L'arrivée récente de plateformes véhiculaires connectées à internet permet la diffusion de contenus d'infodivertissement en flux poussés et tirés pour les conducteurs et les passagers en situation de mobilité d'une manière comparable aux appareils de communication nomades actuels. Toutefois, la voiture constitue un terminal d'accès très différent d'un téléphone portable que ce soit en termes de caractéristiques techniques, mais aussi en matière d'usages. Cette thèse aborde le sujet de la fourniture personnalisée du contenu multimédia pour les automobilistes. Une étude des caractéristiques techniques des plateformes d'infodivertissement, des types de contenus et de métadonnées nous permet dans un premier temps de cerner les contraintes d'une architecture de fourniture individualisée pour un véhicule. La mise en perspective de ces contraintes nous permet d'établir une architecture de fourniture de contenu à la demande, implémentée dans un prototype. Nous abordons ensuite le problème de la personnalisation suivant deux axes complémentaires : D'une part, la personnalisation active qui fait intervenir une interface homme machine multimodale que nous étudions dans le cadre spécifique d'un navigateur de bibliothèque musicale en ligne permettant de créer facilement des listes de lectures multicritères dans un véhicule ; et d'autre part, la personnalisation passive du contenu qui fait intervenir une modélisation du contexte de l'utilisateur. Nous discutons de la répartition de composants fonctionnels permettant cette personnalisation passive et construisons une architecture répartie prenant en compte la définition individualisée de préférences contextuelles et son intégration dans l'architecture multimédia présentée plus haut. Les différentes solutions proposées sont enfin évaluées selon des méthodes expérimentales faisant intervenir des utilisateurs et des méthodes dites expertes.

Cette recherche définit la personnalisation comme une approche centrée sur l'apprenant où la personne est prise dans son ensemble (émotions, cognition et socialisation). L’apprenant est actif, prend des initiatives et collabore avec les autres. Elle détaille les attributs de l'apprentissage personnalisé, ses perspectives et ses théories et propose un modèle personnalisé testé via le développement d’une application mobile pour les cours de base en informatique pour les étudiants en première année universitaire. Les résultats portent principalement sur l'impact de la personnalisation sur la performance, l'engagement et l'autonomie des apprenants. Les analyses de données montrent que la performance du groupe personnalisé dans les tests théoriques est significativement meilleure que les groupes suivant un enseignement traditionnel, mais les résultats ne sont pas significatifs pour les tests pratiques. La performance des apprenants dans le groupe personnalisé est indépendante du type d'évaluation choisi (tests théoriques et pratiques, projets individuels ou collaboratifs). Les apprenants ont manifesté une certaine responsabilité et un comportement autonome et ils ont été capables, avec une grille,d’évaluer d’une manière correcte et objective le travail de leurs pairs. L'engagement émotionnel est le type d'engagement le plus élevé et il apparaît indépendant de l’engagement cognitif, comportemental et agentique qui le suivent dans l’ordre respectif. / This research adopts a definition of personalization as a learner centered approach that takes into consideration the person as a whole (emotions, cognition and socialization) and where the learner is active, takes initiatives and collaborates with others. It details attributes of personalized learning, its perspectives and theories behind it. It proposes a personalized model that is tested through designing a mobile app for computer basics courses for first year university students. Results focus mainly on the impact of personalization on learners’ performance, engagement and autonomy. Data analyses showed that the personalized group did significantly better in theoretical tests than groups taught in a traditional way, but results were not significant for practical tests. The performance of learners in the personalized group does not depend on the type of evaluation used (theoretical and practical tests, individual or collaborative projects). Learners manifested autonomous behavior and responsibility and were able with a rubric in hand to conduct a fair and objective judgement of peers’ work. The emotional engagement was the highest type of engagement and was independent of the cognitive, behavioral and agentic one that come next respectively.

Dans le contexte de recherche et développement d'un nouveau traitement thérapeutique, le chercheur veut surveiller ses thématiques de recherche pour actualiser ses connaissances. Il a besoin d'accéder à l'information qui lui est utile directement sur son ordinateur. La prise en compte de la complexité d'un système biologique, révèle la très grande difficulté à traduire de façon linguistique toute une réflexion hypothétique. Nous proposons dans ce travail, un procédé détaché du système de langue. Pour ce faire, nous présentons une méthodologie basée sur une indexation qualitative en utilisant un filtrage personnalisé. L'index n'est plus d'ordre linguistique mais de type " liaisons de connaissances ". Cette méthode d'indexation qualitative appliquée à " l'information retrieval " contraste avec l'indexation documentaire et l'utilisation d'un thésaurus tel que le MeSH lorsqu'il s'agit d'exprimer une requête complexe. Le choix du sujet d'expérimentation sur la base de données Medline via PubMed constitue une démonstration de la complexité d'expression d'une problématique de recherche. Le thème principal est un traitement possible de la maladie d'Alzheimer. Cette expérience permet de mettre en avant des documents contenus dans Medline qui ne répondent pas ou peu à une indexation en mots-clés. Les résultats obtenus suggèrent qu'une " indexation en connaissances " améliore significativement la recherche d'information dans Medline par rapport à une simple recherche sur Google pratiquée habituellement par le chercheur. Assimilable à une veille scientifique, cette méthodologie ouvre une nouvelle collaboration entre professionnels de l'information et chercheurs

Dans un contexte d'augmentation forte de la prévalence de l'obésité, l'Etude Longitudinale Prospective Alimentation et Santé (ELPAS) a été initiée en 2001, avec l'objectif principal d'étudier chez l'enfant et l'adulte la faisabilité et l'efficacité clinique d'une alimentation isocalorique appauvrie en lipides et en glucides simples et augmentée en glucides complexes. Il s'agit d'une étude d'intervention nutritionnelle randomisée et contrôlée, réalisée en 2005/2006 chez 1013 familles parisiennes. Plusieurs travaux ont été réalisés durant la phase de préparation :

Avec le vieillissement de la population, l'ostéoporose et notamment les fractures vertébrales sont devenues un problème de santé publique majeur. Souvent silencieuses, les premières fractures sont difficiles à diagnostiquer par radiographie, et les 40 000 à 70 000 fractures annuelles recensées en France ne représenteraient finalement qu'un tiers du nombre réel. La prise en charge thérapeutique et la gestion de la dépendance, représentent un poids économique important qui doit être réduit, sans pour autant proposer un traitement préventif systématique, lui aussi coûteux. La mesure de densité minérale osseuse par DXA fait référence en clinique mais n'explique que partiellement la résistance des vertèbres. Aussi, des approches basées sur des modèles en éléments finis construits à partir d'imagerie scanner ont été proposées. Elles ne sont malheureusement pas transposables en clinique pour le suivi de patients sur l'ensemble de la colonne vertébrale, du fait de la dose d'irradiation trop importante. Cette recherche avait donc pour objectif de mettre en place une approche se basant sur une modalité basse dose. Afin d'établir un modèle en éléments finis personnalisé, il est nécessaire d'avoir une géométrie et des propriétés mécaniques personnalisées. Le système EOS (imagerie par rayon X basse dose) permet de proposer une géométrie personnalisée pour un patient donné. Le défi scientifique de cette thèse portait principalement sur l'évaluation des propriétés mécaniques personnalisées à partir de cette imagerie basse dose. Une première étude expérimentale, menée sur 19 éprouvettes, a permis de prédire les propriétés mécaniques de l'os spongieux vertébral (en compression) à partir de la densité minérale osseuse mesurée par le système basse dose EOS®. Parallèlement, pour palier au manque de données mécaniques sur l'os cortical vertébral, une deuxième étude a été réalisée afin d'évaluer les propriétés mécaniques d'un ensemble cortico-spongieux en compression par simulation numérique et méthode inverse à partir de données d'essais mécaniques. Il s'agit là d'une première pour l'étude des propriétés macroscopiques de l'os cortical vertébral. De plus, des essais mécaniques de compression menés sur 15 vertèbres ont permis de constituer une première base de données pour la validation du modèle. A partir de l'ensemble de ces données, un modèle en éléments finis 3D personnalisé à partir d'imagerie basse dose a été construit. Ce modèle donne une estimation prometteuse de l'effort à la rupture des vertèbres (FMEF = 0,94 Fexp +242,6 ; r² = 0,83, IC95% = ± 674 N) avec un temps de calcul restreint (environ 10 minutes). Ce travail souligne l'intérêt des systèmes d'imagerie basse dose pour la construction d'un modèle en éléments finis personnalisé et ouvre de nombreuses perspectives pour l'utilisation clinique de tels outils, afin de prédire le risque de fracture vertébral.

L'analyse du comportement du système musculo-squelettique est indispensable à la compréhension de pathologies ou de l'efficacité du geste sportif. Les modèles, représentants un sujet moyen, permettent l'identification de tendance. Cependant, leurs résultats sont limités à la plage de population qu'ils représentent. Il est donc nécessaire d'adapter leurs géométries et propriétés mécaniques afin de simuler le plus fidèlement possible le comportement biomécanique. L'IRM est l'outil de référence pour la construction de modèle personnalisé tridimentionnel. Cependant, son coût, sa disponibilité et les méthodes de reconstructions limitent son utilisation. Récemment, les développements de la stéréoradiographie, avec le système EOS®, et des techniques ultrasonores, avec l'élastographie ShearWave, ouvrent de nouvelles voies pour la personnalisation des modèles. Le but de ce travail était de proposer une nouvelle méthode pour la construction d'un modèle musculo-squelettique personnalisé, en position érigée, du membre inférieur combinant stéréoradiographie et ultrasons. Tout d'abord, des repères osseux robustes sur images IRM ont été définis pour construire un modèle de référence en position debout. Ensuite, la personnalisation de la géométrie osseuse et de l'enveloppe externe est obtenue par stéréoradiographie. Ces premières informations personnalisées sont utilisées pour estimer la géométrie des muscles. Ce modèle pré-personnalisé est déformé pour correspondre à la géométrie réelle des muscles obtenue par échographie. Cette méthode possède plusieurs avantages. Elle passe outre l'assemblage de coupes échographiques et de supprime la segmentation manuelle complète des coupes. Enfin, un protocole de mesure des propriétés mécaniques par élastographie ShearWave a été présenté. Les propriétés élastiques des muscles du membre inférieur peuvent alors être définies. / The analysis of the behavior of the musculoskeletal system is essential to understand diseases or effectiveness of the sporting gesture. Models, which represent a 50-percentile subject, allow tendencies identification. However, results are limited to the range of people they represent. Their geometry and mechanical properties must be personalized to simulate as closely as possible the biomechanical behavior. MRI is the reference device for the construction of three-dimensional personalized models. However, the cost, the availability and methods of reconstruction limit its use. Recent developments in stereoradiography, with the EOS® system, and in ultrasonic field, with ShearWave elastography, open up new horizons. The aim of this work was to propose a new method for building a personalized musculoskeletal model of lower limb combining stereoradiography and ultrasound, in standing position. First, robust bony frame on MR images were defined to build a reference model. Then, the personalized bones and external envelope geometries were obtained by stereoradiography. This first personalized information was used to estimate muscles geometry. This pre-personalized model was deformed to match the real muscle geometry obtained by ultrasound. This method has several advantages. It overrides the assembly of ultrasound cuts and removes the complete manual segmentation. Finally, a protocol for measuring the mechanical properties ShearWave elastography was introduced. Thus, the muscles elastic properties of the lower limb can then be defined in the model.

La prise en compte de l'équilibre postural global lors de la prise en charge de certaines pathologies rachidiennes peut permettre d'éviter certaines complications biomécaniques. D'autre part, le système EOS™ (EOS™ imaging, Paris) permet l'analyse globale personnalisée de la géométrie du squelette en trois dimensions. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la prise en charge des pathologies rachidiennes en tirant parti des fonctionnalités de cette nouvelle modalité. Dans un premier temps, les outils, méthodes et protocoles nécessaires à une telle évaluation ont été mis en place et validés. Ce dispositif a ainsi permis d'évaluer de manière quantitative la posture par rapport à la ligne de gravité sur 93 patients en routine clinique et de la comparer à celle de 23 sujets sains. Cette première approche a ainsi permis de définir de nouveaux critères pour l'analyse de l'équilibre postural tridimensionnel en routine clinique. L'analyse de l'équilibre chez 25 patients souffrant de sévères troubles posturaux a ensuite permis de proposer un modèle estimant la version pelvienne postopératoire suite à la correction de la courbure rachidienne au moyen d'ostéotomies vertébrales. Une assistance à la décision a été enfin proposée sous la forme d'une méthode de planification chirurgicale de ces interventions. Cette méthode utilise ce modèle de stratégie posturale pour prédire le résultat postopératoire de l'intervention à partir de la configuration géométrique préopératoire du patient et des gestes prévus. Ces travaux ont ainsi confirmé l'intérêt de l'analyse tridimensionnelle globale et proposé des méthodes permettant la prise en compte de ces aspects en routine clinique tout au long de la prise en charge thérapeutique des patients.

La scoliose idiopathique est une déformation tridimensionnelle du tronc, affectant le rachis et la cage thoracique. La stéréoradiographie basse dose EOS permet une analyse personnalisée en 3D de la géométrie du squelette en position debout. L'objectif de cette thèse est d'améliorer l'évaluation quantitative en routine clinique des résultats chirurgicaux, et d'y intégrer l'étude de la morphologie de la cage thoracique. Dans un premier temps, les outils, méthodes et protocoles nécessaires à une telle évaluation ont été mis en place et validés. En particulier, l'incertitude des reconstructions des déformations sévères et des rachis instrumentés a été quantifiée pour la première fois. La méthode a ensuite été appliquée à une série d'adolescents opérés de scoliose thoracique idiopathique par translation postéromédiale. La première partie de l'analyse quantitative a porté sur le rachis instrumenté, en incluant un nouvel axe de référence pour apprécier l'équilibre. Les résultats ont permis d'évaluer la correction obtenue dans le plan axial par cette méthode. La seconde partie de l'étude a porté sur les modifications postopératoires observées au niveau du rachis cervical. Une amélioration de l'alignement sagittal de ce segment non instrumenté, corrélée à la restauration de la cyphose thoracique, a été mise en évidence. La stéréoradiographie a enfin permis de faire une analyse descriptive de la morphologie endo et exothoracique d'un groupe de 80 adolescents suivis pour scoliose thoracique idiopathique, et d'étudier les corrélations entre paramètres quantitatifs thoraciques et rachidiens et épreuves fonctionnelles respiratoires. La méthode de modélisation du thorax a finalement été appliquée pour caractériser les modifications postopératoires. Ces travaux ont ainsi confirmé l'intérêt de l'analyse 3D du rachis et du thorax dans l'évaluation en routine clinique des résultats chirurgicaux de scolioses idiopathiques.

Cette thèse étudie la reconnaissance des émotions à partir de signaux physiologiques dans le contexte des jeux vidéo et la faisabilité de sa mise en œuvre sur un système embarqué. Les défis suivants sont abordés : la relation entre les états émotionnels et les réponses physiologiques dans le contexte du jeu, les variabilités individuelles des réponses psycho-physiologiques et les problèmes de mise en œuvre sur un système embarqué. Les contributions majeures de cette thèse sont les suivantes. Premièrement, nous construisons une base de données multimodale dans le cadre de l'Affective Gaming (DAG). Cette base de données contient plusieurs mesures concernant les modalités objectives telles que les signaux physiologiques de joueurs et des évaluations subjectives sur des phases de jeu. A l'aide de cette base, nous présentons une série d'analyses effectuées pour la détection des moments marquant émotionnellement et la classification des émotions à l'aide de diverses méthodes d'apprentissage automatique. Deuxièmement, nous étudions la variabilité individuelle de la réponse émotionnelle et proposons un modèle basé sur un groupe de joueurs déterminé par un clustering selon un ensemble de traits physiologiques pertinents. Nos travaux mettent en avant le fait que le modèle proposé, basé sur un tel groupe personnalisé, est plus performant qu'un modèle général ou qu'un modèle spécifique à un utilisateur. Troisièmement, nous appliquons la méthode proposée sur un système ARM A9 et montrons que la méthode proposée peut répondre à l'exigence de temps de calcul. / This thesis investigates physiological-based emotion recognition in a digital game context and the feasibility of implementing the model on an embedded system. The following chanllenges are addressed: the relationship between emotional states and physiological responses in the game context, individual variabilities of the pschophysiological responses and issues of implementation on an embedded system. The major contributions of this thesis are : Firstly, we construct a multi-modal Database for Affective Gaming (DAG). This database contains multiple measurements concerning objective modalities: physiological signals (ECG, EDA, EMG, Respiration), screen recording, and player's face recording, as well as subjective assessments on both game event and match level. We presented statistics of the database and run a series of analysis on issues such as emotional moment detection and emotion classification, influencing factors of the overall game experience using various machine learning methods. Secondly, we investigate the individual variability in the collected data by creating an user-specific model and analyzing the optimal feature set for each individual. We proposed a personalized group-based model created the similar user groups by using the clustering techniques based on physiological traits deduced from optimal feature set. We showed that the proposed personalized group-based model performs better than the general model and user-specific model. Thirdly, we implemente the proposed method on an ARM A9 system and showed that the proposed method can meet the requirement of computation time.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.