Il est raisonnable de considérer qu'un auditeur ne perçoit pas la musique comme une simple séquence de sons, pas plus que le compositeur n'a conçu son morceau comme tel. La musique est en effet constituée de motifs dont l'organisation intrinsèque et les relations mutuelles participent à la structuration du propos musical, et ce à plusieurs échelles simultanément. Cependant, il est aujourd'hui encore très difficile de définir précisément le terme de concept musicale. L'un des principaux aspects de la musique est qu'elle est en grande partie constituée de redondances, sous forme de répétitions exactes et variées. L'organisation de ces redondances permet de susciter une attente chez l'auditeur. Une surprise peut alors être créée en présentant des éléments qui ne correspondent pas à cette attente. Ce travail de thèse se base sur l'hypothèse que les redondances, l'attente et la surprise sont des éléments essentiels pour la description de la structure musicale d'un segment. Un certain nombre de questions découlent de ce constat: quels sont les éléments musicaux qui participent à la structure d'un objet musical ? Quelles sont les dépendances entre ces éléments qui jouent un rôle essentiel dans la structuration d'un objet musical ? Comment peut-on décrire une relation entre deux éléments musicaux tels que des accords, des motifs rythmiques ou mélodiques ? Dans ce manuscrit, des éléments de réponse sont proposés par la formalisation et l'implémentation d'un modèle multi-échelle de description de la structure d'un segment musical : les Graphes Polytopiques à Relations Latentes (GPRL/PGLR). Dans ce travail, les segments considérés sont les sections successives qui forment une pièce musicale. Dans le cas de la pop, genre musical sur lequel se concentre ce travail, il s'agit typiquement d'un couplet ou d'un refrain, de 15 sec. environ, comprenant un début et une fin bien définis. En suivant le formalisme PGLR, les relations de dépendance prédominantes entre éléments musicaux d'un segment sont celles qui relient les éléments situés à des positions homologues sur la grille métrique du segment. Cette approche généralise sur le plan multi-échelle le modèle Système&Contraste qui décrit sous la forme d'une matrice 2×2 le système d'attente logique au sein d'un segment et la surprise qui découle de la réalisation de cette attente. Pour des segments réguliers de taille 2^n, le PGLR peut être représenté sur un n-cube (carré, cube, tesseract, ...), où n est le nombre d'échelles considérées. Chaque nœud du polytope correspond à un élément musical fondamental (accord, motif, note...), chaque arête représente une relation entre deux nœuds et chaque face représente un système de relations. La recherche du PGLR correspondant à la meilleure description de la structure d'un segment musical s'opère par l'estimation jointe : de la description du polytope (un n-polytope plus ou moins régulier) ; de la configuration du graphe sur le polytope, permettant de décrire le flux de dépendance et les interactions entre les éléments par des implications élémentaires systémiques au sein du segment ; la description de l'ensemble des relations entre les nœuds du graphe. Le but du modèle PGLR est à la fois de décrire les dépendances temporelles entre les éléments d'un segment et de modéliser l'attente logique et la surprise qui découlent de l'observation et de la perception des similarités et des différences entre ces éléments. Cette approche a été formalisée et implémentée pour décrire la structure de séquences d'accords ainsi que de segments rythmiques et mélodiques, puis évaluée par sa capacité à prédire des segments inconnus. La mesure utilisée pour cette évaluation est la perplexité croisée calculée à partir des données du corpus RWC POP. Les résultats obtenus donnent un large avantage à la méthode multi-échelle proposée, qui semble mieux à même de décrire efficacement la structure des segments testés. / In this thesis, we approach these questions by defining and implementing a multi-scale model for music segment structure description, called Polytopic Graph of Latent Relations (PGLR). In our work, a segment is the macroscopic constituent of the global piece. In pop songs, which is the main focus here, segments usually correspond to a chorus or a verse, lasting approximately 15 seconds and exhibiting a clear beginning and end. Under the PGLR scheme, relationships between musical elements within a musical segment are assumed to be developing predominantly between homologous elements within the metrical grid at different scales simultaneously. This approach generalises to the multi-scale case the System&Contrast framework which aims at describing, as a 2×2 square matrix, the logical system of expectation within a segment and the surprise resulting from that expectation. For regular segments of 2^n events, the PGLR lives on a n-dimensional cube (square, cube, tesseract, etc...), n being the number of scales considered simultaneously in the multi-scale model. Each vertex in the polytope corresponds to a low-scale musical element, each edge represents a relationship between two vertices and each face forms an elementary system of relationships. The estimation of the PGLR structure of a musical segment can then be obtained computationally as the joint estimation of : the description of the polytope (as a more or less regular n-polytope) ; the nesting configuration of the graph over the polytope, reflecting the flow of dependencies and interactions as elementary implication systems within the musical segment, the set of relations between the nodes of the graph. The aim of the PGLR model is to both describe the time dependencies between the elements of a segment and model the logical expectation and surprise that can be built on the observation and perception of the similarities and differences between elements with strong relationships. The approach is presented conceptually and algorithmically, together with an extensive evaluation of the ability of different models to predict unseen data, measured using the cross-perplexity value. These experiments have been conducted both on chords sequences, rhythmic and melodic segments extracted from the RWC POP corpus. Our results illustrate the efficiency of the proposed model in capturing structural information within such data.

Les systèmes d'imagerie connaissent un développement soutenu et deviennent de plus en plus largement répandus. Les systèmes d'imagerie mettent en oeuvre des principes physiques variés dont l'élaboration continue de progresser (imagerie par résonance magnétique, thermographie, imagerie multi et hyperspectrale, etc). Au delà de leur constitution physique variée, les images produites ont en commun de constituer un support d'information. Dans ce contexte, nous proposons une contribution à des approches informationnelles en imagerie. Celle-ci est guidée par une transposition du paradigme informationnel de Shannon en imagerie développée selon deux axes. Nous présentons une approche de traitements conjoints où la finalité informationnelle de l'acquisition des images est une donnée connue a priori et utilisée pour optimiser certains réglages de la chaîne d'imagerie. Différentes problématiques de traitements conjoints de l'information sont présentées (échelle d'observation - estimation conjointe, compression - estimation conjointe, et acquisition - compression conjointe). Nous étendons ensuite le champ des études en résonance stochastique en explorant de nouveaux couplages signal-bruit se prêtant à des effets de bruit utile, en imagerie cohérente et en imagerie par résonance magnétique. La résonance stochastique est également considérée, de par sa signification informationnelle spécifique (le bruit utile à l'information), comme un phénomène permettant de tester et d'approfondir l'appréciation des propriétés et potentialités de mesures entropiques ou informationnelles appliquées en imagerie. Elle est en particulier utilisée comme un banc de test pour confronter ces mesures informationnelles à des mesures psychovisuelles sur des images.

Le canal acoustique sous-marin (ASM) est réputé comme difficile. Il présente à la fois des effets de réflexion/réfraction générant de la dispersion temporelle importante, une atténuation fortement croissante avec la fréquence qui restreint la bande-passante disponible, ainsi qu'une forte variabilité du milieu, qui, combinée avec une faible célérité des ondes acoustiques, induit une dispersion fréquentielle conséquente. Contrairement à la recherche dans le domaine des radio-communications qui repose principalement sur des modèles de propagations bien établis, la recherche en communication ASM ne dispose pas de tels modèles et s'appuie majoritairement sur des expérimentations en mer. L'objectif principal de ce travail de thèse est de montrer que malgré notre connaissance limitée sur la réalité physique du canal, il est possible, en utilisant des outils théoriques adaptés, de déterminer en laboratoire des directives pertinentes aussi bien pour la sélection des modulations et la validation des modems correspondants que pour les prédictions de débit. Dans ce contexte, la théorie de l'information s'avère être un outil très précieux pour inférer un maximum de conclusions sur le canal et induire des directives pratiques sur les formats de modulation. Nous développons dans un premier temps un point de vue de théorie de l'information sur la modélisation de canaux acoustiques sous-marins doublement dispersifs en s'appuyant sur le principe d'entropie maximale. Dans un cadre d'inférence plus empirique, nous proposons ensuite un modèle de canal alimenté par des données réelles qui repose sur l'hypothèse selon laquelle une réponse impulsionnelle de canal mesurée en mer n'est qu'une observation d'un processus aléatoire sous-jacent. Nous dérivons dans un troisième temps de nouvelles bornes de capacité sur le canal ASM en considérant des hypothèses plus réalistes que l'état de l'art sur le sujet : le canal est ici supposé doublement dispersif, la puissance crête limitée et la réalisation courante du canal inconnue de l'émetteur et du récepteur (contexte non-cohérent). Enfin, nous nous intéressons à la structure "propre" du canal et cherchons à optimiser la forme d'onde de transmission pour trouver un bon compromis entre les notions très intriquées de robustesse et de débit qui caractérisent les performances des systèmes de communication.

Ce document d'HDR a pour but de démontrer ma capacité à diriger des recherches et à encadrer de jeunes chercheurs. On y trouve une synthèse de mes travaux situés à l'interface de la physique et des sciences de l'information : - les effts de résonance stochastique où le bruit joue un rôle utile dans le traitement non linéaire de l'information. Un point de vue original est en particulier développé en direction d'effets de bruit utile utilisant les nonlinéarités naturelles des capteurs de signaux ou d'images donnant lieu à des réalisations expérimentales sur des systèmes optiques; - l'analyse de signaux et d'images à travers les échelles par des outils d'analyse fractale et multifractale; - le projet de recherche que je développe actuellement en direction du traitement du signal et de l'imagerie appliqués aux sciences du vivant (biomédicale et végétale). Ce faisant, le document présente la démarche suivie à travers ces thématiques de recherche tour à tour guidées par le développement de paradigmes informationnels, le déploiement d'outils transversaux issus de la théorie de l'information, le lien avec mes activités d'enseignement également situées à l'interface de la physique et des sciences de l'information ou encore les richesses, contraintes et opportunités liées à mon environnement actuel de recherche.

Cette thèse a pour but d'évaluer la performance théorique des approches coopératives pour la fiabilisation des transmissions dans les réseaux autour du corps humain. Ces réseaux sont formés d'un nombre limité de capteurs communicants disposés sur et dans le corps. Les techniques de coopération dans les réseaux de cette taille sont extrêmement dépendantes de l'information disponible quand à la qualité des canaux de communication au moment de la transmission. Sous une hypothèse de connaissance de la valeur moyenne à moyen et long terme de l'affaiblissement de ces canaux, nous dérivons une approximation du taux d'erreur paquet de bout en bout pour des techniques de relayage. Nous présentons également, pour certains de ces modèles, une allocation de puissance asymptotiquement optimale, fournissant un gain sur une large plage des puissances d'émission. En supposant ensuite que les noeuds ont une connaissance parfaite de l'état du réseau, nous étudions la capacité de Shannon sur des canaux à relais, et des canaux comprenant deux émetteurs coopérant entre eux. Pour ces deux modèles, nous montrons que lorsque l'on cherche à optimiser la répartition de puissance totale disponible à l'émission, l'étude se réduit à celle d'un modèle de canal équivalent simplifiant grandement l'analyse de la capacité et fournissant des solutions analytiques aux problèmes d'allocation de ressources. Nous présentons enfin une plate-forme de mesures pour les réseaux autour du corps humain, permettant de relever de manière quasi-simultanée l'intégralité des affaiblissements des liens entre les nœuds du réseau. Cette plateforme nous permet de traiter de la stabilité de ces liens et de la validité de l'hypothèse de réciprocité. Nous évaluons également la corrélation spatiale de l'affaiblissement des liens et nous montrons en particulier que celle-ci varie fortement au cours du mouvement, mais de façon suffisamment lente pour être estimée au fil de l'eau.

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La communication humaine vise principalement à transmettre de l'information par le biais de l'utilisation de langues. Plusieurs chercheurs ont soutenu l'hypothèse selon laquelle les limites de la capacité du canal de transmission amènent les locuteurs de chaque langue à encoder l'information de manière à obtenir une répartition uniforme de l'information entre les unités linguistiques utilisées. Dans nos recherches, la stratégie d'encodage de l'information en communication parlée est connue comme résultant de l'interaction complexe de facteurs neuro-cognitifs, linguistiques, et sociolinguistiques et nos travaux s'inscrivent donc dans le cadre des systèmes adaptatifs complexes. Plus précisément, cette thèse vise à mettre en évidence les tendances générales, translinguistiques, guidant l'encodage de l'information en tenant compte de la structure des langues à trois niveaux d'analyse (macrosystémique, mésosystémique, et microsystémique). Notre étude s'appuie ainsi sur des corpus oraux et textuels multilingues dans une double perspective quantitative et typologique. Dans cette recherche, la langue est définie comme un système adaptatif complexe, régulé par le phénomène d'auto-organisation, qui motive une première question de recherche : "Comment les langues présentant des débits de parole et des densités d'information variés transmettent-elles les informations en moyenne ?". L'hypothèse défendue propose que la densité moyenne d'information par unité linguistique varie au cours de la communication, mais est compensée par le débit moyen de la parole. Plusieurs notions issues de la théorie de l'information ont inspiré notre manière de quantifier le contenu de l'information et le résultat de la première étude montre que le débit moyen d'information (i.e. la quantité moyenne d'information transmise par seconde) est relativement stable dans une fourchette limitée de variation parmi les 18 langues étudiées. Alors que la première étude propose une analyse de l'auto-organisation au niveau macro- systémique, la deuxième étude porte sur des sous-systèmes linguistiques tels que la phonologie et la morphologie : elle relève donc d'une analyse au niveau mésosystémique. Elle porte sur les interactions entre les modules morphologique et phonologique en utilisant les mesures de la complexité linguistique de ces modules. L'objectif est de tester l'hypothèse d'uniformité de la complexité globale au niveau mésosystémique. Les résultats révèlent une corrélation négative entre la complexité morphologique et la complexité phonologique dans les 14 langues et vont dans le sens de l'hypothèse de l'uniformité de la complexité globale d'un point de vue typologique holistique. La troisième étude analyse l'organisation interne des sous-systèmes phonologiques au moyen de la notion de charge fonctionnelle (FL) au niveau microsystémique. Les contributions relatives des sous-systèmes phonologiques (segments, accents, et tons) sont évaluées quantitativement en estimant leur rôle dans les stratégies lexicales. Elles sont aussi comparées entre 2 langues tonales et 7 langues non-tonales. En outre, la distribution interne de la charge fonctionnelle à travers les sous-systèmes vocaliques et consonantiques est analysée de façon translinguistique dans les 9 langues. Les résultats soulignent l'importance du système tonal dans les distinctions lexicales et indiquent que seuls quelques contrastes dotés d'une charge fonctionnelle élevée sont observés dans les distributions inégales de charge fonctionnelle des sous-systèmes dans les 9 langues. Cette thèse présente donc des études empiriques et quantitatives réalisées à trois niveaux d'analyse, qui permettent de décrire des tendances générales parmi les langues et apportent des éclaircissements sur le phénomène d'auto-organisation. / The main goal of using language is to transmit information. One of the fundamental questions in linguistics concerns the way how information is conveyed by means of language in human communication. So far many researchers have supported the uniform information density (UID) hypothesis asserting that due to channel capacity, speakers tend to encode information strategically in order to achieve uniform rate of information conveyed per linguistic unit. In this study, it is assumed that the encoding strategy of information during speech communication results from complex interaction among neurocognitive, linguistic, and sociolinguistic factors in the framework of complex adaptive system. In particular, this thesis aims to find general cross-language tendencies of information encoding and language structure at three different levels of analysis (i.e. macrosystemic, mesosystemic, and microsystemic levels), by using multilingual parallel oral and text corpora from a quantitative and typological perspective. In this study, language is defined as a complex adaptive system which is regulated by the phenomenon of self-organization, where the first research question comes from : "How do languages exhibiting various speech rates and information density transmit information on average ?". It is assumed that the average information density per linguistic unit varies during communication but would be compensated by the average speech rate. Several notions of the Information theory are used as measures for quantifying information content and the result of the first study shows that the average information rate (i.e. the average amount of information conveyed per second) is relatively stable within a limited range of variation among the 18 languages studied. While the first study corresponds to an analysis of self-organization at the macrosystemic level, the second study deals with linguistic subsystems such as phonology and morphology and thus, covers an analysis at the mesosystemic level. It investigates interactions between phonological and morphological modules by means of the measures of linguistic complexity of these modules. The goal is to examine whether the equal complexity hypothesis holds true at the mesosystemic level. The result exhibits a negative correlation between morphological and phonological complexity in the 14 languages and supports the equal complexity hypothesis from a holistic typological perspective. The third study investigates the internal organization of phonological subsystems by means of functional load (FL) at the microsystemic level. The relative contributions of phonological subsystems (segments, stress, and tones) are quantitatively computed by estimating their role of lexical strategies and are compared in 2 tonal and 7 non-tonal languages. Furthermore, the internal FL distribution of vocalic and consonantal subsystems is analyzed cross-linguistically in the 9 languages. The result highlights the importance of tone system in lexical distinctions and indicates that only a few salient high-FL contrasts are observed in the uneven FL distributions of subsystems in the 9 languages. This thesis therefore attempts to provide empirical and quantitative studies at the three different levels of analysis, which exhibit general tendencies among languages and provide insight into the phenomenon of self-organization.

L'objectif de ce travail de recherche est l'étude des posibilités offertes par une nouvelle approche de l'information quantique basée sur des variables quantiques continues. Lorsque ces variables continues sont portées par le champs éléctromagnétique, un grand nombre de protocoles d'information quantique peuvent être implémentés à l'aide de lasers et d'éléments d'optique linéaire standards. Cette simplicité expérimentale rend cette approche très intéressantes d'un point de vue pratique, en particulier pour le développement des futurs réseaux de communications quantiques.<p><p>Le travail peut se diviser en deux parties complémentaires. Dans la première partie, plus fondamentale, la relation complexe qui existe entre l'intrication et la nonlocalité de la mécanique quantique est étudiée sur base des variables optiques continues. Ces deux ressources étant essentielles pour l'information quantique, il est nécessaire de bien les comprendre et de bien les caractériser. Dans la seconde partie, orientée vers des applications concrètes, le problème de la correction d'erreur à variables continues est étudié. Pouvoir transmettre et manipuler l'information sans erreurs est nécessaire au bon développemnent de l'information quantique, mais, en pratique, les erreurs sont inévitables. Les codes correcteurs d'erreurs permettent de détecter et corriger ces erreures de manière efficace.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Un stable (ou ensemble indépendant) est un ensemble de sommets qui sont deux à deux non adjacents. De nombreux résultats classiques en optimisation combinatoire portent sur le nombre de stabilité (défini comme la plus grande taille d'un stable), et les stables se classent certainement parmi les structures les plus simples et fondamentales en théorie des graphes.<p><p>La thèse est divisée en deux parties, toutes deux liées à la notion de stables dans un graphe. Dans la première partie, nous étudions un problème de coloration de graphes, c'est à dire de partition en stables, où le but est de minimiser l'entropie de la partition. C'est une variante du problème classique de minimiser le nombre de couleurs utilisées. Nous considérons aussi une généralisation du problème aux couvertures d'ensembles. Ces deux problèmes sont appelés respectivement minimum entropy coloring et minimum entropy set cover, et sont motivés par diverses applications en théorie de l'information et en bioinformatique. Nous obtenons entre autres une caractérisation précise de la complexité de minimum entropy set cover :le problème peut être approximé à une constante lg e (environ 1.44) près, et il est NP-difficile de faire strictement mieux. Des résultats analogues sont prouvés concernant la complexité de minimum entropy coloring.<p><p>Dans la deuxième partie de la thèse, nous considérons les graphes dont le nombre de stabilité augmente dès qu'une arête est enlevée. Ces graphes sont dit être "alpha-critiques", et jouent un rôle important dans de nombreux domaines, comme la théorie extrémale des graphes ou la combinatoire polyédrique. Nous revisitons d'une part la théorie des graphes alpha-critiques, donnant à cette occasion de nouvelles démonstrations plus simples pour certains théorèmes centraux. D'autre part, nous étudions certaines facettes du polytope des ordres totaux qui peuvent être vues comme une généralisation de la notion de graphe alpha-critique. Nous étendons de nombreux résultats de la théorie des graphes alpha-critiques à cette famille de facettes.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette étude analyse le contexte d’élaboration et le contenu d’un corpus de témoignages de rescapés des camps nazis composé de récits de résistants et de Juifs enregistrés dans les années 1990 par la Fondation Auschwitz de Bruxelles, dont un des buts est de prévenir la résurgence de toute forme de fascisme.<p>\ / Doctorat en philosophie et lettres, Orientation histoire / info:eu-repo/semantics/nonPublished