Les personnes qui se sont vues amputées d'un membre peuvent retrouver une partie de leur autonomie et de leur qualité de vie grâce à l'utilisation d'une prothèse adaptée à leurs besoins.Les récentes avancées technologiques dans le domaine de la prothétique laissent entrevoir qu'il sera bientôt possible de commander les mouvements d'une prothèse motorisée à partir de l'interprétation des influx nerveux qui auraient été destinés aux muscles du membre maintenant amputé. Pour ce faire, les impulsions nerveuses seront mesurées par un dispositif totalement implantable et celui-ci devra transmettre en temps réel les données recueillies vers la prothèse à l'aide d'un système de biotélémétrie. Si cette transmission de données requiert une bande passante élevée et une grande qualité du lien de communication, cela se traduira par une consommation énergétique plus élevée. Or, les circuits électroniques du dispositif implanté étant alimentés par une pile, cette consommation énergétique devra être minimisée. Les systèmes actuels de biotélémétrie utilisent le couplage inductif ou les ondes radio afin de transmettre les données, mais ces systèmes ne peuvent rencontrer à la fois les contraintes de faible consommation énergétique et de capacité élevée de transmission qu'impose une prothèse à commande neuronale. Afin d'y parvenir, un système de télémétrie optique transcutané qui utilise les propriétés optiques des tissus cutanés est proposé. Il a été conçu dans le but de transmettre des données à un débit de 16 Mb/s et à un taux de bits erronés de 1E-9 en consommant une puissance de 10 mW. Ce mémoire présente l'impact du taux de transmission des données sur la consommation énergétique du transmetteur, de même qu'une mesure de la puissance requise pour assurer une transmission à travers des tissus cutanés d'épaisseurs variées. La sensibilité du système à un désalignement entre l'émetteur et le récepteur a également été étudiée.

Le système LiDAR mobile (SLM) est une technologie d'acquisition de données de pointe qui permet de cartographier les scènes du monde réel en nuages de points 3D. Les applications du SLM sont très vastes, de la foresterie à la modélisation 3D des villes, en passant par l'évaluation de l'inventaire routier et la cartographie des infrastructures portuaires. Le SLM peut également être monté sur diverses plateformes, telles que des plateformes aériennes, terrestres, marines, etc. Indépendamment de l'application et de la plateforme, pour s'assurer que le SLM atteigne sa performance optimale et sa meilleure précision, il est essentiel de traiter correctement les erreurs systématiques du système, spécialement l'erreur des angles de visée à laquelle on s'intéresse particulièrement dans cette thèse. L'erreur des angles de visée est définie comme le désalignement rotationnel des deux parties principales du SLM, le système de positionnement et d'orientation et le scanneur LiDAR, introduit par trois angles de visée. En fait, de petites variations angulaires dans ces paramètres peuvent causer des problèmes importants d'incertitude géométrique dans le nuage de points final et il est vital d'employer une méthode d'alignement pour faire face à la problématique de l'erreur des angles de visée de ces systèmes. La plupart des méthodes existantes d'alignement des angles de visée qui ont été principalement développées pour les SLM aériens et terrestres, tirent profit d'éléments in-situ spécifiques et présents sur les sites de levés et adéquats pour ces méthodes. Par exemple, les éléments linéaires et planaires extraits des toits et des façades des maisons. Cependant, dans les environnements sans présence de ces éléments saillants comme la forêt, les zones rurales, les ports, où l'accès aux éléments appropriées pour l'alignement des angles de visée est presque impossible, les méthodes existantes fonctionnent mal, voire même pas du tout. Par conséquent, cette recherche porte sur l'alignement des angles de visée d'un SLM dans un environnement complexe. Nous souhaitons donc introduire une procédure d'acquisition et traitement pour une préparation adéquate des données, qui servira à la méthode d'alignement des angles de visée du SLM. Tout d'abord, nous explorons les différentes possibilités des éléments utilisés dans les méthodes existantes qui peuvent aider à l'identification de l'élément offrant le meilleur potentiel pour l'estimation des angles de visée d'un SLM. Ensuite, nous analysons, parmi un grand nombre de possibles configurations d'éléments (cibles) et patrons de lignes de balayage, celle qui nous apparaît la meilleure. Cette analyse est réalisée dans un environnement de simulation dans le but de générer différentes configurations de cibles et de lignes de balayage pour l'estimation des erreurs des angles de visée afin d'isoler la meilleure configuration possible. Enfin, nous validons la configuration proposée dans un scénario réel, soit l'étude de cas du port de Montréal. Le résultat de la validation révèle que la configuration proposée pour l'acquisition et le traitement des données mène à une méthode rigoureuse d'alignement des angles de visée qui est en même temps précise, robuste et répétable. Pour évaluer les résultats obtenus, nous avons également mis en œuvre une méthode d'évaluation de la précision relative, qui démontre l'amélioration de la précision du nuage de points après l'application de la procédure d'alignement des angles de visée. / A Mobile LiDAR system (MLS) is a state-of-the-art data acquisition technology that maps real-world scenes in the form of 3D point clouds. The MLS's list of applications is vast, from forestry to 3D city modeling and road inventory assessment to port infrastructure mapping. The MLS can also be mounted on various platforms, such as aerial, terrestrial, marine, and so on. Regardless of the application and the platform, to ensure that the MLS achieves its optimal performance and best accuracy, it is essential to adequately address the systematic errors of the system, especially the boresight error. The boresight error is the rotational misalignment offset of the two main parts of the MLS, the positioning and orientation system (POS) and the LiDAR scanner. Minor angular parameter variations can cause important geometric accuracy issues in the final point cloud. Therefore, it is vital to employ an alignment method to cope with the boresight error problem of such systems. Most of the existing boresight alignment methods, which have been mainly developed for aerial and terrestrial MLS, take advantage of the in-situ tie-features in the environment that are adequate for these methods. For example, tie-line and tie-plane are extracted from building roofs and facades. However, in low-feature environments like forests, rural areas, ports, and harbors, where access to suitable tie-features for boresight alignment is nearly impossible, the existing methods malfunction or do not function. Therefore, this research addresses the boresight alignment of a marine MLS in a low-feature maritime environment. Thus, we aim to introduce an acquisition procedure for suitable data preparation, which will serve as input for the boresight alignment method of a marine MLS. First, we explore various tie-features introduced in the existing ways that eventually assist in the identification of the suitable tie-feature for the boresight alignment of a marine MLS. Second, we study the best configuration for the data acquisition procedure, i.e., tie-feature(s) characteristics and the necessary scanning line pattern. This study is done in a simulation environment to achieve the best visibility of the boresight errors on the selected suitable tie-feature. Finally, we validate the proposed configuration in a real-world scenario, which is the port of Montreal case study. The validation result reveals that the proposed data acquisition and processing configuration results in an accurate, robust, and repeatable rigorous boresight alignment method. We have also implemented a relative accuracy assessment to evaluate the obtained results, demonstrating an accuracy improvement of the point cloud after the boresight alignment procedure.

La répression génétique complète de l’enzyme de conversion de l’endothéline-1 (ECE) chez la souris ne réduit que de 45% les taux tissulaires du puissant facteur vasoactif suggérant que d’autres enzymes protéolytiques sont impliquées dans la production dudit peptide. Nous avons récemment rapporté (Houde et al., 2013) que la protéase mastocytaire de type 4 (mMCP-4) synthétise l’ET-1 chez la souris anesthésiée in vivo et dans des extraits tissulaires in vitro. La source cellulaire principale de cette activité ECE-indépendante demeure toutefois inexplorée à ce jour. Le but de cette étude est d’évaluer la capacité de la protéase mastocytaire de type 4 (mMCP-4) recombinante, extraite des mastocytes ou in vivo chez la souris consciente, dans la conversion de la big-ET-1 en ET-1 (1-31). Notre hypothèse principale est que la mMCP-4 représente une voie de synthèse significative d’ET-1 tant in vitro que chez la souris consciente. La mMCP-4 recombinante ou extraite de mastocytes péritonéaux de souris de type sauvage, mais non pas de souris mMCP-4 KO, possède une activité de type chymotrypsine sensible à un inhibiteur spécifique des chymases, le TY-51469. De plus, par HPLC et par spectrométrie de masse (Triple-TOF), une production TY-51469 sensible d’ET-1 (1-31) à partir de son précurseur la big-ET-1 est démontrée. D’autre part, la cinétique enzymatique de la mMCP-4 contre les substrats Ang I et big-ET-1 a été déterminée (K[indice inférieur M] : 19.31 ± 3.16 et 23.43 ± 5.314 μM respectivement). Cette enzyme a une activité similaire pour ces deux substrats (k[indice inférieur cat]/K[indice inférieur M] Ang I : 7.70 X 10[indice supérieur -3] μM[indice supérieur -1] X sec[indice supérieur -1] et big-ET-1 : 2.189 X 10[indice supérieur -3] μM[indice supérieur -1] X sec[indice supérieur -1]). L’administration systémique de big-ET-1 chez des souris conscientes, instrumentées en radio-télémétrie, montre une réduction d’environ 50 à 80% de la réponse pressive du précurseur chez des souris mMCP-4 KO lorsque comparées aux souris de type sauvage. Les souris conscientes montrent une hypersensibilité très significative par rapport à la souris anesthésiée en réponse à l’ET-1 exogène (déplacement vers la gauche de la courbe dose-réponse de plus de 6 à 7 unités logarithmiques). En contraste, l’affinité apparente (ID[indice inférieur 50]) d’un antagoniste ET[indice inférieur A], l’atrasentan contre l’ET-1, est similaire chez la souris consciente ou anesthésiée (0.8236 et 0.2101 mg/kg respectivement). Cette série de résultats illustrent que la souris consciente répond beaucoup plus efficacement aux agents presseurs et ce, sans altération de l’affinité des récepteurs pour leurs ligands endogènes respectifs. Tous nos résultats nous permettent donc de conclure que la chymase recombinante, dans les mastocytes ou chez la souris consciente convertit dynamiquement la big-ET-1 en ET-1 (1-31).

Les vaisseaux sanguins sont tapissés d'une monocouche de cellules endothéliales qui est principalement responsable du maintien de la pression artérielle et des fonctions cardiaques via la relâche de médiateurs, en particulier le monoxyde d'azote (NO) et l'endothéline (ET). Le NO est un puissant vasodilatateur des cellules musculaires lisses suite à sa liaison à la guanylate cyclase tandis que l'ET-1, un vasopresseur très puissant, agit via deux récepteurs: ETA et ETB. La littérature traitant de la réactivité croisée entre l'ET-1 et le NO ne cesse d'augmenter. Brièvement, il a été rapporté que l'ET-1, via ses récepteurs ETB entraîne la libération d'une faible quantité de NO et que ce dernier, régule à la baisse la production d'ET-1 des cellules endothéliales. Dans ces conditions, le NO semble être un répresseur du système des endothélines. À l'inverse, plusieurs pathologies vasculaires et cardiaques sont associées avec une augmentation de l'ET-1 par exemple l'infarctus du myocarde et le choc endotoxique. Des études indépendantes rapportent, dans ces mêmes conditions, une production accrue de NO pouvant aller jusqu'à 100 fois. L'aspect contradictoire de ces effets est très intrigant et pourrait être explicable en partie par le fait qu'il existe deux familles d'isoenzymes responsable de la synthèse du NO appelés monoxyde d'azote synthase (NOS). Nous avons formulé l'hypothèse que la iNOS et la eNOS ont des effets opposés sur la régulation du système des endothélines. Les interactions entre l'ET-1 et les différentes NOS sont complexes et encore mal comprises dû au manque d'inhibiteurs vraiment sélectifs. Lors de notre étude nous utilisons des souris ayant une répression homozygote chronique pour le gène codant pour la iNOS ou eNOS en comparaison avec des souris de type sauvage. Ceci nous permet d'étudier l'influence des NOS et/ou de leur NO sur la régulation de la réponse pressive à l'endothéline et de l'expression de ces récepteurs. Les souris iNOS (-/-) ont des paramètres hémodynamiques de base semblables à celle de type sauvage. Cependant, notre étude a révélé que le contenu protéique cardiaque en récepteur ETA est réduit tandis que ETB est inchangé comparé au souris sans modification génique. En ce sens, nous observons une réduction de réponse pressive à l'endothéline-1 chez ces souris anesthésiées sans changement de la réponse pressive à l'IRL-1620, un agoniste sélectif des récepteurs ETB. D'un autre côté, l'inactivation du gène codant pour la eNOS entraîne chez ces souris un état hypertensif. Nos études moléculaires démontrent chez ces animaux, des niveaux de récepteurs ETA augmentés, et ETB réduits dans les tissus cardiaques des souris eNOS (-/-). De plus, leur réponse pressive suite à l'administration intraveineuse d'endothéline-1 ou d'IRL-1620 est augmentée ou réduite, respectivement. Chez les animaux conscients, les deux modèles murins ont répondu avec la même amplitude à l'effet hypotensif d'un traitement à l'antagoniste ETA, l'ABT-627. La pression des souris eNOS (-/-) est toutefois normalisée suite à trois jours de traitement. D'un autre côté, l'administration d'un antagoniste ETB, l'A-192621, augmente la pression artérielle moyenne dans une plus grande mesure chez les eNOS (-/-) comparé aux souris iNOS (-/-) ou de type sauvage. En outre, nous avons notés une augmentation significative de l'endothéline immunoreactive dans les artères mésentériques chez les souris eNOS (-/-) comparés aux souris iNOS (-/-), ces dernières ont des niveaux semblables à leur consoeurs non manipulées génétiquement. Notre étude montre que la répression de la iNOS ou de la eNOS a des impacts distincts sur l'endothéline-1 et ses récepteurs. Nous avons aussi montré que le coeur est le principal organe atteint; subissant ces modulations importantes des récepteurs de l'endothéline dans les conditions d'inactivation de la iNOS ou la répression de la eNOS chez des souris adultes. [Symboles non conformes]

Le sujet de thèse porte sur l'étude des baleines à bosse, espèce migratrice. L'objectif est, à partir del'étude de leurs déplacements, de mieux comprendre leur distribution, leurs comportements, leurstratégie d'alimentation et de reproduction. Ce travail s'appuie sur plusieurs missions dédiées à lapose de balises satellitaires sur des individus évoluant dans les zones d'alimentation (Arctique) et leszones de reproduction (Caraïbes).La thèse est articulée autour de 4 articles. Le 1er intitulé "From whaling to tagging: the evolution ofknowledge regarding humpback whales in their North Atlantic breeding grounds" décrit l'historiquedes connaissances actuelles sur la population de baleine à bosse de l'Atlantique Nord, à partir desinformations consignées lors de la chasse industrielle à la baleine jusqu'aux observations les plusrécentes.Le 2e chapitre, intitulé "Local and migratory movements of humpback whales satellite tracked in theNorth Atlantic Ocean", détaille les routes migratoires sud-nord d'individus de RépubliqueDominicaine (Silver Bank) et de Guadeloupe (Antilles françaises). Dans un 1er temps, nous noussommes focalisées sur les déplacements dans la zone de reproduction. Les résultats ont montré unetrès grande mobilité, remettant en cause les hypothèses établies visant à décrire des individusrestant sur une zone donnée (pour les groupes actifs et/ou les chanteurs par exemple). Nous avonségalement montré des mouvements erratiques, sans pouvoir définir un modèle de prédiction detrajectoires à moyen terme (c'est-à-dire sur plusieurs jours). Dans un 2e temps, nous avons travaillésur les routes migratoires, qui restent encore actuellement un sujet de recherche majeur pour cetteespèce de mammifères qui détient le record avec plus de 6000km par trajet entre ses airesd'alimentation et de reproduction, avec 2 objectifs en particulier : d'une part, mieux appréhender lesmotivations des individus pour privilégier telle ou telle route migratoire, et d'autre part, savoir si lesroutes migratoires contribuent au mixage des différents stocks des baleines à bosse. Nos résultatsont montré clairement 2 routes privilégiées par les baleines à bosse de la Caraïbe : les individusprésents en République Dominicaine remontaient le continent américain, alors que ceux deGuadeloupe choisissaient une voie transatlantique, vers l'Islande et potentiellement la Norvège.Le 3e chapitre, basé sur l'article : "Individual variation in movements of humpback whales satellitetracked in the eastern Aleutian Island and Bering Sea", est dédié à l'étude des déplacements desbaleines à bosse pendant leur période d'alimentation près du Dutch Harbor en Alaska, de 2007 à2011. Nous avons montré les habitats des baleines à bosse dans cette région. Nous avons égalementprécisé les stratégies individualistes pour s'alimenter.Le dernier chapitre, basé sur le chapitre "Assessing implantable satellite tag extrusion using lightsensors", présente les difficultés actuelles de l'utilisation des balises Argos, pour l'étude des baleinesà bosse. Cela concerne principalement le système d'attache. L'objectif est d'avoir une idée sur lavitesse d'éjection et de voir s'il y a une corrélation entre la façon de poser la balise, son endroit sur labaleine et la durée totale de maintien sur l'individu.Pour conclure, ce travail a mis en évidence de nouvelles connaissances sur les stratégies individuellesdes baleines à bosse dans leurs aires d'alimentation, de reproduction mais aussi au cours des routesmigratoires. L'utilisation des balises satellitaires est une nouvelle alternative attractive pour l'étudede cette espèce hautement mobile. / This dissertation has been prepared in manuscript format and contains four individual papers. Each paper/chapter is formatted for the journal to which it has been, or will be, submitted. In the first manuscript, “From Whaling to Tagging: The evolution of knowledge regarding humpback whales in their North Atlantic breeding grounds”, I describe the evolution of humpback whale research from the days of Yankee whaling to the most recent satellite telemetry project in the West Indies breeding grounds. The humpback whales that over-winter in the West Indies are part of one of the most heavily studied whale populations in the world; projects conducted in this area have served as models for humpback whale research world-wide. This manuscript will be submitted for publication in Mammal Review in 2014. In my second manuscript, “Local and migratory movements of humpback whales satellite tracked in the North Atlantic Ocean”, I report the results of a satellite telemetry project that was conducted in the winters of 2008 through 2012 in the breeding areas of Silver Bank (Dominican Republic) and Guadeloupe (French West Indies). The results from this project add a level of detail to the current knowledge about North Atlantic humpback whale habitat use, migration, and population structure that could not be obtained without current satellite tagging technology. This paper has been reviewed and accepted for publication by the Canadian Journal of Zoology and will be published by November, 2013 ii In my third manuscript, “Individual variation in movements of humpback whales satellite tracked in the eastern Aleutian Islands and Bering Sea”, I report the results from a satellite telemetry project conducted off Dutch Harbor, (Alaska, USA) in the summers of 2007 through 2011. Satellite telemetry from this project showed the fine-scale use of foraging habitat in a North Pacific feeding ground. Additionally, a long-distance, within-season travel event was recorded in 2010, prompting speculation about the humpback population structure throughout the Bering Sea. This manuscript has been reviewed and accepted for publication by Endangered Species Research and will be published by November, 2013. In the fourth manuscript, “Assessing implantable satellite tag extrusion using light sensors”, I report the results of a novel approach for remotely quantifying tag rejection; the use of tag-mounted light sensors to indicate extrusion rate. The data for this paper were collected during a 2011 follow-up study aimed at assessing the behavioral and physiological responses of Gulf of Maine humpback whales to current tagging methods. Tag diagnostic technology like this, while still being developed, could significantly improve future telemetry work by updating tag design and placement methods to increase overall project efficiency. This paper has been accepted as a poster presentation at the 20th Biennial Conference on the Biology of Marine Mammals (December 2013, Dunedin New Zealand). It will be updated with the results from the 2013 Gulf of Maine tagging field season and submitted to a peer reviewed journal in 2014.

L'environnement marin est soumis à un ensemble de processus physiques, chimiques et biologiques qui le rendent très dynamique. Les prédateurs tels que les oiseaux marins doivent donc ajuster leurs mouvements aux changements de disponibilité de leurs proies afin de survivre et de se reproduire. L'évolution de leur plasticité comportementale se traduit par la mise en place d'un éventail de tactiques de prédation. Nous avons étudié les comportements de recherche alimentaire chez le fou de Bassan Morus bassanus en Atlantique nord afin d'évaluer l'ampleur de leur plasticité comportementale au cours de leurs mouvements en mer. Ces analyses basées sur les enregistrements d'appareils électroniques miniaturisés portés par les oiseaux (GPS et géolocateurs) ont été effectuées à cinq échelles spatio-temporelles : individuelle, populationnelle, meta-populationnelle, saisonnière et interannuelle. La plasticité individuelle est forte et se traduit, principalement par le biais d'une modulation de la durée des voyages en mer et des zones d'alimentation exploitées. Ceci sous-entend une mémorisation de la position des zones de nourrissage les plus profitables et de leur variabilité spatio-temporelle ; postulat confirmé par nos analyses qui indiquent que les fous anticipent la position de leur aire de nourrissage dans les premiers kilomètres de leur voyage en mer, alors que celle-ci n'est pas encore en vue. Nous avons également identifié des différences inter-populationnelles notoires pour les mouvements en mer et pour les domaines vitaux des fous pendant la saison de reproduction, mais aussi pendant la période hivernale. A l'automne et au printemps, nos analyses nous ont en outre permis d'identifier un corridor migratoire emprunté par les fous entre les Shetland et l'Afrique de l'Ouest, alors qu'on considère généralement que cette espèce présente une dispersion non-orientée en dehors de la saison de reproduction. L'ensemble de nos résultats ont des implications majeures pour une meilleure compréhension de l'écologie spatiale des prédateurs marins confrontés à la variabilité naturelle et anthropique de leur environnement, ainsi que pour la gestion de leurs populations et la mise en place d'aires marines protégées ou de mesures conservatoires ajustées aux dynamiques spatio-temporelles. Accéder sur intranet

Depuis quelques années, les techniques de positionnement intérieur deviennent de plus en plus importantes et trouvent leur place dans divers domaines, dont l'arpentage souterrain. Le présent travail a été réalisé dans le cadre du projet MinEyes, dont l'un des principaux objectifs est d'améliorer le positionnement d'un système lidar mobile (SLM) à l'intérieur des tunnels miniers souterrains. Cela permettra d'effectuer une cartographie 3D précise et rapide de ces environnements. Cependant, l'absence de signal GNSS rend cette tâche difficile. L'une des solutions mise en place pour résoudre ce problème est l'utilisation d'une centrale inertielle. Cependant, l'un des inconvénients majeurs de cette technique est l'accumulation d'erreurs dans le temps ce qui provoque la dérive de la trajectoire. Nous proposons donc une méthode combinant un système de positionnement intérieur basé sur la trilatération ultrasonore et un SLM. Nous utilisons pour cela un ensemble de balises ultrasons fixes dont les positions sont connues et qui communiquent avec une cible ultrason mobile lui permettant d'estimer sa trajectoire. La qualité de la trajectoire ainsi estimée est évaluée à l'aide de données obtenues avec une station totale robotisée. Nos expériences ont démontré une incertitude constante de la trajectoire produite sur toute sa longueur. Les écarts obtenus sont de 2 cm pour la coordonnée X (axe suivant la largeur du corridor) et 4 cm pour la coordonnée Y (axe de déplacement de la cible mobile). Suite à la validation de la qualité de la trajectoire générée, nous avons procédé à l'intégration de la cible ultrason mobile sur un SLM servant à la localisation et la production de nuages de points 3D sur un robot conçu sur la plateforme Raspberry Pi, exploitant la librairie ROS (Robot Operating System) et permettant la production de nuages de points géoréférencés. La comparaison du nuage de points ainsi produit avec un nuage de points de référence produit avec un scanneur LiDAR 3D (Faro X130) a montré un écart uniforme ne dépassant pas 4 mm pour 67% de la zone couverte. Ce travail démontre donc le potentiel du système de navigation proposé, basé sur la technologie de trilatération ultrasonore, qui permet d'éviter la dérive d'une plateforme mobile en milieu intérieure. / In recent years, indoor positioning techniques have become increasingly important and are finding their way into various fields, including underground surveying. The present work was carried out within the framework of the MinEyes project. One of its main goals is to improve the positioning of a mobile lidar system (MLS) inside underground mining tunnels. This will allow accurate and fast 3D mapping of these environments. However, the lack of a GNSS signal makes this task difficult. One of the solutions implemented to solve this problem is the use of an inertial measurement unit. However, one of the major drawbacks of this technique is the accumulation of errors over time, which causes the trajectory to drift. We therefore propose a method combining an indoor positioning system based on ultrasonic trilateration and an MLS. We use a set of fixed ultrasonic beacons whose positions are known, and which communicate with a mobile ultrasonic target allowing it to estimate its trajectory. The quality of the estimated trajectory is evaluated using data obtained simultaneously with a robotic total station. Our experiments demonstrated a constant uncertainty of the produced trajectory over its entire length. This uncertainty reaches 2 cm for the X coordinate (axis following the width of the corridor) and 4 cm for the Y coordinate (axis of movement of the mobile target). Following the validation of the quality of the generated trajectory, we proceeded to the integration of the mobile ultrasound target on an MLS used for the localization and the production of 3D point clouds of a robot designed on the Raspberry Pi platform, exploiting the ROS library (Robot Operating System) and allowing the production of georeferenced point clouds. The comparison of a point cloud produced in this way with a reference point cloud produced with a 3D LiDAR scanner (Faro X130) showed a uniform deviation not exceeding 4 mm for 67% of the area covered. This work demonstrates the potential of the proposed navigation system, based on the technology of ultrasonic trilateration, which allows avoiding the drift of a mobile platform in indoor environment.

De nos jours, les Systèmes Lidar Mobile (SLMs) sont utilisés dans une multitude de disciplines professionnelles liées à l'arpentage du territoire. À l'instar des systèmes de cartographie mobile basés sur la photogrammétrie, un SLM terrestre offre un grand potentiel en permettant aux professionnels du territoire d'être plus efficace à réaliser des opérations de mesurage courantes avec un portrait complet communément appelé "nuage de points". À partir d'une plateforme mobile terrestre (véhicule routier), aérienne (drone) ou marine (navire), sur laquelle repose un système de navigation (INS-GNSS) combiné avec un ou plusieurs scanneurs laser, le SLM permet d'acquérir des données géospatiales 4D (x, y, z, t) avec une précision et un niveau de détail élevés. Toutefois, l'intégration de ces capteurs de fonction et de grade différents requiert une procédure de contrôle et de validation des paramètres d'intégration, en vue de bonifier la valeur ajoutée du nuage de points. Les paramètres d'intégration d'un SLM sont : les angles de visée, la latence et les bras de levier. Les angles de visée sont les trois angles d'orientations relatives entre le repère du scanneur et le repère de l'IMU. Elles représentent une des sources d'erreurs majeures à laquelle il faut s'attaquer pour éliminer les incohérences parmi les nuages de points issus du même recouvrement. La latence est un délai de synchronisation temporelle des capteurs du SLM. Elle est associée au temps de géoréférencement d'un point lidar par rapport à sa mesure physique. Les bras de levier sont des distances entre l'origine du repère d'un capteur vers un autre. L'exactitude des retours lidar d'un SLM est donc intimement liée à l'ajustage de cette chaîne métrologique complexe. Actuellement, avec la démocratisation du marché et la diminution du coût d'achat, le montage d'un SLM devient une recette subjective, mais l'intégration demeure une tâche complexe et ardue. Cependant, mis à part les grandes compagnies comme Riegl, Leica et Trimble qui disposent de méthodes d'ajustage propre aux systèmes qu'ils commercialisent, il n'existe pas de méthodes d'ajustage indépendant du SLM permettant à l'utilisateur de contrôler les paramètres d'intégration. Le but de ce projet de recherche consiste à rendre accessible aux utilisateurs de tous azimuts une méthode d'ajustage des angles de visée, générique et simple à implanter, qui ne demande pas l'utilisation d'instruments spécialisés de laboratoire. L'obtention de résultats aussi fiables que ceux obtenus par des méthodes de détermination plus laborieuses, représentant la réelle valeur ajoutée de cette méthode. / Nowadays, the Mobile Lidar Systems (MLSs) are used in a multitude of professional disciplines related to territory mapping. Following the example of Mobile Mapping Systems (MMS) based on photogrammetry, a ground-based MLS oers an interesting potential by allowing the geospatial professionals to be more ecient at carrying out routine measurement operations with a complete portrait commonly known as a "point cloud". From a mobile terrestrial (road vehicle), airborne (drone) or marine (ship) platform, where a navigation system (INS-GNSS) combined with one or several laser scanners are xed, the MLS allows the acquisition of 4D (x, y, z, t) geospatial data with a high level of precision and detail. However, the integration of these sensors of dierent grade and utility requires a procedure for control and validation of the integration parameters to improve the added value of the point cloud. The integration parameters of an MLS are: boresight angles, latency and lever arms. The boresight angles are the three relative orientation angles between the scanner frame and the IMU frame. They are one of the major sources of error that must be tackled in order to eliminate discrepencies among point clouds from overlapping passes. The latency is a time synchronization delay of the MLS sensors. It is associated with the geolocalisation time of a lidar return point with respect to its physical measurement. Lever arms are distances between the origin frame of one sensor to another. The accuracy of lidar ranging from a MLS is therefore intimately bounded to the rigorous adjustment of this complex metrological set. Currently, with the democratization of the market and the increased accessibility of low cost solutions, the integration of an MLS becomes a subjective recipe but it remains a complex and dicult task. However, aside from well renowned commercial solutions such as Riegl, Leica and Trimble, whose adjustment methods remains specic to theirs products, independent adjustment methods of MLS that allow the user to control their integration parameters are still needed. The goal of this research project is to provide a wide range of users with a generic, easy-to-implement boresight angles adjustment method that does not require the use of top-grade laboratory instruments, while at the same time achieving results as reliable as more labored adjustment methods, representing then a real added value.

La mobilité est une habitude de vie fondamentale pour la participation sociale des personnes à mobilité réduite (PMRs). L'un des plus grands défis des PMRs est de trouver des itinéraires accessibles pour leur déplacement en ville. À cet égard, plusieurs groupes de recherche, dont MobiliSIG, s'intéressent à l'évaluation de l'accessibilité des lieux en appui au développement des outils d'assistance à la mobilité des PMRs. Cependant, les méthodes traditionnelles de l'acquisition et le traitement de données pertinentes pour l'analyse de l'accessibilité de l'environnement urbain sont généralement peu précises, peu efficaces et très coûteuses en temps et en argent. Dans ce contexte, la technologie lidar présente une alternative intéressante pour l'acquisition de données très détaillées et précises sur l'environnement urbain. De plus, les techniques issues de l'intelligence artificielle ont démontré de grands potentiels pour l'extraction automatique de l'information pertinente à partir de nuages de points lidar. À cet effet, l'objectif global de cette recherche est d'évaluer le potentiel des nouvelles approches basées sur l'apprentissage profond pour la segmentation sémantique de nuages de points lidar afin d'automatiser l'extraction des obstacles et des facilitateurs (trottoirs, ilots de refuge, marches, etc.) en lien avec la mobilité des PMRs. Pour ce faire, nous nous sommes particulièrement intéressés au potentiel des méthodes d'apprentissage profond telles que les algorithmes de Superpoint graph et FKAconv. Les principales étapes de cette recherche consistent à : 1) élaborer une base de données 3D annotée dédiée à la mobilité des PMRs, 2) appliquer et évaluer les algorithmes de l'apprentissage profond, 3) mettre en évidence les défis rencontrés dans l'apprentissage sémantique en 3D à partir de données lidar mobile (données irrégulières et volumineuses, la complexité des scènes urbaines, morphologie très variable des instances, etc.). Les algorithmes visés sont appliqués aux données lidar mobile pour analyser l'accès aux commerces au centre-ville de Québec. Les résultats de cette recherche ont démontré le potentiel des méthodes d'apprentissage profond pour la segmentation sémantique des éléments pertinents à la mobilité des PMRs à partir des données lidar mobile. Cependant, ces méthodes souffrent de plusieurs problèmes qui engendrent de mauvaises classifications menant à des imperfections de segmentation. / Mobility is a fundamental life habit for the social participation of people with motor disabilities (PMD). One of the biggest challenges for PMDs is to find accessible itineraries for their movement in the city. In this respect, several research groups, including MobiliSIG, are interested in assessing the accessibility of places to support the development of mobility assistance tools for PMDs. However, traditional methods for acquiring and processing data relevant to the analysis of the accessibility of the urban environments are generally inefficient and very costly in terms of time and money. In this context, the lidar technology presents an interesting alternative for the acquisition of very detailed and accurate data on the urban environment. Moreover, artificial intelligence techniques have shown great potential for the automatic extraction of relevant information from lidar point clouds. To this end, the overall objective of this research is to evaluate the potential of new deep learning-based approaches for the semantic segmentation of lidar point clouds to automate the extraction of obstacles and facilitators (sidewalks, island, steps, etc.) related to the mobility of PMDs. To do so, we were particularly interested in the potential of deep learning methods such as Superpoint graph and FKAconv algorithms. The main steps of this research are: 1) to develop an annotated 3D database dedicated to mobility setoff PMDs, 2) to apply and evaluate the deep learning algorithms, 3) to highlight the challenges encountered in 3D semantic learning (irregular and voluminous data, complexity of urban scenes, highly variable morphology of instances, etc.). The selected algorithms are applied to mobile lidar data to analyze access to shops in downtown Quebec City. The results of this research have demonstrated the potential of deep learning methods for semantic segmentation of elements relevant to PRM mobility from mobile lidar data. However, these methods still suffer from several problems that lead to misclassifications leading to segmentation imperfections.

Titre de l'écran-titre (visionné le 18 mars 2024) / La fréquence et l'ampleur des dommages causés par les inondations au Canada augmentent chaque année, nécessitant des solutions préventives. Les étages inférieurs des bâtiments sont particulièrement vulnérables, justifiant la nécessité de détecter avec précision les ouvertures comme les portes et les fenêtres. Les nuages de points obtenus par télémétrie mobile sont bien adaptés pour identifier la présence de ces ouvertures sur les façades de bâtiments. Toutefois, la présence d'occlusions dans les nuages de points causées par des objets obstruant le faisceau LiDAR rend cette tâche complexe. Le présent projet de maîtrise vise à répondre à cette problématique en proposant une approche pour détecter et caractériser les occlusions dans les scènes acquises dans les milieux résidentiels et ruraux. La conception de la méthode est articulée autour de deux volets : la segmentation sémantique pour étiqueter le nuage de points et la détection d'occlusions par lancer de rayons. La méthode a été validée à partir de données simulées car elles permettent un contrôle total sur l'environnement et facilitent la visualisation des résultats. Cette analyse a ensuite été transposée sur les résultats obtenus à partir du nuage de points réel. Les résultats obtenus par la méthode proposée ont démontré une capacité à détecter la présence d'occlusions dans les milieux résidentiels et ruraux. La combinaison de la segmentation sémantique pour l'étiquetage du nuage de points avec la détection d'occlusions par lancers de rayons a permis une identification robuste des occlusions. Ces résultats soulignent l'efficacité de la solution dans des contextes réalistes, renforçant ainsi sa pertinence pour la détection précise des ouvertures sur les façades, une étape cruciale pour évaluer les risques liés aux inondations. La transposition réussie de l'analyse des données simulées aux résultats du nuage de points réel valide la robustesse de l'approche et son applicabilité dans des scénarios du monde réel. / The frequency and extent of flood damage in Canada increases every year, necessitating preventive solutions. The lower floors of buildings are particularly vulnerable, justifying the need for accurate detection of openings such as doors and windows. Point clouds obtained by mobile telemetry are suitable for identifying the presence of such openings on building facades. However, the presence of occlusions in the point clouds caused by objects obstructing the LiDAR beam makes this a complex task. The present Master's project aims to address this issue by proposing an approach for detecting and characterizing occlusions in scenes acquired in residential and rural environments. The method was designed around two components: semantic segmentation to label the point cloud, and occlusion detection using ray tracing. The method was validated using simulated data, as these allow total control over the environment and facilitate visualization of the results. This analysis was then transposed to results obtained from the real point cloud. The results obtained by the proposed method demonstrated an ability to detect the presence of occlusions in residential and rural environments. Combining semantic segmentation for point cloud labeling with occlusion detection by ray-tracing enabled robust occlusion identification. These results underline the effectiveness of the solution in realistic contexts, reinforcing its relevance for the accurate detection of facade openings, a crucial step in assessing flood risks. The successful transposition of simulated data analysis to real point cloud results validates the robustness of the approach and its applicability in real-world scenarios.