Lorsqu’un mouvement est répété à plusieurs reprises, certaines différences subtiles peuvent être observées entre les répétitions de ce mouvement. Cette variabilité du mouvement et ses implications ont reçu beaucoup d’attention dans le domaine de la biomécanique, mais moins dans le domaine de la performance pianistique. En se basant sur les connaissances acquises dans le domaine de la biomécanique, cette revue exploratoire avait pour but de rassembler les informations recueillies jusqu’à présent quant à la variabilité de la performance pianistique en un seul document afin d’élucider certains enjeux : (i) quels outils techniques et méthodes d’analyse ont été employés afin de mesurer la performance pianistique et sa variabilité ; (ii) quelle est l’influence de l’expertise sur cette variabilité et ; (iii) combien d’essais devraient être employés dans un protocole de recherche afin d’obtenir une évaluation fiable de la performance pianistique. À l’aide des données récoltées, cette revue offre plusieurs recommandations aux chercheurs tenant à prendre en compte l’impact de la variabilité du mouvement et identifie les lacunes dans notre compréhension de la variabilité afin de proposer certaines avenues de recherche futures. Cette thèse démontre l’importance de conduire plus d’enquêtes sur la variabilité de la performance pianistique qui pourront contribuer à notre compréhension du système neuromusculaire et des processus cognitifs qui gouvernent la performance, ainsi qu’à l’implémentation de protocoles de recherche plus robustes.

Dans cette thèse on s'intéresse à l'étude mathématique et numérique de modèles à frontières libres intervenant en physique et en biologie. Dans une première partie on considère un modèle de carbonatation des bétons armés. Ce modèle unidimensionnel est composé d'un système d'équations paraboliques de type réaction-diffusion défini sur un domaine où une interface est fixe et l'autre mobile. Cette interface mobile est solution d'une équation différentielle ordinaire et évolue au cours du temps suivant une loi en racine de t. Dans un premier temps, on définit pour ce modèle un schéma numérique de type volumes finis implicite/explicite en temps et on prouve la convergence de ce schéma. Dans un second temps, on construit un schéma volumes finis complètement implicite permettant de démontrer la propagation en racine de t de l'interface mobile au niveau discret. On s'intéresse ensuite à un système de diffusion croisée modélisant la croissance de biofilms. On introduit un schéma numérique de type volumes finis préservant la structure de flot de gradient du modèle. On prouve alors l'existence de solutions et la convergence du schéma. Enfin, on établit via des outils du transport optimal et du calcul des variations un résultat d'existence pour un modèle jouet de corrosion à frontière libre. Nous essayons par l'introduction de ce problème de mieux comprendre la structure du modèle DPCM (Diffusion-Poisson-Coupled-Model), également défini sur domaine mobile, décrivant la corrosion d'un baril métallique placé dans un milieu argileux (conditions de stockage des déchets nucléaires) et pour lequel il n'existe aucun résultat d'existence. / This thesis deals with the numerical and mathematical study of models with free boundaries coming from physics and biology. In the first part, we consider a model which describes the carbonnation phenomena in reinforced concrete. The model involves a system of 1D-parabolic equation of reaction diffusion type defined on a domain with a moving boundary. The motion of this interface is governed by an ordinary differential equation and it increases asymptotically as a square root of t for large times. We first introduce a Finite Volume numerical scheme for the model with implicit/explicit time discretization and we prove its convergence. Next, we build a fully implicit scheme for which we are able to establish the behavior in square root of t of the interface in this discrete setting. In a second part, we study a cross-diffusion system modeling the expansion of some biofilms. We introduce a numerical scheme of Finite Volumes type which preserves the gradient flow structure of the model. We establish the existence of solutions to the scheme and its convergence towards a solution to the original model. Eventually, we consider a toy model derived from a more complete model called DPCM (Diffusion-Poisson-Coupled-Model). The later describes the corrosion of (nuclear waste) containers made of iron and stored in clay soil. Again the model involves a free boundary whose position is part of the unknowns. Using tools from Optimal Transport Theory and Calculus of Variations, we establish the existence of a solution to the model. This is a first step towards the study of DPCM for which no such result is availiable.

La conception de systèmes embarqués devient de plus en plus complexe. Ces systèmes sont hétérogènes dans le sens où ils nécessitent l’intégration de composants décrits au moyen de plusieurs disciplines scientifiques, par exemple, l’électricité, l’optique, la thermique, la mécanique, la chimie ou la biologie. De plus, ces disciplines peuvent être représentées dans des domaines temporels différents, par exemple, le domaine des événements discrets, celui du temps discret, ou celui du temps continu. Face à cette situation, les concepteurs ont besoin d’outils de modélisation et de simulation efficaces pour décrire le comportement d’un système hétérogène dans un environnement de simulation unique. Nous examinons la possibilité de modéliser, de simuler et de synchroniser les systèmes multi-disciplines dans le même environnement, en utilisant comme référence la norme de simulation « SystemC Analog/Mixed-Signal (AMS) ». Nous analysons la méthode introduite par SystemC AMS pour synchroniser le domaine des événements discrets avec celui du temps discret, et nous identifions ses inconvénients. Nous proposons une formalisation du problème de synchronisation qui permet de détecter les problèmes existants dans un modèle avant la simulation. Nous proposons un prototype de simulateur appelé « SystemC Multi-Disciplinary Virtual Prototyping (MDVP) », qui est implémenté comme une extension de SystemC. Il permet la modélisation, l’élaboration, et la simulation hiérarchique de systèmes multi-disciplines au moyen de plusieurs modèles de calcul. Pour concevoir le simulateur MDVP, nous introduisons un nouveau principe de synchronisation entre plusieurs modèles de calcul. En outre, nous introduisons une méthodologie pour ajouter, dans le prototype de simulateur, des modèles de calcul représentés par plusieurs domaines temporels. Nous appliquons cette méthodologie pour ajouter un modèle de calcul « Timed Data Flow (TDF) » dans SystemC MDVP. Ce modèle de calcul repose sur la sémantique du temps discret introduite par SystemC AMS, et sur la formalisation du principe de synchronisation entre le domaine des événements discrets et celui du temps discret. Nous mettons en œuvre le modèle de calcul TDF, dans le cas d’un capteur de vibrations et son circuit numérique. Ce modèle comporte une boucle d’asservissement et plusieurs interactions entre le domaine des événements discrets et celui du temps discret. / The design of embedded systems is currently an increasingly complex problem. These systems tend to become heterogeneous in the sense that they require the integration of components described by means of different physical/engineering disciplines, for example, electrical, optical, thermal, mechanical, chemical, or biological. Besides, these disciplines can be described under different time domains, for example, Discrete Event (DE), Discrete Time (DT), or Continuous Time (CT). To address this problem, designers require modeling and simulation tools to describe the system’s components under different time domains and synchronize them in the same simulation environment. We explore the possibilities of modeling, simulating and synchronizing multi-disciplinary systems in the same environment, using as reference the SystemC Analog/Mixed-Signal (AMS) simulation standard. We analyze the method introduced in SystemC AMS for synchronizing the DE and DT domains, and we identify its drawbacks. Besides, we introduce a new formalization of the synchronization problem, which is used to detect issues in a model before simulation. We propose a simulator prototype called SystemC Multi-Disciplinary Virtual Prototyping (MDVP), which is implemented as an extension of SystemC. It allows the modeling, and the generic hierarchical elaboration and simulation of multi-disciplinary systems, by means of different Models of Computation (MoCs). To build the MDVP simulator, we introduce a synchronization principle to handle interactions between MoCs. In addition, we introduce a methodology to add, in the simulator prototype, MoCs described under different time domains. We apply this methodology to add a Timed Data Flow MoC in SystemC MDVP. This MoC implements the DT semantics introduced by the SystemC AMS standard, and is based on the synchronization principle between the DE and DT domains. Using the TDF MoC, we implement and simulate a case study of a vibration sensor model and its digital front end circuit. This case study includes a feedback loop and several interactions between the DE and DT domains.

Les circuits électroniques réalisés avec les méthodes de conception assisté par ordinateur usuelles présentent une piètre résistance par rapport aux attaques physiques. Parmi les attaques physiques les plus redoutables figurent les attaques sur les canaux cachés, comme la ``timing attack'' ou la DPA, qui consistent à enregistrer une quantité physique (temps, consommation) fuie par le circuit pendant qu’il calcule. Cette information peut être exploité pour remonter aux secrets utilisés dans des calculs de chiffrement ou de signature. Plusieurs méthodes de durcissement des circuits contre les attaques sur les canaux cachés ont été proposées. On peut en distinguer deux catégories : Les contre-mesures par dissimulation (ou par logique différentielle), visant à rendre la fuite constante, donc statiquement indépendante des secrets. Les contre-mesures par masquage, visant à rendre la fuite aléatoire, donc statistiquement indépendante des secrets. La contre-mesure par masquage est la moins complexe et la plus simple à mettre en oeuvre, car elle peut s’appliquer au niveau algorithmique comme au niveau logique. Idéalement, le concepteur s’affranchit donc d’un placement-routage manuel, comme cela est le cas des contre-mesures statiques. En revanche elle est la cible d’attaques du second ordre, voire d’ordre plus élevé, permettant d’exhiber le secret en attaquant plusieurs variables simultanément. Cette thèse se fixe comme objectifs l'analyse en robustesse et complexité des implémentations de contre-mesures par masquage et la proposition des nouvelles structures de masquage qui permettent de faire face aux attaques d'ordre élevé. / Side channel attacks take advantage of the fact that the power consumption of a cryptographic device depends on the internally used secret key. A very common countermeasure against side channel attacks is masking. It consists in splitting the sensitive variable of cryptographic algorithms into random shares (the masked data and the random mask) so that the knowledge on a subpart of the shares does not give information on the sensitive data itself. However, other attacks, such as higher-order side channel attacks, can defeat masking schemes. These attacks consist in combining the shares in order to cancel (at least partially) the effects of the mask. The overall goal of this thesis is to give a deep analysis of higher-order attacks and to improve the robustness of masking schemes.The first part of this thesis focuses on higher-order attacks. We propose three novel distinguishers. Theoretical and experimental results show the advantages of these attacks when applied to a masking countermeasure. The second part of this thesis is devoted to a formal security evaluation of hardware masking schemes. We propose a new side channel metric to jointly cover the attacks efficiency and the leakage estimation.In the last part, we propose three novel masking schemes remaining more efficient than the state-of-the-art masking. They remove (or at least reduce) the dependency between the leakage and the sensitive variable when the leakage function is known e.g. the Hamming weight or the Hamming distance leakage model). The new solutions have been evaluated within a security framework proving their excellent resistance against higher-order attacks.

L'interaction vocale avec des systèmes automatiques connaît, depuis quelques années, un accroissement dans l'intérêt que lui porte tant le grand public que la communauté de la recherche. Cette thèse s'inscrit dans ce cadre pour aborder le sujet depuis deux points de vue complémentaires. D'une part, celui apparent de la fiabilité, de l'efficacité et de l'utilisabilité de ces interfaces. D'autre part, les aspects de conception et d'implémentation sont étudiés pour apporter des outils de développement aux concepteurs plus ou moins initiés de tels systèmes. A partir des outils et des évolutions dans le domaine, une plate-forme modulaire de dialogue vocal a été agrégée. L'interaction continue, basée sur une "écoute" permanente du système pose des problèmes de segmentation, de débruitage, de capture de son, de sélection des segments adressés au système, etc... Une méthode simple, basée sur la comparaison des résultats de traitements parallèles a prouvé son efficacité, tout comme ses limites pour une interaction continue avec l'utilisateur. Les modules de compréhension du langage forment un sous-système interconnecté au sein de la plate-forme. Ils sont les adaptations d'algorithmes de l'état de l'art comme des idées originales. Le choix de la gestion du dialogue basé sur des modèles de tâches hiérarchiques, comme c'est la cas pour la plate-forme, est argumenté. Ce formalisme est basé sur une construction humaine et présente, de fait, des obstacles pour concevoir, implémenter, maintenir et faire évoluer les modèles. Pour parer à ceux-ci, un nouveau formalisme est proposé qui se transforme en hiérarchie de tâches grâce aux outils associés. / Recently, global tech companies released so-called virtual intelligent personal assistants.This thesis has a bi-directional approach to the domain of spoken dialog systems. On the one hand, parts of the work emphasize on increasing the reliability and the intuitiveness of such interfaces. On the other hand, it also focuses on the design and development side, providing a platform made of independent specialized modules and tools to support the implementation and the test of prototypical spoken dialog systems technologies. The topics covered by this thesis are centered around an open-source framework for supporting the design and implementation of natural-language spoken dialog systems. Continuous listening, where users are not required to signal their intent prior to speak, has been and is still an active research area. Two methods are proposed here, analyzed and compared. According to the two directions taken in this work, the natural language understanding subsystem of the platform has been thought to be intuitive to use, allowing a natural language interaction. Finally, on the dialog management side, this thesis argue in favor of the deterministic modeling of dialogs. However, such an approach requires intense human labor, is prone to error and does not ease the maintenance, the update or the modification of the models. A new paradigm, the linked-form filling language, offers to facilitate the design and the maintenance tasks by shifting the modeling to an application specification formalism.

Le but des applications visées par l’interaction homme-système est de parvenir à une interaction naturelle qui simule l’interaction homme-homme.Comme dans la communication homme-homme,les gestes sont aussi très utilisés dans la communication homme-système. Cette thèse porte sur la reconnaissance de gestes pour l’interaction naturelle homme-système basée sur les gestes. L’objectif des travaux menés durant cette thèse est de proposer des approches de reconnaissance de différents types de geste dynamiques : gestes simples et gestes composés. Tous d'abord, nous avons proposé un nouveau descripteur 3D de gestes calculé par les angles des articulations du corps humain à partir d’un flux de profondeur fourni par le capteur Kinect. Ensuite, nous avons proposé deux approches pour la reconnaissance de gestes dynamiques : a)une approche de reconnaissance des gestes simples,b) une approche de reconnaissance des gestes composés.La première approche est basée sur les Modèles de Markov Cachés. Un modèle MMC pour chaque geste a été réalisé. La variation des angles entre les articulations est utilisée comme entrée des Modèles de Markov Cachés. Cette méthode a été combinée avec la méthode de la Déformation Temporelle Dynamique (Dynamic Time Warping) pour éliminer les mauvaises classifications. La deuxième approche traite le cas des gestes composés et successifs dans une même séquence. Cette approche combine la méthode de la Déformation Temporelle Dynamique avec une fenêtre glissante adaptative d’où le nom de l’approche: Adaptive Dynamic TimeWarping. Deux versions de cette approche ont été proposées : version Forward et version Backward pour la reconnaissance en ligne et hors ligne. / The goal of Human System Interaction(HSI) research is to increase the performance of human system interaction in order to make it similarto human-human interaction. As for communication between humans, gestural communication is also widely used in human system interaction. This thesis is about gesture recognition for natural human system interaction based on gestures. The objectif of works conducted in this thesis is to propose recognition approches for different kind of dynamic gesture: simple gesture and composed gesture. First of all, we proposed a novel 3D gesture descriptor computed by human body joints angles provided by Kinect sensor. Second, we proposed two dynamic gestures recognition approaches: a) simple gestures recognition approach, b) composed gestures recognition approach. The first approach is based on Hidden Markov Models (HMM). One HMM was created for each gesture. The joints angles variations have been used as input for HMMs. Then,this method has been combined with the Dynamic Time Warping algorithm in order to eliminate bad classification. The second approach treats the case of composed and successive gestures in the same sequence. This approach combines Dynamic Time Warping method with an adaptative window, hence the name: Adaptive Dynamic Time Warping. Two versions have been proposed: Forward and Backward version for online and offline recognition.

Nos travaux portent sur l’étude du dimensionnement d’une chaîne d’actionnement au moyen d’une optimisation multi-physique. L’approche est de type « système », puisqu’il s’agit d’étudier l’association de filtres électroniques, d’un convertisseur de puissance DC-DC, d’un moteur à courant continu et d’une commande, en prenant en compte la transformation électromécanique de l’énergie ainsi que les comportements thermiques du système. L’intégration de la problématique de compatibilité électromagnétique (CEM) conduite est aussi abordée. Le travail consiste tout d’abord à modéliser chacune des physiques à prendre en compte pour chacun des sous-systèmes, puis de coupler les modèles obtenus afin de pouvoir mener des optimisations. L’algorithme d’optimisation utilisé est de type évolutionnaire. La démarche est appliquée sur le cas industriel d’une vanne EGR (Exhaust Gas Recirculation). Dans ce cadre, l’objectif est de minimiser l’encombrement du système tout en s’assurant que ses performances sont cohérentes avec le cahier des charges ainsi que les contraintes thermiques et CEM. Au-delà de l’application, la démarche permet de s’interroger sur les différents niveaux de modélisation et les moyens de couplages adéquats des modèles, dans le cadre d’une optimisation coûteuse en temps de calcul. / This thesis focuses on the design of a power conversion system using a multiphysic optimization. A system approach is applied, since the electronic filters, a DC-to-DC converter, a DC motor, and the system control are considered simultaneously. The electromechanical energy transformation is of prime importance, although the thermal behavior of the entire system is also significant. Conducted electromagnetic compatibility (EMC) issues are discussed and integrated in our approach. The first step of the methodology is the establishment of the various physical models for each sub-system. Then, these models must be coupled so that an optimization algorithm can be applied. In this work, an evolutionary algorithm is used. The approach is tested on an industrial study-case – an EGR (Exhaust Gas Recirculation) valve. In this framework, the objective is to minimize the geometrical size of the system, while ensuring that the performance imposed by the specifications is achieved and that we conform to the thermal and EMC constraints.Beyond this application, the underlying issues of the modeling level and the means of coupling the various models are addressed in the context of a time-consuming optimization.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.