Les accidents de la circulation, fléau de la société, représentent un sérieux problème de santé. En France, 105980 usagers de la route ont été blessés au cours de l'année 2006, et 4942 tués. La tête représente un des segments corporels les plus vulnérables. <br />Cette thèse est une contribution à l'amélioration de la connaissance du comportement mécanique des os crâniens, en particulier dans le contexte accidentologique. <br />Les mécanismes de fractures du crâne ont été étudiés par un grand nombre de chercheurs. De multiples techniques et approches ont été élaborées pour la modélisation du comportement mécanique des os crâniens ; ces modèles ne permettent cependant pas de pallier aux problèmes de dispersions inter et intra individuelles propres aux sujets humains.<br />Dans un premier temps, selon un protocole expérimental, 289 éprouvettes prélevées sur différentes zones osseuses de 17 calottes crâniennes humaines sont testées en essais de flexion trois points quasi-statiques. La force de rupture obtenue à partir des courbes effort/déplacement représente le paramètre mécanique à prédire dans nos modèles statistiques. A partir de mesures morphométriques obtenues par analyse d'images et tests expérimentaux, 15 paramètres morphométriques et densitométriques sont définis pour chaque éprouvette.<br /> Ensuite, une analyse de données exploratoire multidimensionnelle est réalisée sur le tableau de données préalablement fuzzifiées. Cette analyse a permis de nous orienter sur les liaisons linéaires et non linéaires existant entre les paramètres. Des régressions multiples linéaires et curvilinéaires sont réalisées par ajustement des paramètres jugés pertinents. Les modèles sont choisis par la méthode de validation croisée, et par une étude complète de diagnostic des résidus.<br />L'élaboration de modèles statistiques a permis, selon un sexe et une classe d'âge, de prédire le comportement mécanique de fragments osseux crâniens soumis à des sollicitations de flexion quasi-statique de manière personnalisée.

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La représentation des connaissances et les problèmes d’inférence associés restent à l’heure actuelle une problématique riche et centrale en informatique et plus précisément en intelligence artificielle. Dans ce cadre, la logique propositionnelle permet d’allier puissance d’expression et efficacité. Il reste que, tant que P est différent de NP, la déduction en logique propositionnelle ne peut admettre de solutions à la fois générales et efficaces. Dans cette thèse, nous adressons le problème de satisfiabilité et proposons de nouvelles classes d’instances pouvant être résolues de manière polynomiale.La découverte de nouvelles classes polynomiales pour SAT est à la fois importante d’un point de vue théorique et pratique. En effet, on peut espérer les exploiter efficacement au sein de solveurs SAT. Dans cette thèse, nous proposons d’étendre deux fragments polynomiaux de SAT à l’aide de la propagation unitaire tout en s’assurant que ces fragments demeurent reconnus et résolus de manière polynomiale. Le premier résultat de cette thèse concerne la classe Quad. Nous avons établi certaines propriétés de cette classe d’instances et avons étendu cette dernière de manière à s’abstraire de l’ordre imposé sur les littéraux. Le fragment obtenu en remplaçant cet ordre par différents ordres sur les clauses, conserve lamême complexité dans le pire cas. Nous avons également étudié l’impact de la résolution bornée et de la redondance par propagation unitaire sur cette classe. La seconde contribution concerne la classe polynomiale proposée par Tovey. La propagation unitaire est une nouvelle fois utilisée pour étendre cette classe. Nous comparons le nouveau fragment polynomial obtenu à deux autres classes basées également sur la propagation unitaire : Quad et UP-Horn. Nousapportons également une réponse à une question ouverte au sujet des connexions de ces classes. Nous montrons que UP-Horn et d’autres classes basées sur la propagation unitaire sont strictement incluses dans S Quad qui représente l’union de toutes les classes Quad obtenues par l’exploitation de tous les ordres sur les clauses possibles. / Knowledge representation and reasoning is a key issue in computer science and more particularly in artificial intelligence. In this respect, propositional logic is a representation formalism that is a good trade-off between the opposite computational efficiency and expressiveness criteria. However, unless P = NP, deduction in propositional logic is not polynomial in the worst case. So, in this thesis we propose new extensions of tractable classes of the propositional satisfiability problem. Tractable fragments of SAT play a role in the implementation of the most efficient current SAT solvers, many of thesetractable classes use the linear time unit propagation (UP) inference rule. We attempt to extend two of currently-known polynomial fragments of SAT thanks to UP in such a way that the fragments can still be recognized and solved in polynomial time. A first result focuses on Quad fragments: we establish some properties of Quad fragments and extend these fragments and exhibit promising variants. The extension is obtained by allowing Quad fixed total orderings of clauses to be accompanied with specific additional separate orderings of maximal sub-clauses. The resulting fragments extend Quad without degrading its worst-case complexity. Also, we investigate how bounded resolution and redundancy through unit propagation can play a role in this respect. The second contribution on tractable subclasses of SAT concerns extensions of one well-known Tovey’s polynomial fragment so that they also include instances that can be simplified using UP. Then, we compare two existing polynomial fragments based on UP: namely, Quad and UP-Horn. We also answer an open question about the connections between these two classes: we show that UP-Horn and some other UP-based variants are strict subclasses of S Quad, where S Quad is the union of all Quad classes obtained by investigating all possible orderings of clauses.

Les courbes de Bezier et les courbes splines ont trouve un cadre de présentation simple et naturel avec la notion de floraison d'une fonction polynomiale, telle qu'elle a été présentée dans les travaux de Lyle Ramshaw (1987). Notre but a consiste a étendre cette présentation au cas des surfaces et aussi des variétés de dimension supérieure. Les splines simpliciales sont une généralisation naturelle des b-splines au cas de plusieurs variables. Nous présentons leurs principales propriétés ainsi qu'une définition de différences divisées pour fonctions de plusieurs variables. Un algorithme d'évaluation d'une spline simpliciale est propose et teste. Floraisons et splines simpliciales sont les éléments essentiels d'un nouveau schéma de b-splines introduit par Dahmen, Micchelli et Seidel (1992). Ce schéma est étudié et ses principales propriétés sont présentées. Une grande similarité avec l'étude des courbes est retrouvée

Dans cette thèse nous développons de nouveaux algorithmes de calcul numérique pour les matrices polynomiales. Nous abordons le problème du calcul de la structure propre (rang, espace nul, structures finie et infinie) d'une matrice polynomiale et nous appliquons les résultats obtenus au calcul de la factorisation J-spectrale des matrices polynomiales. Nous présentons également quelques applications de ces algorithmes en théorie de la commande. Tous les nouveaux algorithmes décrits ici sont basés sur le calcul d'espaces nuls constants de matrices bloc Toeplitz associées à la matrice polynomiale analysée. Pour calculer ces espaces nuls nous utilisons des méthodes standard de l'algèbre linéaire numérique comme la décomposition en valeurs singulières ou la factorisation QR. Nous étudions aussi l'application de méthodes rapides comme la méthode généralisée de Schur pour les matrices structurées. Nous analysons les algorithmes présentés au niveau complexité algorithmique et stabilité numérique, et effectuons des comparaisons avec d'autres algorithmes existants dans la littérature.

Le 10ème problème de Hilbert, consistant à trouver les solutions entières d'équations polynomiales est un problème crucial en cryptanalyse. Si ce dernier a été prouvé indécidable, Coppersmith publia en 1996 une méthode basée sur la réduction de réseaux permettant de trouver efficacement l'ensemble des petites solutions de certaines équations polynomiales. De nombreuses applications de cette méthode ont vu le jour dans le domaine de la cryptanalyse à clé publique, notamment lorsque le cryptosystème est exécuté sur un système embarqué et qu'une partie de la clé secrète est dévoilée par la réalisation d'attaques physiques sur le dispositif. Dans ce contexte, nous proposons une attaque physique sur le schéma de signature RSA en mode CRT où une application de la méthode de Coppersmith permet de compléter l'information obtenue par l'attaque physique. Nous proposons également un nouvel algorithme déterministe basé sur la méthode de Coppersmith pour factoriser les entiers de la forme $N=p^rq^s$ en temps polynomial lorsque $r$ ou $s$ sont suffisamment grands. Enfin, si les applications de la méthode de Coppersmith sont nombreuses, en pratique, du fait que les réseaux à réduire soient gigantesques, les petites solutions ne peuvent être retrouvées que jusqu'à une borne qui est plus petite que la borne théorique annoncée. Aussi, une autre contribution de cette thèse consiste en la proposition de deux méthodes permettant une accélération du temps d'exécution de l'algorithme de Coppersmith. Lorsque les deux méthodes sont combinées, le nouvel algorithme s'effectue des centaines de fois plus rapidement pour des paramètres typiques, permettant ainsi dans de nombreux cas d'atteindre la borne théorique. / The 10th Hilbert problem, which consists in finding integer solutions to polynomial equations is a crucial problem in cryptanalysis, which has been proven to be undecidable. However, Coppersmith published in 1996 a method based on lattice reduction, which allows to efficiently find all small solutions to some polynomial equations. Many applications of this method have risen in public key cryptanalysis, especially when the cryptosystem is executed on embedded systems and part of the secret key is revealed through physical attacks performed on the device. In this context, we propose in this thesis a physical attack on the RSA signature scheme when the CRT mode is used, where an application of Coppersmith's method allows to complete the information previously obtained by the physical attack. We also propose a new deterministic algorithm based on Coppersmith's method for factoring integers of the form $N=p^rq^s$ in polynomial time, under the condition that $r$ and/or $s$ are sufficiently large.Finally, if the applications of Coppersmith's method are numerous, in practice, since the lattices to be reduced are huge, the small solutions can only be recovered until a bound which is smaller than the enounced theoretical bound. Thus, another contribution of this thesis lies in the proposition of two methods which allow to speed up the execution time of Coppersmith's algorithm. When both speedups are combined, the new algorithm performs hundreds of times faster for typical parameters, which allows to reach the theoretical bound in many cases.

Ce travail comporte deux parties, l'une théorique et l'autre pratique, et porte sur l'utilisation combinée d'outils combinatoires et algébriques pour la construction et l'analyse de plans d'expérience. Nous nous intéressons en particulier à des caractérisations polynomiales des propriétés d'invariance faible d'un plan expérimental et proposons une définition ainsi qu'un cadre de résolution d'un problème de construction de type polynomial à l'aide de la géométrie algébrique réelle et du lien entre l'optimisation semi-définie positive et le théorème des zéros réels. Nous nous intéresserons ici également à la méthodologie des surfaces de réponse et plus particulièrement à la propriété d'isovariance statistique, ce qui nous amène à étudier plus particulièrement des plans dont le support est inclus dans une sphère. Les principaux avantages de l'approche développée dans ce travail sont sa grande généralité, son automatisation et l'obtention des coordonnées exactes des points support du plan ce qui permet une détermination complète des confusions d'effets contrairement à la construction numérique de plans d'expérience euclidiens qui ne permet pas l'analyse exacte des confusions d'effets qui apparaissent nécessairement lorsque nous nous intéressons à des plans euclidiens de petite taille. Or une connaissance précise des confusions d'effets est nécessaire pour rendre possible l'utilisation de modèles polynomiaux qui ne seront plus limités au degré 2 comme c'est trop souvent le cas dans la théorie et dans la pratique. De nombreux exemples de construction de plans isovariants, l'étude de leurs caractéristiques ainsi que les programmes ayant permis d'obtenir ces résultats sont également présentés.

La modélisation et l'identification floues de systèmes avec de multiples entrées et une seule sortie (MISO), non linéaires, non stationnâmes et avec perturbations sont présentés. A cet effet, des techniques d'apprentissage floues sont utilisées. C'est ainsi qu'un modèle est mis en place à partir des mesures d'un système bio-climatique, qui concerne l'étude d'une serre expérimentale de l'Université du Sud Toulon Var (USTV) en France. L'analyse multi-modèles est utilisée, avec la structure de règles floues proposée par Takagi-Sugeno-Kang (TS), où les prémisses des règles sont identifiées au moyen de l'algorithme flou de C-Means. La démarche d'apprentissage local et global est introduite pour identifier les paramètres linéaires des conséquences des règles floues. Ainsi, des modèles flous TS sont obtenus avec une démarche pluri-objectif. Dans le cadre de la technique de la modélisation et de F identification floues TS, le développement d'un algorithme est détaillé, pour modéliser des systèmes SISO, pour lesquels l'algorithme flou de Gustafson-Kessel (G-K) sera mis en oeuvre afin d'identifier les prémisses des règles floues. L'innovation réside dans le fait que les conséquences des règles floues sont des polynômes d'ordre cubique. Enfin, avec la technique LMI et avec un modèle développé pour un système bio-climatique, la synthèse d'un contrôleur stable avec l'approche de Lyapunov qui régule le chauffage de la serre, est réalisée pour maintenir le paramètre VPD dans un domaine fiable pour la plantation.

Dans ce mémoire, nous nous focaliserons sur un type de matrices particulier : les matrices polynomiales de Laurent, dont les éléments sont des polynômes de Laurent, c'est à dire des polynômes avec des puissances positives et négatives de la variable $z$. Ce type de polynômes ne peut être associé à un filtre causal mais il se rencontre notamment lorsqu'on étudie le spectre de signaux à temps discret en sortie de filtre à réponse impulsionnelle finie. Nous commencerons par présenter les propriétés des polynômes de Laurent, puis des matrices polynomiales de Laurent. Nous définirons notamment la L-forme de Smith qui est une extension de la forme de Smith classique, et donnerons une définition précise du degré et l'ordre de ces matrices (notions parfois confondues dans la littérature). Nous étudierons plus particulièrement les matrices para-hermitiennes et para-unitaires qui sont des matrices respectivement égales à leur matrice para-conjuguée ou dont l'inverse est égale à la para-conjuguée. Nous nous attacherons à développer leurs propriétés particulières en terme de degré notamment, et de factorisation. Lors de l'étude des systèmes et en traitement du signal, de nombreuses factorisations de matrices à coefficients constants interviennent: factorisations QR (à l'aide d'une matrice orthogonale et d'une matrice triangulaire), LU (à l'aide de deux matrices triangulaires: une inférieure et une supérieure), SVD (décompositions en valeurs singulières à l'aide de deux matrices unitaires), EVD (décompositions en valeurs propres-vecteurs propres). En particulier, le théorème spectral montre que toute matrice hermitienne est diagonalisable à l'aide d'une matrice unitaire, c'est-à-dire que les matrices intervenant dans l'EVD sont des matrices unitaires. La factorisation de Cholesky d'une matrice hermitienne définie positive se fait quant à elle à l'aide d'une matrice triangulaire et de sa transposée conjuguée. Ces factorisations ne peuvent pas s'étendre simplement aux matrices polynomiales car les coefficients de ces matrices n'appartiennent pas à un corps mais à un anneau (celui des polynômes de Laurent). De plus, certaines propriétés, comme par exemple la positivité, ne peuvent s'entendre que sur le cercle unité. Nous montrerons que dans le cas général, une décomposition EVD dont tous les termes sont polynomiaux pour une matrice para-hermitienne définie positive sur le cercle unité n'existe pas, mais qu'on peut presque-diagonaliser ces matrices à l'aide de matrices para-unitaires continues sur le cercle unité. Enfin, nous montrerons quel rôle jouent les factorisations des matrices para-unitaires dans l'égalisation aveugle de systèmes convolutifs multivariables.

La classe des systèmes non-linéaires dont la dynamique est définie par un champ de vecteurs polynomial est étudié. Des modèles polynomiaux peuvent représenter différents systèmes réels ou bien definir des approximations plus riches que des modèles linéaires pour des systèmes non-linéaires différentiables. Des techniques de programmation semi-définie développées récemment ont rendu possible l'étude de cette classe de systèmes avec des outils numériques. Le problème d'analyse en stabilité locale est résolu via des conditions basées sur la positivité de polynomes. Dans le cadre de la synthèse de lois de commande nous proposons un changement de variables linéaire pour traiter la synthèse de lois de commande non-linéaire qui garantissent la stabilité locale. Les ensembles définissant des estimations de la région d'attraction, définis par des courbes de niveau de la fonction de Lyapunov pour le système, sont également donnés par des fonctions polynomiales.