Résumé : L’expansion des images sur le Web a provoqué le besoin de mettre en œuvre des méthodes de classement d’images précises pour plusieurs applications notamment la cybersécurité. L’extraction des caractéristiques est une étape primordiale dans la procédure du classement des images vu son impact direct sur la performance de la catégorisation finale des images et de leur classement. L’objectif de cette étude est d’analyser l’état de l’art des différents espaces de caractéristiques pour évaluer leur efficacité dans le contexte de la reconnaissance de forme pour les applications de cybersécurité. Les expériences ont montré que les descripteurs de caractéristiques HOG et GIST ont une performance élevée. Par contre, cette dernière se dégrade face aux transformations géométriques des objets dans les images. Afin d’obtenir des systèmes de classement d’image plus fiables basés sur ces descripteurs, nous proposons deux méthodes. Dans la première méthode (PrMI) nous nous concentrons sur l’amélioration de la propriété d’invariance du système de classement par tout en maintenant la performance du classement. Dans cette méthode, un descripteur invariant par rapport à la rotation dérivé de HOG est utilisé (RIHOG) dans une technique de recherche "top-down" pour le classement des images. La méthode (PrMI) proposée donne non seulement une robustesse face aux transformations géométriques des objets, mais aussi une performance élevée similaire à celle de HOG. Elle est aussi efficace en terme de coût de calcul avec une complexité de l’ordre de O(n). Dans la deuxième méthode proposée (PrMII), nous nous focalisons sur la performance du classement en maintenant la propriété d’invariance du système de classement. Les objets sont localisés d’une façon invariante aux changement d’échelle dans l’espace de caractéristiques de covariance par région. Ensuite elles sont décrites avec les descripteurs HOG et GIST. Cette méthode procure une performance de classement meilleure en comparaison avec les méthodes implémentées dans l’étude et quelques méthodes CBIR expérimentées sur les données Caltech-256 dans les travaux antérieurs. // Abstract : The tremendous growth of accessible online images (Web images), provokes the need to perform accurate image ranking for applications like cyber-security. Fea­ture extraction is an important step in image ranking procedures due to its direct impact on final categorization and ranking performance. The goal of this study is to analyse the state of the art feature spaces in order to evaluate their efficiency in the abject recognition context and image ranking framework for cyber-security applications. Experiments show that HOG and GIST feature descriptors exhibit high ranking performance. Whereas, these features are not rotation and scale invariant. In order to obtain more reliable image ranking systems based on these feature spaces, we proposed two methods. In the first method (PrMI) we focused on improving the invariance property of the ranking system while maintaining the ranking perfor­mance. In this method, a rotation invariant feature descriptor is derived from HOC (RIHOC). This descriptor is used in a top-down searching technique to caver the scale variation of the abjects in the images. The proposed method (PrMI) not only pro­ vides robustness against geometrical transformations of objects but also provides high ranking performance close to HOC performance. It is also computationally efficient with complexity around O(n). In the second proposed method (PrMII) we focused on the ranking performance while maintaining the invariance property of the ranking system. Objects are localized in a scale invariant fashion under a Region Covariance feature space, then they are described using HOC and CIST features. Finally to ob­ tain better evaluation over the performance of proposed method we compare it with existing research in the similar domain(CBIR) on Caltech-256. Proposed methods provide highest ranking performance in comparison with implemented methods in this study, and some of the CBIR methods on Caltech-256 dataset in previous works.

En élaborant la théorie de la sélection sexuelle, Darwin a levé le voile sur les causes de l’évolution de traits extravagants plus souvent observés chez les mâles, comme la coloration du plumage chez les oiseaux. Un des mécanismes proposés pour expliquer l’évolution des couleurs vives chez les mâles est la fonction de signal de condition. Les mâles pourraient donc être préférés par les femelles puisque celles-ci obtiendraient des bénéfices directs, comme un meilleur territoire, ou des bénéfices indirects, tels que de bons gènes pour leurs oisillons. La sélection sexuelle de l’iridescence, un mode de coloration répandu chez les oiseaux, est encore peu documentée à ce jour. L’iridescence est un mécanisme de coloration directionnel, c’est-à-dire qu’il occasionne un changement de brillance avec un mouvement de l’animal. Cette propriété unique à l’iridescence amène une difficulté de quantification qui a longtemps limité son étude. Le but de mon projet était donc, dans un premier temps, de fabriquer un appareil de mesure répétable de l’iridescence déjà publié dans la littérature afin de le tester chez l’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor). Dans un deuxième temps, j’ai vérifié si l’iridescence des mâles Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor) influençait leur succès reproducteur. Grâce à l’appareil de mesure, j’ai pu montrer qu’il y avait des différences individuelles dans la directionnalité de l’iridescence. De plus, j’ai pu établir que ces différences étaient reliées au nombre de jeunes dans le couple du mâle. Cette variable, pour la première fois associée au succès reproducteur, pourrait jouer un rôle dans le signalement de la capacité à donner des soins parentaux. De plus, les mâles brillants avaient un avantage pour les paternités hors couple, mais seulement dans les sites à faible densité de reproducteurs. Une forte densité de reproducteurs pourrait limiter le choix de la femelle, possiblement en raison de l’agressivité des mâles ou du coût énergétique cumulatif de refuser des copulations hors couple. Globalement, j’ai non seulement montré que l’iridescence est un signal à composantes multiples pouvant jouer un rôle dans les deux constituantes du succès reproducteur, mais aussi que les conditions de compétition représentées par la densité de reproducteurs sont importantes à considérer pour avoir un portrait plus précis des patrons de sélection. Mon projet de recherche amène ainsi une meilleure compréhension de la sélection sexuelle en milieu naturel.

Les changements environnementaux actuels entrainent des modifications importantes dans les pressions de sélection qui agissent sur les populations naturelles. Cependant, la capacité de réponse des populations à ces modifications et l’importance relative des différents mécanismes comme la plasticité phénotypique et les changements de la composition génétique des populations restent encore trop peu connus. L’objectif général de ma thèse était donc d’évaluer les rôles de la plasticité phénotypique et de la variation génétique sur le potentiel évolutif en population naturelle. Pour ce faire, j’ai utilisé comme modèle d’étude l’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor), un passereau migrateur qui est suivi dans le Sud du Québec depuis 2004 dans un environnement hétérogène. Dans un premier temps (chapitre 2), j’ai évalué les déterminants environnementaux de la date de ponte et évalué leurs effets à des niveaux individuels et populationnels de plasticité phénotypique. Comme observé chez de nombreuses espèces aviaires, la température avait un effet important sur la synchronisation de la ponte, similaire au niveau individuel et populationnel, avec les dates de ponte plus hâtive lorsque les températures étaient plus chaudes. Par contre, ces relations semblaient contraintes par la densité locale d’hirondelles, considérée dans ce système d’étude comme un indice de la qualité de l’environnement. Plus précisément, les réponses plastiques à la température étaient moins prononcées à faible densité, c’est-à-dire dans les habitats plus contraignants. Ces résultats suggèrent donc que malgré la présence de plasticité phénotypique chez une espèce donnée, son efficacité pour pallier les changements climatiques peut être inégale entre les populations. Dans un deuxième temps (chapitre 3), je me suis intéressée à 4 gènes candidats liés à la phénologie (CLOCK, NPAS2, ADCYAP1 et CREB1) montrant de la variation de type courtes répétitions en tandem, et à leur relation avec deux traits phénologiques, la date de ponte et le temps d’incubation. Ces analyses ont montré plusieurs relations entre la variation observée à ces gènes et celle des traits phénologiques étudiés, dans la plupart des cas en interaction avec des variables environnementales (densité locale, latitude ou température printanière). Par exemple, les femelles avec en moyenne des allèles plus courts au gène CLOCK pondaient plus tôt que celles avec des allèles plus longs, une relation plus marquée à densité locale élevée. Les différents résultats suggèrent l’importance que peuvent prendre les interactions génotype-environnement, qui sont rarement prises en compte dans les études de gènes candidats, et qui pourraient expliquer une partie des résultats discordants entre les celles-ci. Dans un troisième temps (chapitre 4), j’ai vérifié la faisabilité d’une étude en génétique quantitative avec les données récoltées dans le système d’étude utilisée, caractérisé par un fort taux de reproduction hors couple et un faible recrutement des oisillons. Plus précisément, j’ai testé à l’aide de données empiriques et simulées la précision et l’exactitude des estimations d’héritabilité et de corrélations génétiques pour trois types de traits, morphologiques, reproducteurs et d’oisillons. Les résultats suggéraient un manque de précision important pour les traits morphologiques et reproducteurs, de même que des biais considérables lors de l’utilisation du pédigrée social plutôt que du pédigrée génétique. Ces analyses révèlent entre autres l’utilité des simulations pour tester adéquatement la faisabilité d’une étude en génétique quantitative sur une population donnée. Dans une dernière étude (chapitre 5), j’ai documenté les effets de l’hétérogénéité environnementale et de l’utilisation de différentes approches de génétique quantitative sur les prédictions de réponses évolutives en population naturelle. Plus particulièrement, cette étude s’est concentrée sur trois traits morphologiques (masse, longueur de l’aile et du tarse) mesurés à différents moments au cours du développement des oisillons. Les différentes analyses ont montré une sélection plus forte à faible densité locale pour la masse à 12 jours ainsi que des variations dans les composantes de variances phénotypiques selon la qualité de l’environnement (densité locale faible ou élevée) pour la plupart des combinaisons trait-âge étudiées. Il en résultait une tendance à des réponses évolutives prédites plus grandes à faible densité locale. Par contre, les prédictions obtenues avec l’équation du reproducteur et le second théorème de la sélection différaient fréquemment, et contrastaient grandement avec les tendances phénotypiques observées. En somme, les résultats de ma thèse suggèrent que les possibilités d’ajustement aux changements environnementaux par la plasticité phénotypique et d’adaptation par des changements génétiques entre les générations peuvent varier selon l’environnement expérimenté par une population. Mes recherches contribuent à une meilleure compréhension des facteurs et mécanismes influençant la persistance à long terme des populations naturelles face aux modifications dans les pressions de sélection.

La connectivité fonctionnelle est reconnue pour altérer la fréquence des rencontres entre les individus et potentiellement affecter les coûts en lien avec la recherche de partenaires sexuels. La structure du paysage peut conséquemment engendrer de la variation dans le succès reproducteur des individus et par le fait même, modifier les opportunités de sélection sexuelle. Le but de cette étude était d’identifier l’influence de la structure du paysage sur les patrons de paternités hors couple (EPP) chez l’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor), un insectivore aérien en déclin depuis environ 30 ans au Québec. Plus précisément, il était question d’évaluer l’importance relative de la disponibilité spatiotemporelle des partenaires potentiels, de la perméabilité de l’environnement aux mouvements, des caractéristiques individuelles, et des interactions entre certaines de ces variables sur la probabilité qu’un mâle fertilise une femelle, sur le nombre de mâles hors couple ayant fertilisé une femelle et enfin, sur le nombre de jeunes hors couple produits par une femelle. Pour se faire, une approche spatialement explicite basée sur la théorie des circuits a été employée. La collecte de données s’est faite sur 8 saisons de reproduction au sein d’un réseau de 40 fermes (10 nichoirs/ferme) situé le long d’un gradient d’intensification agricole de manière à ce que les individus se retrouvent dans des conditions socioécologiques contrastées. Selon les résultats obtenus, la densité de partenaires potentiels non locaux (i.e. hors ferme, mais au sein d’un rayon de 15 km) a eu un effet négatif sur la probabilité que deux individus produisent des jeunes hors couple, probablement à cause de l’effet de dilution entre compétiteurs. Cette même variable a également induit une augmentation du nombre de pères hors couple non locaux et de leurs jeunes dans une couvée donnée, mais seulement lorsque la résistance aux déplacements était faible. La densité locale a pour sa part eu l’effet inverse, ce qui laisse penser que les femelles auraient tendance à se contenter de leurs voisins immédiats quand les coûts de recherche dans le paysage sont trop élevés en comparaison à ce qui est disponible à proximité. Quant aux caractéristiques individuelles, leurs effets semblent négligeables à l’exception faite de la charge parasitaire moyenne des mâles locaux, laquelle pousserait les femelles à chercher des mâles en dehors de la ferme lorsqu’elle est élevée. Ce facteur ne représente toutefois pas seulement un indice potentiel de la qualité des jeunes produits par ces mâles, mais aussi un risque direct de transmission de parasites lors de copulations hors couple. Somme toute, il semble que les patrons de EPP soient davantage affectés par les variables du paysage que par la morphologie et la condition physique des individus. Ces découvertes sont d’un intérêt particulier puisque la compréhension des effets de l’écologie sur les paternités hors couple est essentielle pour une meilleure connaissance de la sélection sexuelle, des stratégies d’appariement et par le fait même, des processus évolutifs. De plus, identifier le rôle joué par le paysage dans les stratégies sexuelles pourrait aider à élaborer des plans de conservation appropriés pour les espèces dont le déclin est attribuable à des changements dans l’environnement.

La transcétolase (TK) permet de synthétiser des cétoses D-thréo par formation stéréospécifique d'une liaison C-C. L'objectif de ces travaux vise à modifier la spécificité de substrat de la TK de Saccharomyces cerevisiae par mutagenèse afin d'élargir le potentiel synthétique aux aldoses D-thréo et cétoses L-érythro. Notre stratégie a consisté à créer des banques de TK mutées à partir de courtes séquences du gène TKL1 (identifiées d'après la structure 3D) qui ont été dégénérées grâce à une approche de type "cassette mutagenesis". Pour identifier les TK recherchées, nous avons développé un test de sélection in vivo basé sur l'auxotrophie vis-à-vis d'un acide aminé. Dans ce but, nous avons synthétisé des sondes appropriées comportant un motif reconnu par la TK naturelle (cétose D-thréo) ou par les TK mutées recherchées (cétose L-érythro ou aldose D-thréo) et la chaîne latérale d'un acide aminé (alanine, valine leucine, méthionine, thréonine). La faisabilité de ce test a été étudiée en présence des composés cétose D-thréo et de la TK sauvage. In vitro, nous avons montré que ces différents composés sont des sustrats de la TK. Pour le développement du test de sélection in vivo dans E. coli, les substrats précurseurs de la leucine et la méthionine ont été retenus en raison de la stabilité de l'auxotrophie pour ces acides aminés. Les meilleurs taux de croissance ont été obtenus avec la sonde cétose D-thréo précurseur de la méthionine.

La cognition se réfère aux mécanismes par lequel l'animal perçoit, apprend, mémorise et agit selon les informations auquel il est confronte dans son environnement. Les animaux on chacun leur propre monde sensoriel et il est primordial qu'ils s'y adaptent en développant des compétences spécialisées en fonction des informations sensorielles qui lui sont le plus utile. Il en est de même des informations qu'il est utile de stocker afin de pouvoir les utiliser ultérieurement. Les mécanismes sous-jacents à ces processus d'adaptation comportementale sont lies à la plasticité du système. Comment cette plasticité permet la mise en place de modules adaptatif reste actuellement une question sans complète explication. Le thème de cette thèse porte sur la plasticité et la modularité des capacités d'apprentissage et de mémoire olfactive chez Drosophila melanogaster. Dans la nature, la drosophile est confrontée à des environnements sensoriels complexes comprenant plusieurs stimuli sensoriels qu'elle doit associées à des renforcements négatifs ou positifs selon les conditions. En laboratoire il est possible de reproduire ce genre d'événement et j'ai ainsi pu tester le niveau d'adaptation des drosophiles à différent niveaux de traitement de l'information. Je démontre dans ce manuscrit que l'adaptation se produit à différents niveaux que ce soit la perception de l'information, les mécanismes de stockage des informations pertinentes et aussi la mise a jour de mémoires qui ne sont plus utiles. Ces processus ont révèle l'existence de modules cognitifs plus ou moins spécialisés qui permettent a l'animal de s'adapter spécifiquement a son milieu. De plus, la réalisation d'une sélection artificielle sur les compétences à stocker les informations révèle l'implication de l'évolution dans la mise en place de ces modules.

Par définition le déséquilibre de liaison (Linkage Disequilibrium, LD) décrit les associations préférentielles entre allèles de deux locus. Ce concept est devenu un outil indispensable pour la cartographie fine de locus quantitatifs (QTL), par l'identification de déséquilibres d'associations entre allèles à un locus marqueur (ou à un ensemble de locus marqueurs) et à un locus impliqué dans la variation d'un caractère quantitatif. La création et l'intensité du LD sont dépendantes des forces évolutives qui ont construit la population. Parmi ces forces, la dérive génétique et la sélection sont particulièrement actives dans les populations d'animaux de rente. Cette thèse a pour but d'étudier l'influence de la sélection sur la structure du déséquilibre de liaison autour d'un locus quantitatif, ainsi que son impact sur la précision de cartographie fine des QTL. Un logiciel de simulation de populations a été développé dans le cadre de la thèse. A partir d'une population en équilibre de liaison, il permet de générer du LD dans des générations dites historiques, grâce à différentes forces évolutives. La détection de QTL est appliquée aux générations suivantes, de généalogie connue. Pour ces dernières générations, les principaux dispositifs de détection de QTL de génétique animale sont décrits dans le simulateur. Les données exploitées dans cette thèse sont issues de ce logiciel. Le LD a été mesuré par le D' et le

Depuis 1991, année de mon recrutement au CNRS, mon activité de recherche est centrée sur l'étude d'une famille d'enzymes intervenant dans la biosynthèse protéique : les aminoacyl-tRNA synthétases. Mon travail s'est articulé autour de l'étude de leur organisation fonctionnelle et de la compréhension des bases moléculaires de la reconnaissance spécifique entre ces enzymes et leurs substrats. Des approches multidisciplinaires (biologie moléculaire, biochimie, cristallographie aux rayons X, enzymologie et génétique) ont été mises en œuvre pour une exploration globale de ces problèmes. Nous avons pu progresser dans la connaissance de deux enzymes modèles : l'aspartyl-tRNA synthétase et l'arginyl-tRNA synthétase, deux enzymes appartenant respectivement à la classe II et à la classe I des aminoacyl-tRNA synthétases. Nous avons localisé les sites de fixation des différents substrats, proposé des mécanismes catalytiques et sélectionné in vivo des variants d'aminoacyl-tRNA synthétases et de tRNAs aux propriétés de reconnaissance modifiées.

La majorité des systèmes de reconnaissance d'états affectifs est entrainée sur des données artificielles hors contexte applicatif et les évaluations sont effectuées sur des données pré-enregistrées de même qualité. Cette thèse porte sur les différents défis résultant de la confrontation de ces systèmes à des situations et des utilisateurs réels.Pour disposer de données émotionnelles spontanées au plus proche de la réalité, un système de collecte simulant une interaction naturelle et mettant en oeuvre un agent virtuel expressif a été développé. Il a été mis en oeuvre pour recueillir deux corpus émotionnels, avec la participation de près de 80 patients de centres médicaux de la région de Montpellier, dans le cadre du projet ANR ARMEN.Ces données ont été utilisées dans l'exploration d'approches pour la résolution du problème de la généralisation des performances des systèmes de détection des émotions à d'autres données. Dans cette optique, une grande partie des travaux menés a porté sur des stratégies cross-corpus ainsi que la sélection automatique des meilleurs paramètres. Un algorithme hybride combinant des techniques de sélection flottante avec des métriques de similitudes et des heuristiques multi-échelles a été proposé et appliqué notamment dans le cadre d'un challenge (InterSpeech 2012). Les résultats de l'application de cet algorithme offrent des pistes pour différencier des corpus émotionnels à partir des paramètres les plus pertinents pour les représenter.Un prototype du système de dialogue complet, incluant le module de détection des émotions et l'agent virtuel a également été implémenté.

Le virus de l'hépatite delta humaine (VHD) est un pathogène infectieux qui est associé à une hépatite fulminante chez l'humain. Ce virus possède un génome circulaire d'ARN simple brin comportant deux régions auto-catalytiques (ribozymes). Ce travail a pour but d'étudier le mécanisme moléculaire ainsi que le sentier de repliement tridimensionnel subit par ce ribozyme au cours de l'événement de coupure. Afin d'atteindre ce but, nous avons identifié toutes les interactions incluant les bases des ribonucléotides composant le coeur catalytique de ce ribozyme. Pour ce faire, nous avons utilisé l'approche de sélection in vitro (SELEX). Malgré son utilisation commune pour l'étude du ribozyme VHD, l'approche de SELEX n'a jamais donné de résultats concluants au sujet de la tectonique de ce ribozyme pendant l'événement de coupure. Ceci est dû au fait que dans toutes les analyses précédentes, le site catalytique du ribozyme n'a jamais été totalement dégénéré. Par conséquent, nous avons développé une stratégie de SELEX unique qui nous a permis de dégénérer la presque totalité du site catalytique et de sélectionner tous les ribozymes actifs existant dans la librairie combinatoire. Au contraire des stratégies de sélection basées sur l'utilisation du ribozyme en trans, la stratégie que nous avons développée est basée sur l'utilisation du ribozyme en cis. Cette stratégie nous a permis de dégénérer des nucléotides de la tige P1 connus pour être étroitement impliqués dans des interactions tertiaires avec des nucléotides du site catalytique. La preuve initiale du concept a été réalisée en dégénérant les six nucléotides formant la jonction entre la tige P4 et la tige P2 (J4/2). Les ribozymes sélectionnés après quatre cycles d'enrichissement possédaient une activité de coupure comparable à celle du ribozyme de type sauvage. Ce résultat montre que la stratégie développée est, non seulement fonctionnelle, mais aussi très efficace. La stratégie a ensuite été utilisée pour sélectionner des variants actifs du ribozyme à partir d'une librairie combinatoire contenant plus de 7.5x10[indice supérieur 15] mutants différents. Après 13 cycles de sélection, la population de ribozymes actifs commençait à être détectable. L'analyse des mutants sélectionnés a révélé une très faible variabilité entre les séquences. Ceci constituait une entrave pour l'étape suivante qui consiste à analyser la covariation des nucléotides dégénérés afin de définir le réseau des interactions tertiaires qui réunit ces nucléotides et qui est à l'origine de sa structure tridimensionnelle. La faible variabilit des séquences sélectionnées est due à la dominance des variants les plus actifs camouflant ainsi ceux qui étaient moins actifs. Face à cette situation, nous avons fait un réajustement de notre stratégie de sélection afin d'éviter cette dominance et de donner à tous les ribozymes actifs la même chance d'être amplifié. Nous avons recommencé la sélection en utilisant les nouveaux réajustements et le séquençage de plus de 500 clones a été réalisé, nous conduisant à 150 ribozymes de séquences différentes. Nous avons développé par la suite un programme informatique qui nous a permis d'analyser la covariation des nucléotides aux positions dégénérées. Les résultats de cette analyse de covariation sont en parfaite concordance avec la structure secondaire du ribozyme VHD antigénomique. En effet, toutes les paires de bases de type Watson-Crick, Wobble et homopurine ont été confirmées à l'exception de la paire de base C19-G81 au bas de la P2. L'analyse bioinformatique suggérait une faible covariation entre ces deux nucléotides et montre une forte interaction entre le C19 et le G80. Cette interaction a été prouvée par cartographie enzymatique et chimique. Bien que cette nouvelle interaction engendre un changement minime dans la structure secondaire du ribozyme VHD antigénomique, ce changement est très significatif. En effet, suite à cette interaction, la nouvelle structure secondaire du ribozyme antigénomique se rapprochait étonnamment de celle du ribozyme de version génomique, suggérant ainsi un lien phylogénique entre ces deux ribozymes. Le ribozyme VHD est naturellement actif dans les cellules humaines (les hépatocytes), mais son utilisation comme outil de thérapie génique fait toujours face à un problème majeur de spécificité. Afin de résoudre ce problème et de mieux contrôler ce ribozyme au niveau cellulaire, nous avons tenté de remodeler ce ribozyme pour le transformer en un ribozyme allostérique, toujours en utilisant la stratégie de sélection in vitro. Nous avons choisi comme cofacteur la protéine tat du VIH. Dans ce système où le cofacteur est une molécule de la cible, le ribozyme allostérique va avoir non seulement un gain de spécificité mais deviendra auto-inductible par sa cible, exactement à la manière d'un anticorps. En résumé, ce travail a permis de jeter un nouveau regard sur le site catalytique du ribozyme VHD tout en poussant la méthode de SELEX à un nouvel extrême.