux descripteurs pour la sélection des sites de stimulation optimaux pour la thérapie de resynchronisation cardiaque. / This work concerns cardiac characterization, a major methodological and clinical issue, both to improve disease diagnostic and to optimize its treatment. Multisensor registration and fusion methods are proposed to bring into a common referential data from cardiac magnetic resonance (CMRI), dynamic cardiac X-ray computed tomography (CT), speckle tracking echocardiography (STE) and electro-anatomical mappings of the inner left ventricular chamber (EAM). These data is used to describe the heart by its anatomy, electrical and mechanical function, and the state of the myocardial tissue. The methods proposed to register the multimodal datasets rely on two main processes: temporal registration and spatial registration. The temporal dimensions of input data (images) are warped with an adaptive dynamic time warping (ADTW) method. This method allowed to handle the nonlinear temporal relationship between the different acquisitions. Concerning the spatial registration, iconic methods were developed, on the one hand, to correct for motion artifacts in cine acquisition, to register cine-CMRI and late gadolinium CMRI (LGE-CMRI), and to register cine-CMRI with dynamic CT. On the other hand, a contour-based method developed in a previous work was enhanced to account for multiview STE acquisitions. These methods were evaluated on real data in terms of the best metrics to use and of the accuracy of the iconic methods, and to assess the STE to cine-CMRI registration. The fusion of these multisensor data enabled to get insights about the diseased heart in the context of hypertrophic cardiomyopathy (HCM) and cardiac asynchronism. For HCM, we aimed to improve the understanding of STE by fusing fibrosis from LGE-CMRI with strain from multiview 2D STE. This analysis allowed to assess the significance of regional STE strain as a surrogate of the presence of regional myocardial fibrosis. Concerning cardiac asynchronism, we aimed to describe the intra-segment electro-mechanical coupling of the left ventricle using fused data from STE, EAM, CT and, if relevant, from LGE-CMRI. This feasibility study provided new elements to select the optimal sites for LV stimulation.

Ce manuscrit de thèse présente une méthode innovante brevetée pour la détection de comportements collectifs. En utilisant des procédés de fusion sur les données issues d'un réseau multi-capteurs, les récents systèmes de surveillance obtiennent les séquences d'observations des personnes surveillées. Ce bas niveau d'évaluation de la situation a été mesuré insuffisant pour aider les forces de sécurité lors des événements de foule. Afin d'avoir une plus haute évaluation de la situation dans ces environnements asymétriques, nous proposons une approche multi-agents qui réduit la complexité du problème par des agents sur trois niveaux - macro, méso et micro - d'observations. Nous utilisons un nouvel état relatif dans les approches de l'état de l'art pour nous permettre la détection, en temps réel, des groupes, de leurs comportements, objectifs et intentions. Dans le cadre de projets européens, nous avons utilisé un serious game simulant une foule dans des scénarios asymétriques. Les résultats montrent un meilleur accord avec les prédictions théoriques et une amélioration significative des travaux précédents. Le travail présenté ici pourrait être utilisé dans de futures études de détection de comportements multi-agents et pourrait un jour aider à résoudre les problèmes liés aux événements catastrophiques de foules incontrôlables.