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

De nombreuses données sont collectées par le ministère des Transports du Québec (MTQ) en rapport avec les activités d'entretien hivernal des routes, dans le but d'améliorer la gestion et les prises de décision. Le nombre et la diversité des données les rendent difficiles à exploiter pour mettre les événements météo routiers en rapport avec les ressources à déployer. La finalité de cette recherche est de proposer un processus de mise en valeur des données multi sources collectées par le MTQ en Estrie, afin d'offrir des pistes d'amélioration de la prise des décisions ou de la gestion de l'entretien hivernal. Une analyse des besoins des gestionnaires du MTQ en termes d'information météo routière est dans un premier temps effectuée, ainsi qu'un inventaire et des considérations sur le traitement des données pour leur validation et leur uniformisation. Une classification des risques météo-routiers est ensuite proposée afin d'explorer de façon optimale les données, et mettre au point à terme des processus pour leur mise en valeur selon les types de besoins exprimés. Les résultats de la recherche établissent des relations entre les principales caractéristiques des événements météo routiers, leurs impacts sur la chaussée et le dimensionnement des opérations d'entretien routier hivernal. Les événements les plus marquants peuvent ainsi être détectés ce qui permet de les analyser avec une plus grande exhaustivité dans le but de prendre en considération les particularités régionales. Cette recherche devrait apporter des éléments de réponse aux attentes des gestionnaires de Transports Québec pour leur souci d'évaluer les opérations d'entretien hivernal. Car, bien qu'étant une composante essentielle à l'optimisation de la gestion, le déploiement des ressources en fonction des caractéristiques des événements météo routiers est quelques fois difficile à mesurer. D'autre part, cette étude s'inscrit dans la volonté de rentabiliser la mise en place de technologies qui génère une imposante masse de données afin d'en soutirer des informations ou des connaissances conduisant à mettre en place des stratégies efficientes et qui s'inscrivent dans le contexte de transport durable.

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

Selon le dernier rapport de l’EFSA-ECDC (EFSA Journal 2014), les parasites se classent en 8ème position des agents étiologiques impliqués dans les épidémies d’origine alimentaire reportées en 2012 en Europe. Par ailleurs, un récent rapport de l’OMS et la FAO (2014) classe Toxoplasma gondii en première position des parasites protozoaires à considérer dans le domaine alimentaire, suivi de Cryptosporidium spp et Giardia duodenalis. Les oocystes de T. gondii et Cryptosporidium spp et les kystes de G. duodenalis sont des formes très résistantes excrétées en très grande quantité dans les selles des individus malades. Lorsqu’ils se retrouvent dans l’environnement, ils peuvent y persister longtemps et contaminer certaines matrices alimentaires (végétaux et mollusques) lors de leur production primaire. A l’heure actuelle, en l’absence de méthodes d’analyse standardisées dans les aliments pour ces 3 parasites, peu de données de prévalence sont disponibles dans la littérature et les épidémies d’origine alimentaire restent négligées. Pour combler ce manque, une norme pour la détection/quantification des kystes de G. duodenalis et des oocystes de Cryptosporidium spp. dans les végétaux à feuilles vertes et fruits rouges à baies par microscopie à fluorescence est en cours de rédaction (ISO 18744). Des approches moléculaires, plus compatibles avec l’analyse de routine ont été développées par ACTALIA et l’équipe PROTAL pour détecter les 3 parasites simultanément sur des matrices végétales (Protofood, ANR-09-ALIA-009). Cependant, quelque soit la méthode de détection utilisée, elle met en évidence les parasites vivants et morts. Or, seul un parasite viable pourra être infectieux et donc potentiellement provoquer une maladie. A l’heure actuelle, les modèles in vivo constituent la méthode de choix pour évaluer l’infectiosité de manière précise, sensible et quantitative. Ils sont en revanche coûteux, lourds à mettre en œuvre et présentent un délai de réponse de plusieurs jours voire semaines qui n’est pas compatible avec les attentes des professionnels de l’agroalimentaire. L’objectif de la thèse est de développer des méthodes moléculaires pour caractériser la viabilité des 3 protozoaires dans des matrices alimentaires et disposer d’un outil permettant l’évaluation du risque lié à la détection de ces dangers dans les aliments. Ces méthodes seront comparées à celles qui permettent de mesurer l’infectiosité. Elles seront ensuite mises en œuvre pour évaluer leur potentiel pour déterminer l’efficacité d’inactivation de traitements technologiques sur des matrices alimentaires. / In the latest report from EFSA-ECDC (EFSA Journal 2014), parasites are ranked in the 8th position of the etiological agents involved in foodborne outbreaks reported in Europe in 2012. Moreover, in a recent report from the WHO and FAO (2014), Toxoplasma gondii is designated as the first protozoan parasite to be considered in the food domain, followed by Cryptosporidium spp. and Giardia duodenalis. Oocysts of T. gondii and Cryptosporidium spp., and cysts of G. duodenalis are excreted in big quantity by infected hosts and are particularly resistant. Consequently they can be found in the environment during long period and contaminate food matrices (vegetables and molluscs) during primary production. For now, since there are no standard methods to detect these 3 parasites in food samples, only few occurrence data are available and foodborne outbreaks remain neglected. To fill this gap, an ISO standard which describes a method for the detection and quantification of Cryptosporidium and Giardia in green leafy vegetables and red berries fruit by fluorescence microscopy is being draft (ISO 18744). Molecular approaches which are more suitable for routine analyses were developed by ACTALIA and PROTAL to simultaneously detect the 3 parasites in vegetable matrices (Protofood, ANR-09-ALIA-009). Nevertheless, whatever the used detection method, it highlights alive and dead parasites. But solely a living parasite can be infectious and induce pathology. For the moment, animal models are the favorite method to quantitatively evaluate infectivity with accuracy and sensitivity. However they are costly, heavy to implement and display a long time-to-result (from days to weeks) which does not fit with the agro-industrial needs. The objective of the thesis is to develop molecular methods to characterize the viability of the three protozoa in food matrices in order to have a tool allowing risk assessment in food safety. These methods will be compared to infectivity measurement methods. Then they will be implemented to evaluate their potential to determine the efficiency of technological treatments to inactivate protozoa in food matrices.

Le développement durable, défini à l'origine comme un mode de développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs, souffre aujourd'hui des limites de cette définition. On dénombre en effet des centaines de définitions rendant le concept flou au point que mesures politiques et économiques les plus diverses se revendiquent durables.L'objectif de cette thèse est de modéliser le développement durable à l'aide des outils mathématiques de la théorie de la viabilité et de rendre sa définition opérationnelle. La théorie de la viabilité permet en effet d'intégrer les principales caractéristiques d'un développement durable : l'approche multi-objectifs, la prise en compte d'un horizon temporel infini, la possibilité de déterminer plusieurs politiques d'actions viables et le respect de l'équité intergénérationnelle. Le principe de la viabilité est l'étude de systèmes dynamiques contrôlés soumis à un ensemble de contraintes. Le concept central est celui de noyau de viabilité, ensemble regroupant tous les états initiaux à partir desquels il existe une évolution restant dans l'ensemble de contraintes. Après avoir mis en évidence les limites des méthodes utilisées dans la modélisation du développement durable telles que l'analyse multicritères, notre démarche scientifique s'appuie sur le développement de deux modèles mathématiques appliqués à la gestion durable du corridor forestier de Fianarantsoa (Madagascar). L'enjeu est alors de déterminer des politiques d'actions permettant de satisfaire un double objectif : la conservation de la forêt et la satisfaction des besoins de la population locale. Nous démontrons alors l'utilité de la théorie de la viabilité pour atteindre ces objectifs en définissant les contraintes adaptées et en calculant des noyaux de viabilité.

Les épidémies humaines sont un problème important de santé publique dans le monde. La modélisation mathématique fait partie de la panoplie des instruments pour les combattre. La thèse "Optimisation et contrôle viable de modèles épidémiologiques de dengue" se penche sur le cas de la dengue, une maladie endémique en Colombie. Le document de thèse est organisé en deux grandes parties, une partie I plus théorique et une partie II plus appliquée. Dans la partie I théorique, la dynamique de propagation d’une maladie infectieuse transmise par vecteur (comme la dengue, par moustiques) est représentée par des systèmes d'équations différentielles, reliant populations d'individus et de vecteurs. Nous considérons le modèle épidémique de Ross-Macdonald et le modèle endémique SIR SI. Après l'analyse quantitative de ces modèles, ce travail de thèse comporte deux contributions théoriques originales. L’étude du comportement transitoire traite du contrôle d'un épisode épidémique dans sa phase aiguë, avant son éventuelle extinction asymptotique. Nous cherchons, en jouant sur la variable de contrôle qu'est la mortalité du vecteur, à maintenir la proportion d'humains infectés (état) sous un seuil donné pour tous les temps (contrainte de viabilité). Par définition, le noyau de viabilité est l'ensemble des états initiaux pour lesquels il existe au moins une trajectoire de contrôles qui permette de satisfaire la contrainte de viabilité. Notre principale contribution est une description complète du noyau. Nous discutons de possibles contrôles viables, dont l'application garantit la satisfaction de la contrainte. Ensuite, nous analysons deux problèmes de contrôle optimal. L’un est la gestion d'un épisode épidémique à une échelle de temps courte. L’autre traite d'une maladie infectieuse endémique à une échelle plus longue où sont prises en complètes naissances et les morts des populations (humains et vecteurs).Nous déterminons les conditions nécessaires d'existence d'une solution optimale en utilisant le principe du maximum de Pontryagin. Nous abordons aussi l'analyse du cas de ressources limitées dans le temps. Dans la partie II, nous appliquons les approches de la partie I théorique à la gestion d'épisodes de dengue dans la ville de Santiago de Cali. Nous estimons les paramètres des modèles par moindres carrés, avec les données fournies par le Programme de vigilance épidémiologique du Secrétariat municipal de santé. Nous calculons numériquement le noyau de viabilité ajusté aux données observées durant les épisodes épidémiques de 2010 et 2013.Pour ce qui est du contrôle optimal, nous utilisons l'algorithme traditionnel de balayage avant et arrière, et comparons plusieurs alternatives pour le contrôle chimique du moustique. La meilleure stratégie est une combinaison d'aspersion d'un insecticide de faible létalité et d'implémentation de mesures de protection qui réduisent modérément le taux de piqûre du moustique. Enfin, nous abordons le problème de contrôle dynamique de la dengue sous incertitude. Nous développons un modèle de type Ross-Macdonald en temps discret avec incertitudes. Le noyau robuste de viabilité est l'ensemble des états initiaux tels qu'il existe au moins une stratégie d'aspersion d’insecticide qui garantisse que le nombre de personnes infectées se maintienne au-dessous d'un seuil, pour tous les temps, et ce quelles que soient les incertitudes. Sous des hypothèses appropriées sur l'ensemble des scénarios d'incertitudes(correspondant à l'indépendance temporelle), une équation de programmation dynamique permet de calculer numériquement des noyaux. Après avoir choisi trois ensembles d'incertitudes emboîtés, un déterministe (sans incertitude), un moyen et un grand, nous pouvons mesurer l'incidence des incertitudes sur la taille du noyau, notamment sur sa réduction par rapport au cas déterministe (sans incertitude) / Human epidemics are an important problem of public health in the world. Mathematical modelling is part of the instruments to fight them. The thesis «Optimization and viable control of epidemiological models of dengue» deals with the case of the dengue, an endemic disease in Colombia. The document is organized in two parts, a more theoretical Part I, and a Part II centered on applications. In Part I, the dynamics of propagation of an infectious vector-borne disease (such as dengue, transmitted by mosquitoes) is represented by systems of differential equations, connecting populations of individuals and vectors. We consider the epidemic model of Ross-Macdonald, and an endemic model of SIR-SI type. After the stability analysis of these dynamical models, this work brings forward two original theoretical contributions. The study of the transitory behavior deals with the control of an epidemic episode in its acute phase, before its possible asymptotic extinction. We look, by playing on the variable of control that is the mortality of the vector, to maintain human infected proportion (state) under a given threshold for all times (viability constraint). By definition, the viability kernel is the set of all initial states for which there is at least a trajectory of controls which allows to satisfy the viability constraint. Our main contribution is a complete description of the kernel. We discuss possible viable controls, whose application guarantees the satisfaction of the constraint. Then, we analyze two problems of optimal control. First problem is concerned with handling of an epidemic outbreak over a short timescale. Second one deals with an endemic infectious disease over a longer scale, where births and deaths within both populations (human and vector) are taken into account. We determine the necessary conditions of existence of an optimal solution by using the maximum principle of Pontryagin. We also tackle the case of resources limited over the time span. In part II, we apply the theoretical approaches of part I to the management of episodes of dengue in the city of Santiago of Cali. We estimate the parameters of the models by least squares, with the data supplied by the Program of epidemiological vigilance of the Municipal Secretariat of Public Health. We calculate numerically the viability kernel, fitted to the data observed during the epidemic episodes of 2010 and 2013.As for optimal control, we use the traditional forward-backward sweep algorithm, and compare several alternatives for the chemical control of the mosquito. The best strategy is a combination of spraying of an insecticide of low lethality, together with implementation of protective measures, which moderately reduce the biting rate of the mosquitos. Finally, we tackle the problem of dynamic control of the dengue under uncertainty. We develop a Ross-Macdonald model at discrete time with uncertainties. The robust viability kernel is the set of all initial states such as there is at least a strategy of insecticide spraying which guarantees that the number of infected people remains below a threshold, for all times, and whatever the uncertainties. Under proper assumptions on the set of scenarios of uncertainties (corresponding to temporal independence), an equation of dynamic programming allows to numerically calculate kernels. Having chosen three nested subsets of uncertainties a deterministic one (without uncertainty), a medium one and a large one we can measure the incidence of the uncertainties on the size of the kernel, in particular on its reduction with respect to the deterministic case (without uncertainty)

La théorie de la viabilité propose des concepts et méthodes pour contrôler un système dynamique afin de le maintenir dans un ensemble de contraintes de viabilité. Les applications sont nombreuses en écologie, économie ou robotique, lorsqu'un système meurt ou se détériore lorsqu'il quitte une certaine zone de son espace d'états. A partir du calcul du noyau de viabilité ou du bassin de capture d'un système, elle permet de définir des politiques d'action qui maintiennent le système dans l'ensemble de contraintes choisi. Cependant, les algorithmes classiques d'approximation de noyaux de viabilité ou de bassins de capture présentent certaines limitations ; notamment, ils souffrent de la malédiction de la dimensionnalité et leur application est réservée à des problèmes en petite dimension (dans l'espace d'état et des contrôles). L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes d'approximation de noyaux de viabilité et de bassin de capture plus performants, en utilisant une méthode d'apprentissage statistique particulière : les machines à vecteurs de support (Support Vector Machines - SVMs). Nous proposons un nouvel algorithme d'approximation d'un noyau de viabilité, basé sur l'algorithme de Patrick Saint-Pierre, qui utilise une méthode d'apprentissage pour définir la frontière du noyau. Après avoir rappelé les conditions mathématiques que la procédure doit respecter, nous considérons les SVMs dans ce contexte. Cette méthode d'apprentissage fournit une sorte de fonction barrière à la frontière du noyau, ce qui permet d'utiliser des méthodes d'optimisation pour trouver un contrôle viable, et ainsi de travailler dans des espaces de contrôle plus importants. Cette fonction "barrière" permet également de dériver des politiques de contrôle plus ou moins prudentes. Nous appliquons la procédure à un problème de gestion des pêches, en examinant quelles politiques de pêche permettent de garantir la viabilité d'un écosystème marin. Cet exemple illustre les performances de la méthode proposée : le système comporte 6 variables d'états et 51 variables de contrôle. A partir de l'algorithme d'approximation d'un noyau de viabilité utilisant les SVMs, nous dérivons un algorithme d'approximation de bassin de capture et de résolution de problèmes d'atteinte d'une cible en un temps minimal. Approcher la fonction de temps minimal revient à rechercher le noyau de viabilité d'un système étendu. Nous présentons une procédure qui permet de rester dans l'espace d'état initial, et ainsi d'éviter le coût (en temps de calcul et espace mémoire) de l'addition d'une dimension supplémentaire. Nous décrivons deux variantes de l'algorithme : la première procédure donne une approximation qui converge par l'extérieur et la deuxième par l'intérieur. La comparaison des deux résultats donne une évaluation de l'erreur d'approximation. L'approximation par l'intérieur permet de définir un contrôleur qui garantit d'atteindre la cible en un temps minimal. La procédure peut être étendue au problème de minimisation d'une fonction de coût lorsque celle-ci respecte certaines conditions. Nous illustrons cet aspect sur le calcul de valeurs de résilience. Nous appliquons la procédure sur un problème de calcul de valeurs de résilience sur un modèle d'eutrophication des lacs. Les algorithmes proposés permettent de résoudre le problème de l'augmentation exponentielle du temps de calcul avec la dimension de l'espace des contrôles mais souffrent toujours de la malédiction de la dimensionnalité pour l'espace d'état : la taille du vecteur d'apprentissage augmente exponentiellement avec la dimension de l'espace. Nous introduisons des techniques d'apprentissage actif pour sélectionner les états les plus "informatifs" pour définir la fonction SVM, et ainsi gagner en espace mémoire, tout en gardant une approximation précise du noyau. Nous illustrons la procédure sur un problème de conduite d'un vélo sur un circuit, système défini par six variables d'état.

Les robots marcheurs présentent une instabilité structurelle, du fait de contraintes dynamiques qui restreignent fortement l'étendue des mouvements qu'ils peuvent accomplir.<br />Nous commençons alors par proposer une formulation de la dynamique des robots marcheurs qui fait apparaître la structure spécifique de ces contraintes, démontrant notamment l'importance des appuis au sol. En s'appuyant ensuite sur la notion de viabilité, nous développons un point de vue inédit sur l'équilibre des robots marcheurs, ce qui nous amène à proposer une loi de commande totalement nouvelle, évaluant en permanence, parmi un ensemble de mouvements connus, ceux que le robot est capable de réaliser compte tenu de son état dynamique.<br />Un ensemble de développements logiciels et de travaux expérimentaux sont également entrepris autour du robot BIP, robot anthropomorphe comportant 15 articulations actionnées.

L’objectif de ce travail est de caractériser l’effet de l’érythromycine sur l’activité bactérienne et l’inhibition de l’épuration dans les réacteurs de traitement des eaux usées urbaines. L’étude a montré l’importance du temps d’exposition à l’érythromycine. L’inhibition de la nitrification et de l’épuration de la DCO a été mesurée sur une période de 4 h pour des concentrations supérieures à 1 mg/L d’érythromycine alors que l’inhibition de l’épuration pour une concentration d’érythromycine de 4 µg/L a été mesurée suite à 20 h d’exposition. L’origine de la liqueur mixte est également déterminante : l’érythromycine a inhibé la nitrification avec les boues de Nancy mais n’a pas inhibé la nitrification avec les boues et Épinal. Par contre, l’inhibition de l’épuration de la DCO a été mesurée pour les deux boues. Des analyses microscopiques ont montré qu’en présence d’érythromycine les flocs bactériens se fractionnaient suite aux lyses bactériennes. La microscopie en épifluorescence et la microscopie confocale combinées à des marqueurs de viabilité fluorescents ont permis de déterminer les vitesses de mortalité bactérienne. Ces études ont mis en évidence un temps de latence qui précède la mortalité des bactéries. Ce temps de latence pourrait être lié aux mécanismes d’adsorption de l’antibiotique et de diffusion dans les flocs, ainsi qu’à la vitesse biologique de mortalité. Enfin, un marquage simultané Gram et viabilité (microscopie confocale 3D au cours du temps) a montré que l’érythromycine pourrait modifier la composition bactérienne des boues en sélectionnant les bactéries les moins sensibles / This study examines the effect of erythromycin on activated sludge bacteria and the inhibition of the pollution removal in batch reactors treating urban wastewater. Results showed the importance of exposure time to erythromycin. Inhibition of nitrification and COD removal was measured during a 4 h period for erythromytcin concentrations higher than 1 mg/L. A 4 µg/L erythromycin concentration inhibited COD removal during a 20 h exposure time. The effect of erythromycin on nitrification was variable depending on the sludge origin. Erythromycin inhibited the specific nitrification rate with sludge from Nancy WWTP, but increased the nitrification rate at the other facility (Epinal WWTP). The cell lysis resulted in destruction of activated sludge flocs. Microscopic techniques (epifluorescence and confocal laser scanning microscopy (CLSM)), combined with a fluorescent viability indicator, allowed us to study erythromycin time-kill activity.Viability staining results showed a latency time before the lower antibiotic concentrations began to kill bacteria. This latency time could be related to antibiotic adsorption and diffusion into activated sludge flocs as well as the rate of bateria death. The effect of erythromycin according to the bacterial Gram type was investigated with 3-dimensional Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) time-lapse imaging combined with a Gram and Viability staining. Gram+ bacteria had a higher mortality rate than the Gram- bacteria. This result suggests that antibiotic in wastewater could change the activated sludge bacteria composition according to their Gram type by selecting bacteria the less sensitive to the antibiotics

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