Les virus sont connus pour infecter toutes les classes d’organismes vivants sur Terre, qu’elles soient végétales ou animales. Les virions consistent en un génome d'acide nucléique protégé par une enveloppe protéique unique ou multicouche appelée capside et, dans certains cas, par une enveloppe de lipides. La capside virale est généralement composée de centaines ou de milliers de protéines formant des structures ordonnées. La moitié des virus connus présentent une symétrie icosaédrique, les autres étant hélicoïdaux, prolats ou de structure irrégulière complexe. Récemment, les particules virales ont attiré une attention croissante en raison de leur structure extrêmement régulière et de leur utilisation potentielle pour la fabrication de nanostructures ayant diverses fonctions. Par conséquent, la compréhension des mécanismes d'assemblage sous-jacents à la production de particules virales est non seulement utile au développement d'inhibiteurs à des fins thérapeutiques, mais elle devrait également ouvrir de nouvelles voies pour l'auto-assemblage de matériaux supramoléculaires complexes. À ce jour, de nombreuses études expérimentales et théoriques sur l'assemblage de virus ont été effectuées. Des recherches expérimentales ont permis d'obtenir de nombreuses informations sur l'assemblage du virus, y compris les conditions appropriées requises pour l'assemblage et les voies cinétiques. En combinant ces informations et méthodes théoriques, une première compréhension du mécanisme d'assemblage des virus a été élaborée. Cependant, les informations provenant uniquement d'expériences ne peuvent donner une image complète, en particulier à l'échelle microscopique. Par conséquent, dans cette thèse, nous avons utilisé des simulations informatiques, y compris des techniques de Monte Carlo et de la dynamique moléculaire, pour sonder l’assemblage du virus, dans l’espoir de mieux comprendre les mécanismes moléculaires en jeu. / Viruses are known for infecting all classes of living organisms on Earth, whether vegetal or animal. Virions consist of a nucleic acid genome protected by a single or multilayered protein shell called capsid, and in some cases by an envelope of lipids. The viral capsid is generally made of hundreds or thousands of proteins forming ordered structures. Half of all known viruses exhibit an icosahedral symmetry, the rest being helical, prolate or having a complex irregular structure. Recently, viral particles have attracted an increasing attention due to their extremely regular structure and their potential use for fabricating nanostructures with various functions. Therefore, understanding the assembly mechanisms underlying the production of viral particles is not only helpful to the development of inhibitors for therapeutic purpose, but it should also open new routes for the self-assembly of complex supramolecular materials. To date, numerous experimental and theoretical investigations on virus assembly have been performed. Through experimental investigations, a lot of information have been obtained on virus assembly, including the proper conditions required for the assembly and the kinetic pathways. Combining those information and theoretical methods, an initial understanding of the assembly mechanism of viruses has been worked out. However, information coming purely from experiments cannot give the whole picture, in particular at a microscopic scale. Therefore, in this thesis, we employed computer simulations, including Monte Carlo and molecular dynamics techniques, to probe the assembly of virus, with the expectation to gain new insights into the molecular mechanisms at play.

Les systèmes de traitement des eaux usées (les réseaux d'égouts urbains et les Stations de Récupération des Ressources de l'Eau (StaRRE)) font face à des défis considérables. L'accentuation des changements climatiques et l'émergence de nouvelles maladies infectieuses poussent les régulateurs à resserrer les permis d'assainissement et demander l'extraction de plus de ressources des eaux usées. Simultanément, de nouvelles méthodes de collecte d'information sont développées, qu'il s'agisse de nouveaux capteurs ou de nouvelles méthodes d'analyse. Ces nouvelles technologies produisent des données qui peuvent aider les systèmes d'assainissement à atteindre leurs objectifs. Cependant, pour qu'elles soient utilisables, il est essentiel que les données captées soient adéquatement traitées, nettoyées, gérées, interprétées et mobilisées. Dans les dernières années, des efforts considérables ont été déployés pour bien exploiter les données issues des eaux usées dans deux secteurs en particulier : au sein des StaRRE pour la création de 'jumeaux numériques' -- des modèles servant à simuler en temps-réel l'état des systèmes d'assainissement afin d'en améliorer le contrôle et l'opération -- et au niveau des réseaux d'égouts pour la surveillance du virus SARS-CoV-2 dans les eaux usées des populations. Cette thèse de doctorat porte sur le point d'intersection entre les StaRRE et la surveillance épidémiologique des eaux usées : leur soif de données de bonne qualité et suffisamment contextualisées pour être utilisables. La thèse commence avec une revue de littérature pour chaque domaine couvrant leur utilisation des données. Les efforts réalisés pour améliorer l'utilisation des données de la StaRRE pil*EAU*te(une StaRRE à l'échelle pilote située à l'Université Laval), sont alors présentés. La thèse décrit ensuite les efforts déployés pour créer un modèle de données pour l'organisation et l'interprétation des données de surveillance épidémiologique des eaux usées (WBE), le PHES-ODM. Un exemple de mobilisation de données de WBE pour le support à la décision en santé publique à l'aide de l'apprentissage automatique est alors présenté. / Wastewater systems, including sewer networks and Water Resource Recovery Facilities (WRRFs), face significant challenges due to urbanization, accelerating climate change, and new infectious diseases. These pressures demand stricter sanitation permits and more intensive resource extraction, demands that are compounded by a shortage of qualified workers in industrial economies. Advancements in data collection techniques, such as sensors and analysis protocols, can aid sanitation systems in meeting these challenges with the vast amounts of data they generate. However, to be valuable, this data must be properly processed, cleaned, managed, and interpreted. Considerable efforts have been made to utilize data from sanitation systems, particularly in two key areas: the creation of 'digital twins' in WRRFs to simulate real-time treatment processes for improved operation, optimization and control, and the use of Wastewater-Based Epidemiology (WBE) in sewer systems in response to the SARS-CoV-2 pandemic. This Ph. D. thesis investigates the critical intersection between WRRFs and WBE systems, emphasizing their need for high-quality, contextualized, and actionable data. The research begins with a literature review of each domain, applying the concept of data pipelines to wastewater systems and identifying bottlenecks that hinder knowledge creation. The pil*EAU*te pilot wastewater treatment plant at Université Laval serves as a testing ground for innovative metadata-aware data manipulation tools. The focus then shifts to the WBE domain, where a data model for storing and organizing data and metadata -- the Public Health Environmental Surveillance Open Data Model -- is developed. The final section explores how Wastewater-Based Epidemiology data, combined with machine learning, can support short-term decision-making in epidemic scenarios.

Cette thèse se situe dans le cadre général de la détection d’objets. Elle porte plus particulièrement sur la détection de véhicules dans les images aériennes de grandes dimensions. Le principal obstacle à l’obtention d’une détection robuste des véhicules est la grande variété de leurs apparences. Dans un premier temps, nous avons abordé le cadre théorique de la détection et identifié une approche prometteuse, l’analyse locale de scène. Par le biais de détecteurs, nous avons limité l’analyse aux seules régions susceptibles de contenir des véhicules. De là, nous avons extrait les informations locales caractéristiques des véhicules afin d’entraîner des Séparateurs à Vaste Marge (en anglais Support Vector Machine, SVM). Cette première chaîne de traitement nous a permis d’obtenir de multiples détections par véhicule. Dans un deuxième temps, nous avons regroupé automatiquement les multiples détections à l’aide de l’algorithme Affinity Propagation(AP). Des contraintes spatiales ont été introduites afin de garantir que le regroupement se fasse dans le respect des dimensions des véhicules. Finalement, l’extraction des véhicules a été effectuée en utilisant les informations relatives à l’orientation et la forme des véhicules présentes dans l’image. Afin de pallier certaines faiblesses que présente la première chaîne de traitement, nous avons développé une seconde chaîne de traitement. Tout d’abord, nous avons procédé à la sélection de régions saillantes susceptibles de contenir les véhicules. Ensuite, nous avons sur-segmenté l’image afin d’obtenir des régions uniformes en couleur de dimensions inférieures à celles des véhicules, les superpixels. De là, nous avons extrait les informations locales et globales relatives à ces superpixels et entraîné à nouveau des SVM en mode classification. À l’issue de cette deuxième chaîne de traitement, nous avons augmenté significativement notre capacité de détection. Finalement, dans le dernier chapitre de cette thèse, nous avons proposé un nouvel algorithme destiné à sélectionner les régions saillantes de l’image. Cet algorithme est spécialement conçu pour traiter des images aériennes. De plus, il présente de nombreux avantages comparativement aux méthodes concurrentes existantes.

Titre de l'écran-titre (visionné le 16 janvier 2024) / Ce mémoire mobilise l'interdisciplinarité des sciences sociales computationnelles afin d'étudier les conséquences d'une approche non probabiliste aux sondages. Spécifiquement, il a pour objectif d'illustrer ce en quoi les sondages « opt-in » sont problématiques et à quel point il est possible de les corriger. Le chapitre 1 aborde les origines du débat concernant le biais de sélection, et établit les bases théoriques et statistiques requises à sa compréhension. Le chapitre 2 est le cœur du mémoire et applique concrètement le principe d'ignorabilité à l'aide de données simulées. On y apprend qu'il n'y a pas de limites théoriques à la capacité de correction de la pondération. Le chapitre 3 mobilise des données réelles afin d'explorer les limites rencontrées en pratiques. Ce dernier développe également le prototype d'une méthode d'analyse de sensibilité des quantités descriptives afin de tester la performance de la correction. / This Master's thesis mobilizes the interdisciplinarity of computational social science to study the consequences of a non-probabilistic approach to surveys. Specifically, it illustrates why opt-in surveys are problematic and how they can be corrected. Chapter 1 addresses the origins of the debate regarding selection bias, and establishes the theoretical and statistical understanding required. Chapter 2 is the heart of the thesis and concretely applies the ignorability principle using simulated data. We learn that there are no theoretical limits to the correction capacity of weighting techniques. Chapter 3 uses real data to explore the limits encountered in practice. The latter also develops a tentative method for sensibility analysis of descriptive quantities in order to test the performance of the correction.

La compréhension du développement des habiletés numériques est un enjeu majeur pour guider les pratiques éducatives et rééducatives des jeunes enfants. Les résultats des enquêtes nationales et internationales sont unanimes à cet égard : le niveau moyen des élèves en mathématiques a chuté depuis 2003 (PISA, 2012). L’hypothèse la plus avancée à l’heure actuelle est celle d’un déficit des correspondances entre les codes numériques et le « sens des nombres » (Dehaene, 1997). Le « sens du nombre » est contenu dans la représentation analogique et non verbale des nombres. Dans le présent travail, nous cherchons à démontrer que l’estimation numérique permet ainsi d’exercer les correspondances entre les codes afin de donner du sens aux représentations symboliques écrites et orales. Malgré l’importance accordée aujourd’hui au processus d’estimation, son rôle dans les apprentissages doit encore être précisé afin d’orienter et de mieux guider les pratiques (ré)éducatives (Dehaene et Cohen, 2001 ; Von Aster et Shalev 2007). A travers trois études expérimentales, nous explorons ainsi le rôle de l’estimation numérique dans les apprentissages d’un point de vue éducatif (auprès d’enfants scolarisés en CP) et d’un point de vue rééducatif (dans le syndrome génétique de la trisomie 21). L’acquisition des différentes représentations et des relations complexes qui s’établissent entre-elles est également analysée et discutée pour mieux préciser les modèles de traitements du nombres et du calcul actuels. Les résultats obtenus corroborent ainsi une hypothèse de spiralité des apprentissages symboliques. / Understanding the development of numerical abilities is a major issue to guide educative and reeducative practices in mathematics in young children. National and international investigations has demonstrated that the mathematical skills of students has decrease since 2003 (PISA, 2012). Nowadays, weak capacities to map numerical representations and therefore a defective « number sense » (Dehaene, 1997 ; 2001) is the most supported hypothesis. The « number sense » is contained into the analogical and non-verbal representation of number. In this work, we consider that numerical estimation is a good way to exercise this mapping and give sense to verbal and written numerical symbols. Indeed, the role of numerical estimation needs to be specified in order to lead the (re)educative practices (Dehaene, 1997 ; 2001 ; Von Aster et Shalev). During three experimental studies, we explore the role of numerical estimation, in an educative and reeducative way in children in first year and children with down’s syndrom. The acquisition of numerical representations and the complex relations they have are also explored and discussed through a spirality hypothesis in order to better specify actual models of number treatment.

Progressivement, les technologies numériques prennent une place plus importante dans la recherche sur les phénomènes socioculturels. Des projets d’équipement se développent dans toutes les disciplines des sciences humaines et sociales (SHS) et des mouvements prônant une révolution instrumentale se multiplient. Cette thèse en sciences de l’information et de la communication propose d’interroger l’avènement d’une recherche « numériquement équipée » en SHS à partir d’une réflexion générale sur les liens entre sciences, technique et écriture. Quels sont les enjeux épistémologiques, mais aussi politiques, sous-jacents à ces logiques d’instrumentation numérique en tant qu’elles instituent de nouvelles techniques d’écriture au cœur des pratiques de recherche ? Le mémoire présente un parcours en trois grandes parties. La première partie inscrit la recherche dans une pensée des rapports fondamentaux entre instruments techniques et connaissance scientifique. Il s’agit également de reconnaître les spécificités d’une approche « communicationnelle » de l’instrumentation scientifique, et en particulier de l’instrumentation numérique. La deuxième partie propose une exploration critique des discours d’escorte qui accompagnent ces transformations en s’appuyant sur les projets émanant de deux courants majeurs du domaine de la recherche numériquement équipée en SHS : les « humanités numériques » et les « méthodes numériques ». Quelles sont les promesses portées par ces mouvements ? Quels imaginaires, quelles représentations de la science et du numérique ces projets de « renouvellement » de la recherche par le numérique abritent-ils, mais aussi à quels « obstacles » se heurtent-ils ? À partir de la théorie des médias informatisés et de l’écriture numérique, et sur la base d’une démarche d’analyse techno-sémiotique, la troisième partie interroge les formes et les pouvoirs de la médiation instrumentale numérique. Sur un plan morphologique et praxéologique, en quoi consiste la conception et la mise en œuvre de tels instruments ? Sur un plan plus politique, quels sont les effets « normatifs » de ces dispositifs instrumentaux sur l’épistémologie des disciplines qui s’en saisissent ? / Gradually, digital technologies are becoming more important in research on sociocultural phenomena. Equipment projects are developing in all the social sciences and the humanities (SSH) and movements advocating an instrumental revolution are multiplying. This thesis proposes to question the advent of a digitally equipped research in the SSH on the basis of a general reflection on the links between science, technology and writing. What are the epistemological and political issues that underlie these digital instrumentation logics as they institute new writing techniques at the heart of research practices? The thesis is composed of three main parts. The first part questions the fundamental relationships between technical instruments and scientific knowledge. It is also about estimating the specificities of a communication approach to scientific instrumentation. The second part proposes a critical exploration of the discourses that accompany these transformations by focusing on projects from two major currents in the field of digitally equipped research in the SSH: the "digital humanities" and the "digital methods". What promises, what "imaginaires", what representations of science do these research practices renewal projects by digital technology contain? But also what "epistemological obstacles" do they encounter? Based on a theory of digital writing, and on a techno-semiotic analysis approach, the thir part questions the forms and powers of the digital instrumentation. On a morphological level, what do the design and implementation of such instruments consist of? On a political level, what are the normative effects of these "dispositifs" on the epistemology of the disciplines that seize them?