Depuis les travaux précurseurs de Richard et al., les constructions géométriques<br />occupent une place importante dans la description des macro-molécules et leurs assemblages.<br />En particulier, certains complexes cellulaires liés au diagramme de Voronoï<br />ont été utilisés pour décrire les propriétés de compacité des empilement atomiques,<br />calculer des surfaces moléculaires, ou encore détecter des cavités à la surface des molécules.<br />Cette thèse se positionne dans ce contexte, et après une brève introduction à la<br />structure des protéines, détaille quatre contributions.<br /><br />Premièrement, en utilisant le principe de balayage introduit par <br />Bentley et Ottmann, cette thèse présente le premier algorithme effectif<br />pour construire l'arrangement exact de cercles sur une sphère.<br />De plus, en supposant que les cercles proviennent de l'intersection entre<br />sphères, une stratégie pour calculer les listes couvrantes d'une face de<br />l'arrangement (i.e. la liste des boules qui la recouvrent) est proposée.<br />L'exactitude n'étant pas une fin en soi, mais plutôt une façon de rendre l'algorithmique<br />robuste, nous montrons expérimentalement que le surcoût induit est modeste.<br /><br />Deuxièmement, cette thèse développe les primitives algébriques et géométriques<br />requises par l'algorithme de balayage afin de le rendre générique et robuste. Ces primitives<br />sont intégrées dans une contexte plus général, à savoir le noyau CGAL pour les objets sphériques.<br /><br />Troisièmement, la machinerie introduite est utilisée pour traiter un problème<br />de biologie structurale computationelle : la sélection d'un sous-ensemble varié<br />à partir d'un ensemble redondant de conformations de boucles.<br />Nous proposons de résoudre ce problème de sélection en retenant les <br />représentants qui maximisent l'aire ou le volume de la sélection.<br />Ces questions peuvent être traitées géométriquement à l'aide d'arrangements de cercles sur une sphère.<br />La validation est faîte sur deux fronts.<br />D'un point de vue géométrique, nous montrons que notre approche génère des sélections<br />dont l'aire de la surface moléculaire équivaut à celle de sélections obtenues par des stratégies <br />classiques, mais qui sont de taille nettement inférieure.<br />Du point de vue amarrage de protéines, nous montrons que nos sélections améliorent de<br />manière significative les résultats obtenus à l'aide d'un algorithme manipulant des<br />parties flexibles.<br /><br />Pour finir, nous discutons les problèmes et choix d'implémentation, en<br />les replaçant dans le contexte de la librairie CGAL.

Aux signes classiques constituant la « triade parkinsonienne » : akinésie, rigidité et tremblement de repos, s'associent également progressivement troubles de la marche, dysarthrie et instabilité posturale. Les troubles axiaux constituent un écueil majeur et inévitable dans la prise en charge des patients parkinsoniens ; après 5 ans d'évolution, 50 % des patients rapportent la survenue d'enrayages cinétiques (« freezing »), définis par un arrêt involontaire de la marche, brutal, pouvant survenir au démarrage, lors du demi-tour ou du franchissement d'un obstacle. Ces épisodes sont parfois précédés d'épisodes de « festination » de la marche, au cours desquels le sujet, marchant à petits pas de plus en plus rapides, semble « courir derrière son centre de gravité ». Freezing et festination sont responsables de chutes et d'une perte d'autonomie invalidante. Les freezing doparésistants constituent une contre indication à un geste de stimulation haute fréquence des noyaux subthalamiques (NST).<br />L'objectif de ce travail était de mieux connaître l incidence des troubles axiaux et l'impact de la stimulation cérébrale profonde sur les troubles de la marche dans la maladie de Parkinson (MP) évoluée.<br />Dans un premier temps, nous avons réalisé une analyse phénoménologique du phénomène de festination orofaciale, observée chez 45 % des patients parkinsoniens après 10 ans d'évolution, non corrélée à la sévérité de la dysarthrie mais hautement avec la présence de freezing et festination de la marche, témoignant d'une physiopathologie commune.<br />Nous avons ensuite analysé les paramètres cinématiques de marche avant un épisode de freezing chez 10 patients parkinsoniens évolués. En imposant des conditions de vitesse et de cadences aux sujets, calculées à partir de leurs paramètres de marche spontanée, nous avons mis en évidence une influence prépondérante des cadences élevées sur le déclenchement du freezing dans une population prédisposée, sans lien avec la variabilité des paramètres de marche, suggérant une approche possible en terme de rééducation de ce symptôme.<br />Enfin, nous avons étudié l'impact de la stimulation cérébrale profonde sur les troubles de la marche et le freezing, après 5 ans de chirurgie. En effet, dans une proportion variant de 5 à 15 % selon les cohortes, une aggravation des troubles de la marche a été constatée chez les patients parkinsoniens, cela pouvant être relié à l'évolution naturelle de la maladie (lésions non dopaminergiques), mais l'impact de la stimulation cérébrale profonde sur ces troubles n'avait jamais été étudié. Sous stimulation du NST, le contrôle optimal des symptômes est habituellement obtenu avec un voltage moyen de 3 (± 0,4) V et une fréquence moyenne ≥ 130 (± 19) Hz. Au cours des réglages proposés après chirurgie du NST, voltage et fréquence sont les paramètres les plus fréquemment modifiés pour tenter d'optimiser le contrôle des symptômes moteurs de la maladie de Parkinson, avec une tendance naturelle à augmenter l'amplitude de stimulation au fil du temps, et parfois la fréquence, notamment en cas de tremblement. Certaines combinaisons voltage / fréquence, efficaces initialement, semblent s'avérer secondairement délétère sur le freezing et les troubles de la marche pour certains patients. Nous avons démontré une aggravation significative des paramètres de marche et du freezing sous combinaison 130 Hz, voltages usuels, tandis qu'une amélioration a pu être obtenu grâce à une combinaison de fréquence intermédiaire, 60 Hz, avec un voltage plus élevé (5 V en moyenne). Ces résultats incitent à proposer une nouvelle stratégie de réglages chez les patients parkinsoniens présentant des troubles de la marche et un freezing sous stimulation NST

Dans le cadre de la préparation à la mission spatiale IASI/MetOp le LPMA effectue des enregistrements de spectres d'émission dans l'infrarouge en visée au nadir de la basse atmosphère à l'aide de l'expérience IASI-ballon. Nous nous sommes intéressés à la restitution de colonnes et profil de molécules d'importance atmosphérique en simulant le transfert radiatif et en effectuant l'inversion des spectres infrarouges. Le traitement des spectres du vol IASI02 a permis la détermination du profil de O3 ainsi que la colonne totale de CH4, N2O et CO. Ces résultats ont été comparés avec ceux obtenus avec l'instrument SCIAMACHY/ENVISAT. En utilisant des outils comme les fonctions de poids, les noyaux moyens et l'entropie informationnelle nous avons amélioré la qualité des ajustements et mis en place des procédures de traitement systématique des spectres. La comparaison de nos résultats avec les spectres dégradés à la résolution IASI/MetOp et les spectres IASI-ballon permet d'estimer la précision des produits (profils ou colonnes) qui pourront être inversés à partir des spectres qui doivent être enregistrés par IASI en orbite. Basé sur la simulation détaillée de l'absorption/emission par divers gaz, une cellule contenant un mélange de CO et de NH3 a été produite par LPMA pour CNES ainsi que le modèle la cellule de gaz qui peut maintenant être employé pour effectuer une caractérisation des performances spectrales (dans une chambre vide avant le lancement) de l'instrument de satellite d'IASI.

Ce memoire presente les modelisations directe et inverse entreprisent dans le cadre de la preparation de l'exploitation scientique de l'experience Consert de la mission spatiale Rosetta. Nous nous sommes interesses a la modelisation de la propagation d'ondes radio dans le cas simplifie d'un noyau cometaire a geometrie bidimentionnelle. A cette fin, une technique de trace de rayons (Ray Tracing Method, RTM) a ete developpee et validee par comparaison avec les resultats d'une methode spectrale (Pseudo Spectral Time Domain, PSTD). Cette technique a ete ensuite etendue au cas plus complexe d'une geometrie tridimentionnelle, aboutissant a la realisation d'un simulateur pour l'instrument Consert. Le probleme inverse a ete aborde dans le cas d'une geometrie bidimentionnelle a faibles perturbations de permittivite en utilisant la methode de regularisation de Tikhonov. Son etude a montre son caractere mal pose et fortement non lineaire, ainsi que le role important des informations a priori lors de la reconstruction d'image.

L'addiction correspond à un désordre psychobiologique caractérisé par une tendance chronique à la rechute, et implique des processus d'ordre motivationnels et émotionnels qui mettent en jeu des phénomènes d'apprentissage et de mémoire affective. Chez le toxicomane abstinent, la présentation de situations environnementales précédemment associées à l'expérience du sevrage des opiacés est capable d'induire un intense désir pour la drogue (craving), et il a été proposé que ces stimuli conditionnés pourraient précipiter la rechute en réactivant les circuits neuronaux qui sont mis en jeu de manière inconditionnée par le sevrage. Dans ce contexte, nous avons entrepris la caractérisation de la composante motivationnelle du sevrage des opiacés en utilisant des modèles comportementaux (sevrage précipité par des faibles doses de naloxone chez le rat morphino-dépendant, réexposition à des stimuli environnementaux précédemment associés au sevrage dans un modèle d'aversion de place conditionnée) qui permettent d'évaluer les propriétés aversives et motivationnelles du sevrage, aussi bien sur le versant inconditionné que conditionné. Nous avons ainsi recherché les substrats neurobiologiques impliqués dans ces phénomènes en traçant de manière extensive les circuits neuronaux recrutés, en terme de localisation et de populations neuronales, par une approche de neuroanatomie fonctionnelle utilisant la détection du marqueur de réactivité neuronale c-fos par hybridation in situ. D'une manière générale, nos résultats montrent que les substrats neuronaux sous-jacents à la composante motivationnelle du sevrage – qui incluent en particulier les structures de l'extended amygdala (noyau accumbens partie médiale shell, noyau du lit de la strie terminale et noyau central de l'amygdale) et les régions limbiques qui lui sont associées (noyau basolatéral de l'amygdale, hippocampe, septum latéral et aire tegmentale ventrale) – peuvent être dissociés d'un ensemble d'autres régions cérébrales qui sont en revanche impliquées dans l'expression de la symptomatologie somatique du sevrage. Au niveau de l'aire tegmentale ventrale (VTA), notre analyse phénotypique des neurones recrutés au cours du sevrage précipité par la naloxone (situation inconditionnée) et lors de la présentation de stimuli environnementaux associés au sevrage (situation conditionnée) montre une induction massive dans la population des interneurones GABAergiques. Bien qu'une telle activité GABAergique est supposée être capable d'inhiber en grande partie les neurones dopaminergiques, nous montrons également qu'une sous-population de neurones dopaminergiques de la VTA (environ 15%) est activée dans ces deux situations. Au niveau de l'amygdale, nos résultats montrent l'existence d'une double dissociation anatomique et fonctionnelle dans la réponse globale des noyaux central (CeA) et basolatéral (BlA) en terme d'expression de c-fos entre les situations inconditionnée et conditionnée. Dans le BlA, bien que le sevrage précipité par la naloxone induise une diminution de l'activité de la majorité des neurones efférents glutamatergiques, une sous-population de ces neurones montre une intense induction de l'ARNm c-fos. La réexposition aux stimuli conditionnés au sevrage provoque quant à elle une intense activation dans de nombreux neurones glutamatergiques du BlA. Dans les neurones GABAergiques du CeA, les réponses c-fos sont opposées aux réponses globales du BlA, puisque l'expression de c-fos dans ces neurones est augmentée dans la situation inconditionnée, alors qu'elle est diminuée dans la situation conditionnée. Nous proposons que le pattern d'expression de c-fos que nous détectons dans l'ensemble de ces structures limbiques pourrait refléter 1/ la mise en place de processus d'apprentissage associatif permettant d'encoder la valeur affective et motivationnelle des stimuli environnementaux associés au sevrage de la morphine, dans la situation inconditionnée, et 2/ le rappel et l'expression des associations mémorisées au cours du conditionnement, dans la situation conditionnée (mémoire du sevrage). Ainsi, sur la base de l'ensemble de nos résultats et de nombreuses données de la littérature, nous proposons un modèle fonctionnel pour la formation et le rappel de la mémoire du sevrage des opiacés.

Si le phénomène de superdéformation a été maintes fois mis en évidence dans de diverses et nombreuses régions de masse, pour la majeure partie des bandes superdéformées découvertes, principalement dans la région de masse A ~ 150, l'énergie d'excitation et le moment angulaire de leurs états superdéformés ne sont toutefois pas fixés. Nous avons donc entrepris à l'aide du multidétecteur EUROBALL IV situé à l'Institut de Recherches Subatomiques de Strasbourg, la recherche et l'étude de transitions de liaison entre les puits super- et normalement déformés dans le noyau 151Tb. De plus, ce noyau présente la particularité de posséder une bande superdéformée excitée identique à celle de la bande yrast du noyau 152Dy, récemment reliée aux états normalement déformés. Pour étendre notre étude comparative avec le noyau 152Dy, présentant une coexistence de formes dans le premier puits de potentiel, nous avons également mené la recherche de bandes rotationnelles de nature collective à déformation allongée mais modérée, coexistant avec la structure à déformation aplatie du noyau 151Tb. La découverte de nouvelles bandes superdéformées dans les isotopes 151,152Tb, l'extension à faible et haut moments angulaires des bandes précédemment connues et la réalisation de calculs de champ moyen avec un potentiel de Woods-Saxon déformé ont contribué à approfondir notre connaissance aussi bien qu'à soulever de nouvelles questions quant aux assignations de configuration d'orbitales de ces bandes.

L'émission proton et de deux protons par des noyaux légers, déficients en neutrons, dans la région de masse A=20 a été étudiée. Un faisceau radioactif, constitué de 18Ne, 17F et de 20Mg a été produit au Grand Accélérateur National d'Ions Lourds, par fragmentation d'un faisceau primaire de 24Mg à 95MeV/A, et bombardait une cible de 9Be afin de former des états non liés. Le(s) proton(s) et le noyau issus de la décroissance étaient détectés dans l'ensemble MUST et le spectromètre SPEG, leurs énergies et angles d'émission mesurés pour reconstruire la masse invariante du noyau père.<br> Les événements de coïncidence double entre un proton et les noyaux 17F, 16O, 15O, 14O et 18Ne ont été étudiés pour reconstruire les spectres en énergie d'excitation de 18Ne, 17F, 16F, 15F et 19Na. Les masses mesurées sont généralement en bon accord avec les résultats obtenus lors de précédentes expériences. Pour le noyau 18Ne, les distributions angulaires et en énergie d'excitation sont en bon accord avec un modèle de break up. A partir des coïncidences entre un proton et 17Ne, une première mesure expérimentale de l'excès de masse de l'état fondamental de 18Na donne 24,19(0,15)MeV.<br> L'émission de deux protons depuis des états excités de 17Ne et 18Ne, ainsi que depuis l'état fondamental de 19Mg, a été étudiée à partir des événements de coïncidences entre deux protons et respectivement 15O, 16O et 17Ne. Dans le premier cas, la distribution en angle relatif des deux protons dans le centre de masse a été comparée aux résultats de simulation. L'émission séquentielle depuis un état excité de 17Ne, au-dessus du seuil d'émission proton, via 16F, domine mais une contribution d'émission 2He ne peut pas être exclue. Aucune émission 2He depuis l'état à 1,288MeV de 17Ne ni depuis celui à 6,15MeV dans 18Ne, n'a été observée. Un seul événement de coïncidence entre 17Ne et deux protons a pu être enregistré car la section efficace de la réaction de stripping d'un neutron de 20Mg est plus faible que prévu.

Après un rappel des principaux enjeux de l'astronomie y des hautes énergies, l'imageur C.A.T. ("Cerenkov Array at Thémis") est présenté, l'accent étant mis sur les résultats récents de calibration, qui est un aspect particulièrement délicat des détecteurs à effet Tcherenkov atmosphérique: aucune calibration directe n'étant possible, la maîtrise du télescope doit passer par une confrontation constante des résultats obtenus sur la base de modélisations numériques et de données réelles, dont celles prises sur la source de référence qu'est la nébuleuse du Crabe. Au fil de leur présentation, les procédures d'extraction du signal gamma et de reconstruction de spectres sont ainsi testées et validées. Les résultats d'observation des blazars Markarian 501 et Markarian 421 sont ensuite exposés: une corrélation entre l'émission de rayons X (> keV) et de gamma au TeV est établie pour ces deux sources; au TeV, une rapide variabilité est observée, parfois à l'échelle de l'heure pour Markarian 421; Markarian 501 apparaît cependant plus extrême: son maximum de puissance est atteint vers 500 GeV, et un durcissement spectral est mis en évidence lors des sursauts les plus intenses. Tous ces résultats consolident la séquence spectrale récemment proposée pour unifier la classe des blazars; ils suggèrent une zone d'émission très compacte (N10-3 parsec), se propageant à vitesse relativiste à la base des jets radio de ces objets, et contenant une unique population d'électrons responsables de l'émission non thermique observée sur un large domaine de longueur d'onde. Un modèle de type Synchrotron Self-Compton est appliqué avec succès aux données prises sur Markarian 501 en Avril 1997. Enfin, la recherche de signal en provenance de 20 autres blazars candidats au TeV est entreprise, et aboutit à une limite supérieure à l'émission gamma de chacun d'eux.

L'astrophysique des neutrinos de haute énergie est une branche relativement récente dans l'astrophysique des particules. L'observation de ces neutrinos nécessite la construction de nouveaux types de télescopes immenses. Après une phase de recherche et de développement pendant laquelle elle a démontré la faisabilité d'une telle entreprise en milieu sous-marin, la collaboration ANTARES construit maintenant un télescope à neutrinos avec une surface de 0,1 km². Le détecteur, exposé à un taux élevé de bruit de fond ambiant, doit être capable de reconnaître un faible signal physique, ce qui nécessite un déclenchement à la fois puissant et efficace. Nous présentons ici une analyse des différentes possibilités d'un déclenchement local. A l'issue de cette étude, la définition du déclenchement final du détecteur est devenue possible. Nous présentons également une étude des performances du détecteur envisagé. L'analyse nécessite la simulation d'événements de très haute énergie (TeV-PeV). A ces énergie les programmes de simulation utilisent des hypothèses différentes, ce qui a nécessité une comparaison de leurs résultats avant utilisation. Une caractéristique importante d'un télescope à neutrinos est sa résolution angulaire. Celle d'ANTARES, obtenue dans cette thèse est de l'ordre de 0,5° pour les muons ascendants et inférieure à 1° pour les muons descendants. Une détection de l'ombre de la Lune, dont nous avons étudié la faisabilité, permet de vérifier ce résultat après 2-5 ans de prise de données.

Les Interface Cerveau-Machine (ICM) ont appliquées avec succès aussi bien dans le domain clinique que pour l'amélioration de la vie quotidienne de patients avec des handicaps. En tant que composante essentielle, le module de traitement du signal détermine nettement la performance d'un système ICM. Nous nous consacrons à améliorer les stratégies de traitement du signal du point de vue de l'apprentissage de la machine. Tout d'abord, nous avons développé un algorithme basé sur les SVM transductifs couplés aux noyaux multiples afin d'intégrer différentes vues des données (vue statistique ou une vue géométrique) dans le processus d'apprentissage. Deuxièmement, nous avons proposé une version en ligne de l'apprentissage multi-noyaux dans le cas supervisé. Les résultats expérimentaux montrent de meilleures performances par rapport aux approches classiques. De plus, l'algorithme proposé permet de sélectionner automatiquement les canaux de signaux EEG utiles grâce à l'apprentissage multi-noyaux. Dans la dernière partie, nous nous sommes attaqué à l'amélioration du module de traitement du signal au-delà des algorithmes d'apprentissage auomatique eux-mêmes. En analysant les données ICM hors-ligne, nous avons d'abord confirmé qu'un modèle de classification simple peut également obtenir des performances statisfaisantes en effectuant une sélection de caractéristiques (et.ou de canaux). Nous avons ensuite conçu un système émotionnel ICM par en tenant compte de l'état émotionnel de l'utilisateur. Sur la base des données de l'EEG obtenus avec différents états émotionnels, c'est-à-dire, positives, négatives et neutre émotions, nous avons finalement prouvé que l'émotion affecter les performances ICM en utilisant des tests statisques. Cette partie de la thèse propose des bases pour réaliser des ICM plus adaptées aux utilisateurs.