Cette thèse se déroule dans le cadre d'une étude sur la séparation de sources audio dans un milieu réverbérant. Cette étude est menée par l'ENST d'une part et FTR&D (Lannion) d'autre part.<br /><br />Dans le cadre de notre étude nous avons montré comment effectuer la séparation de sources audio en utilisant une méthode basée sur des algorithmes de décomposition modale (EMD ou ESPRIT). Les avantages de cette approche résident dans le fait qu'elle permet de traiter le cas des mélanges instantanés et convolutifs, et elle nous permet en particulier, de traiter le cas sous-déterminé. Cette approche se base sur le fait que les signaux audio (et particulièrement les signaux musicaux) peuvent être bien modélisés localement par une somme de signaux périodiques. Ces signaux seront donc décomposés en utilisant les algorithmes de décomposition modale et recombinés par classification suivant leurs directions spatiales regroupant ainsi les composantes de chacune des sources. Cette méthode peut être utilisée dans le cas du mélange convolutif sur-déterminé, en lui conjuguant une décomposition en valeurs et vecteurs propres et un critère de parcimonie approprié.<br /><br />Toujours dans le cadre de cette thèse, nous avons montré comment effectuer la séparation de mélange instantané de sources audio dans le cas sous-déterminé en utilisant la propriété de parcimonie des signaux audio dans le domaine temps-fréquence. Nous proposons deux méthodes utilisant différentes transformées dans le domaine temps-fréquence. La première utilise les distributions temps-fréquence quadratiques DTFQ (ou STFD pour "Spatial Time Frequency Distribution"), la deuxième utilise la transformée de Fourier à court terme TFCT (ou STFT pour "Short Time Fourier Transform"). Ces deux méthodes supposent que les sources sont disjointes dans le domaine temps-fréquence ; c'est à dire qu'une seule source est présente dans chaque point temps-fréquence. Nous proposons ensuite de relâcher cette contrainte on supposant que les sources ne sont pas forcément disjointes dans le domaine temps-fréquence. En particulier, le nombre de sources présentent en un point temps-fréquence doit être strictement inférieur au nombre de capteur. Pour effectuer la séparation dans ce cas de figure, on utilise la projection en sous-espace qui permet d'identifier les sources présentent dans chaque point temps-fréquence et de déterminer la valeur correspondante à chaque source. Une contribution sous-jacente est celle d'une nouvelle méthode d'estimation de la matrice de mélange dans le cas sous-déterminé.<br /><br />Dans le même esprit, nous avons introduit une approche basée sur la transformation dans le domaine temps-fréquence pour résoudre le problème de séparation de mélange convolutif de sources audio dans le cas sous-déterminé. Cette approche nécessite une pré estimation du canal de mélange qui sera réalisée en exploitant la propriété de parcimonie temporelle des signaux audio et la structure des canaux acoustiques.<br /><br />Nous avons exploité aussi la propriété de parcimonie des signaux audio dans le domaine temporel. Nous avons proposé une méthode itérative utilisant une technique du gradient relatif qui minimise une fonction de contraste basée sur la norme Lp. Cette norme pour p < 2 (ou même p < 1) est considérée comme une bonne mesure de parcimonie. Les simulations prouvent que la méthode proposée surpasse d'autres méthodes basées sur l'indépendance de source.<br /><br />Pour Finir, nous nous sommes intéressés à une méthode itérative de séparation de sources utilisant les statistiques d'ordre deux (SOS pour Second Ordre Statistics). Les statistiques d'ordre deux des données observées s'avèrent suffisantes pour séparer des sources mutuellement non corrélées à condition que les vecteurs de corrélation temporelles des sources considérés soient linéairement indépendants par paires. En appliquant une technique de gradient naturel, on déduit un algorithme itératif qui possède un certain nombre de propriétés attrayantes, comme sa simplicité et sa généralisation aux cas adaptatifs ou convolutifs. Nous proposons aussi une analyse de performances asymptotique de cet algorithme qui sera validée par plusieurs simulations.

Nous abordons dans cette thèse le problème de la séparation de sources selon un angle novateur à de nombreux niveaux. Ces travaux associent deux domaines du traitement du signal jusqu'alors traités de manière disjointe, la séparation de source et le tatouage numérique. Le procédé mis en place au cours de ces travaux a pour but de permettre à un utilisateur "client" de séparer les différents signaux numériques sources composant un mélange audio à partir de ce seul mélange tatoué. Pour ce faire un marquage du signal est effectué par un utilisateur "fournisseur" avant la fixation du mélange sur son support numérique. Ce marquage consiste en l'insertion sur le signal lui-même d'informations utiles à la séparation, et ceci de façon imperceptible. Le tatouage peut, en principe, être inséré soit sur le mélange, soit sur les signaux sources, qui sont disponibles à l'utilisateur fournisseur. Deux systèmes composent donc ce procédé, un encodeur qui permet à l'utilisateur fournisseur de réaliser la phase de mélange et de marquage, et un décodeur qui permet à l'utilisateur client de contrôler la séparation à partir du mélange. Au cours de cette thèse, il est choisi de tatouer le signal de mélange. Une application cible particulièrement visée est le cas d'un mélange polyphonique (signal de musique) fixé sur un support CD audio. La séparation doit permettre à l'utilisateur client d'effectuer un certain nombre de contrôles (par exemple le volume sonore) sur les différentes composantes de la scène sonore (les différents instruments et voix).

À l’issue de ce travail de thèse, je propose une approche basée sur le formalisme des modèles à base de contraintes, pour étudier la dynamique d’un système métabolique. En associant l’échantillonnage de l’espace des solutions avec l’utilisation d’une contrainte de « faisabilité » entre les périodes de temps considérées, cette approche permet de modéliser la dynamique d’un système métabolique en prenant en compte la variabilité des mesures expérimentales. La contrainte de faisabilité entre les périodes permet de garantir que chaque « trajectoire solution » correspond à une succession de cartes de flux qui conduit à des cinétiques de concentrations cohérentes avec les mesures expérimentales. Les populations de trajectoires solutions générées autorisent différents types d’analyses. D’une part, les répartitions de flux prédites peuvent être utilisées afin d’estimer les répartitions de flux les plus plausibles au sein du réseau étudié. D’autre part, la distribution des concentrations prédites permet d’évaluer le modèle utilisé pour étudier le réseau métabolique. Le fait que cette approche soit basée sur le formalisme de la modélisation à base de contraintes permet, moyennant l’utilisation de l’hypothèse d’état stationnaire du système, d’étudier des réseaux métaboliques de taille relativement grande, et d’utiliser des données expérimentales qui sont aisément mesurables, par exemple les concentrations en biomasse et en métabolites extracellulaires. Cette approche par « trajectoires solutions » a été utilisée afin d’étudier la dynamique du métabolisme de Corynebacterium glutamicum, lorsqu’elle est cultivée en condition de limitation en biotine. Les résultats obtenus ont permis d’une part d’attester du fonctionnement de la méthode, et d’autre part de proposer plusieurs hypothèses quant aux phénomènes biologiques qui ont lieu pendant cette condition particulière de croissance. / In this thesis, I propose an approach based on the formalism of constraint-based models to study the dynamics of a metabolic system. By combining the sampling of the solutions space and the use of a "feasibility" constraint between the considered time periods, this approach allows to model the dynamic of a metabolic system taking into account the variability of experimental measurements. The feasibility constraint between time periods ensures that each "solution trajectory" corresponds to a succession of flux maps which leads to some kinetics of concentrations that are consistent with the experimental measurements. The generation of a population of solution trajectories allows several analyses. On the one hand, the predicted flux maps can be used to estimate the most plausible flux within the network studied. On the other hand, the distribution of predicted concentrations enables to assess the model used for studying the metabolic network. The fact that this approach is based on the formalism of constraint-based modeling allows, using the steady-state assumption of the system, to study metabolic networks of relatively large size, and to use experimental data that are easily measurable, such as biomass concentration and extracellular metabolites concentration. This approach by "solution trajectories" has been used to study the dynamics of the metabolism of Corynebacterium glutamicum, when grown under biotin-limited condition. The results allowed, first, to attest the functioning of the method, and second, to propose several hypotheses about biological phenomena that take place during this particular growth condition.