Balades aléatoires dans les Petits Mondes Lexicaux

International audienceCet article présente une méthode stochastique pour l'étude de la structure des grands graphes de terrain de type petits mondes hiérarchiques. Cette méthode consiste à transformer un graphe en une chaîne de Markov dont les états sont les sommets du graphe en question. Des particules se baladent aléatoirement de sommets en sommets dans le graphe en empruntant les arcs du graphe. Ce sont les dynamiques des trajectoires des particules qui nous donnent les propriétés structurelles des graphes étudiés. Nous verrons que cette approche, qui est une forme de « connexionnisme structurel », permet de proposer en perspective une modélisation géométrique du sens où les petits mondes hiérarchiques sont non seulement une excellente compression de la forme du sens, mais de plus permettent une navigation et un accès très efficace à l'information, avec une dynamique d'acquisition du général vers le particulier par raffinement (enfant en cours d'acquisition de sa langue maternelle), ainsi qu'une excellente robustesse en cas de déficit (aphasie, apprenant), et un raisonnement à granularité variable ce qui permet de faire chuter la complexité. Pour illustrer cette approche, des exemples et résultats concrets sont présentés sur des graphes d'origine linguistique, ce qui permet d'envisager un outil de navigation pour le web, dont l'ergonomie cognitive d'accès à l'information est une métaphore de l'acquisition du langage par les jeunes enfants

Vers les sources optiques compatibles CMOS : corrélation entre élaboration et propriétés des nanocristaux de Si par LPCVD

Les systèmes sur puce comportant des fonctions optiques ont un vif intérêt pour les futures générations de systèmes embarqués, les telecommunications, l'instrumentation. La faisabilité d'une source silicium compatible avec la technologie CMOS reste à ce jour un verrou majeur pour ouvrir la voie à des systèmes optoélectroniques intégrés. L'utilisation des nanocristaux de silicium dans une matrice de SiO2 est actuellement une voie prometteuse visant à lever ce verrou. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité de sources émettant dans le visible/proche infrarouge à base de nanocristaux de silicium, en explorant les potentialités de dépôts LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). En partant de l'étude des propriétés des nanocristaux, une approche bottom-up a été choisie pour la réalisation des composants de test. Un procédé d'élaboration du matériau actif, compatible avec la technologie CMOS, a été mis au point et nous a permis d'obtenir de façon reproductible des nanocristaux avec les propriétés souhaitées. Les mécanismes d'émission lumineuse ont été étudiés et corrélés avec les propriétés structurales et électriques. Une émission lumineuse intense a été obtenue sous excitation optique. L'obtention d'électroluminescence nécessite quant à elle une optimisation spécifique tant au niveau matériau qu'au niveau procédé technologique. A cette fin, plusieurs voies ont été explorées nous conduisant à établir le compromis entre propriétés optiques et électriques. Au terme de cette étude, nous avons évalué les avantages et inconvénients de cette technique d'élaboration et proposons des solutions pour parvenir à fabriquer un dispositif électroluminescent fonctionnel.Integrated systems comprising on-chip optical functions are of great interest for future generations of embedded, telecommunications sensing and instrumentation applications. The feasibility of a Silicon light source, compatible with CMOS technology remains a major hurdle in the development of systems combining optical and electronic functions on the same chip. The use of silicon nanocrystals embedded in a SiO2 matrix seems to be a promising solution. The objective of this work is to study the feasibility of visible/near infrared light sources using silicon nanocrystals obtained by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Starting with a study of the material properties, we chose a bottom-up approach to fabricate several test devices. A reproducible, CMOS compatible technological process has been established to obtain the active material with the desired properties. The mechanisms of light emission have been studied by different characterization techniques and correlated with the structural and electrical properties. We have obtained intense emission under optical excitation in the visible/near infrared domain. Electroluminescence, however, requires a specific optimization of the active layer. We have explored several different implementations and have identified the tradeoffs between optical and electrical properties. At the end of this study, we have evaluated the advantages and disadvantages of LPCVD as a fabrication method for Si nanocrystals and propose solutions for the implementation of a functional electroluminescent device

Analyse d'images : Filtrage et segmentation

Ouvrage publié avec l'aide du Ministère des affaires étrangères, direction de la coopération scientifique et technique. AVERTISSEMENT Le livre publié en 1995 chez MASSON (EAN13 : 9782225849237) est épuisé. Cette version pdf est une version élaborée à partie de la version préliminaire transmise à l'éditeur. La mise en page est légèrement différente de celle du livre. Malheureusement quelques figures de l'annexe C ont été perdues.International audienceL'analyse d'image touche à l'heure actuelle de nombreux domaines, avec des objectifs aussi variés que l'aide au diagnostic pour les images médicales, la vision artificielle en robotique ou l'analyse des ressources terrestres à partir des images prises par satellite. Le but du traitement de ces images est à la fois simple dans son concept et difficile dans sa réalisation. Simple en effet, puisqu'il s'agit de reconnaître des objets que notre système visuel perçoit rapidement, du moins pour la majorité d'entre eux. Difficile cependant, car dans la grande quantité d'informations contenues dans l'image, il faut extraire des éléments pertinents pour l'application visée et ceci indépendamment de la qualité de l'image. L'analyse d'image s'est donc dotée d'outils et de méthodes puissants issus de domaines aussi variés que les mathématiques, le traitement du signal, ou l'informatique. Cet ouvrage présente un des aspects les plus importants du traitement des images : la " segmentation ". Il récapitule d'abord les grandeurs observables et calculables sur une image et les algorithmes de manipulation des structures de données associées. Il détaille ensuite les traitements préliminaires, tels le filtrage du bruit et les deux types d'approche de la segmentation, l'extraction des contours et celle des régions. Chacune fait l'objet d'une étude théorique et de nombreux résultats illustrent les performances. Une des originalités de l'ouvrage est l'étude comparative des différentes techniques appliquées sur un même corpus d'images réelles

Analyse des écoulements micro-vasculaires cérébraux

Ces travaux s'intéressent à la micro-hydrodynamique des écoulements sanguins cérébraux dans les réseaux micro-vasculaires. A partir d'images tridimensionnelles haute résolution obtenues par micro-tomographie, les réseaux micro-vasculaires sont numérisés après différentes étapes de traitement d'images. Une résolution numérique approchée des écoulements sanguins quasi-statique de type réseau est développée. Cette approche permet à la fois de prendre en compte la structure géométrique micro-vasculaire complexe et les interactions hydrodynamiques non-locales des hématies confinées qui s'écoulent en son sein. La méthode proposée permet l'évaluation des distributions de pression, d'hématocrite et de débit sur des volumes cérébraux d'une dizaine de millimètres cube où quelques dizaines de milliers de segments vasculaires sont présents. L'analyse systématique des modèles de rhéologie sanguine existant montrent la prépondérance du choix du modèle de viscosité, à opposer au faible impact de la séparation de phase sur l'écoulement, phénomène pour lequel nous proposons aussi une modélisation alternative. De plus, nous avons analysé la perfusion sanguine cérébrale, et l'organisation générale des écoulements corticaux. Dans la situation physiologique normale, nous quantifions les territoires vasculaires qui sont les unités fonctionnelles micro-vasculaires. Nous évaluons leur évolution et leur robustesse dans des contextes pathologiques modèles et notamment pour les micro-accidents vasculaires cérébraux.This work is concerned with the hydrodynamics of blood flow in micro-vascular cerebral networks. The micro-vascular networks are reconstructed from specimens using high resolution three-dimensional micro-tomography imaging and post-processing techniques. A numerical quasi-static approximation of blood flow is then developed. This approach allows to account for both the complex geometric structure of micro-vascular networks and the non-local hydrodynamic interactions of red blood cells flowing within them. The proposed method permits the evaluation of pressure, hematocrit and flow distributions over cortical brain volumes of about ten cubic millimeters containing tens of thousands of vascular segments. A systematic analysis of blood rheology models demonstrate the importance of the choice of viscosity model, in contrast to the low impact of the phase separation on the flow, a phenomenon for which we also offer alternative model. Moreover, we analyse the the cerebral blood perfusion and the general organisation of cortical blood flow. We quantify the vascular regions that are essentially micro-vascular functional units under normal physiological conditions and assess their evolution and robustness in pathological contexts such as for cerebral micro-strokes

Adaptation de la méthode de projection de franges pour la mesure du relief de grands objets et pour la modélisation anthropométrique (application à l'étude de flotteurs sous pression et au suivi de pathologie de l'abdomen)

L'étude proposée porte sur l'adaptation d'une méthode de mesure optique à lamesure de la topologie d'objet de grandes dimensions et à une distance de travail proche. Laméthode optique utilisée est la projection de franges car elle permet l'étude de grands objets.Dans un premier temps, des essais expérimentaux ont été réalisés pour évaluer l'exactitudedu développement actuel ; ce dernier utilisant une analyse de franges s'appuyant sur lacombinaison d'une méthode quasi-hétérodyne utilisant une transformation de Fourier etd'une méthode de code gray.Après avoir quantifié les erreurs et déterminé leurs sources, le choix dudéveloppement d'une procédure d'étalonnage et de nouvelles équations associées à cetteprocédure se sont imposés. Le nouvel étalonnage est quant à lui basé sur une interpolationpolynomiale de points définissant un volume de grandes dimensions. Un objet étalon a étéspécialement conçu pour cette procédure de calibration. Pour évaluer l'erreur du à lacalibration, une étude systématique de cas de polynômes dont le plus haut degré varie de 1à 4 a été effectué. Cette approche a permis de déterminer le degré optimal du polynôme àutiliser. Dans le meilleur cas, l'estimation de l'erreur a permis d'évaluer la précision del'étalonnage à 1 mm sur un objet de 2 m évalué à une distance de 2 m.La méthode a été par la suite appliquée, dans un cadre industriel à l'étude deflotteurs et dans un cadre médical à l'étude du relief de la paroi abdominale. D'un point devue médical, cette méthode permet d'obtenir rapidement et facilement la morphologie ducorps humain. Elle permet aussi d'effectuer un meilleur suivi des pathologiesmorphologiques des patients.The proposed study deals with the adaptation of an optical method to themeasurement of large objects at a low working distance. The optical method used is thefringe projection technique allowing the study of large objects. At first, experimental trials hasbeen used to evaluate the accuracy of the actual development combining the phase shiftingmethod using a Fourier transform and the gray code technique.When the errors have been quantified and their origins determined, the developmentof a calibration procedure and new associated equations have been chosen. The newcalibration is based on polynomial interpolation of points defining a volume of largedimensions. A tested object was designed specifically for this calibration procedure. Toestimate the calibration error, a systematic study of polynomials cases is performed. Thehighest degree of those cases varies from 1 to 4. This approach allows the determination theoptimal polynomial degree to be used. In the best case, the estimation of the error allows theevaluation of the calibration accuracy of about 1 mm for an object of 2 m large, measured ata distance of 2 m.The method has been subsequently applied, in an industrial setting, to the study offloats and in a medical setting to the study of the relief of the abdominal wall. From a medicalpoint of view, this method gives a rapid and easy access to the topology of human body. Itallows a better follow-up of the patient pathology.POITIERS-SCD-Bib. électronique (861949901) / SudocSudocFranceF

Décomposition de Hodge-Helmholtz discrète

We propose in this thesis a methodology to compute the Helmholtz-Hodge decomposition on discrete polyhedral meshes. The challenge of this work isto preserve the properties of the decomposition at the discrete level. In our literature survey, we have identified the need of mimetic schemes to achieve our goal. The description and validation of our implementation of these schemes are presented inthis document. We revisit and improve the methods of decomposition we then study through numerical experiments. In particular, we detail our choice of linear solvers and the convergence of extracted quantities on various series of polyhedral meshes and boundary conditions. Finally, we apply the Helmholtz-Hodge decomposition to the study of two turbulent flows: a turbulent channel flow and a homogeneous isotropic turbulent flow.Nous proposons dans ce mémoire de thèse une méthodologie permettant la résolution du problème de la décomposition de Hodge-Helmholtz discrète sur maillages polyédriques. Le défi de ce travail consiste à respecter les propriétés de la décomposition au niveau discret. Pour répondre à cet objectif, nous menons une étude bibliographique nous permettant d'identifier la nécessité de la mise en oeuvre de schémas numériques mimétiques. La description ainsi que la validation de la mise en oeuvre de ces schémas sont présentées dans ce mémoire. Nous revisitons et améliorons les méthodes de décomposition que nous étudions ensuite au travers d'expériences numériques. En particulier, nous détaillons le choix d'un solveur linéaire ainsi que la convergence des quantités extraites sur un ensemble varié de maillages polyédriques et de conditions aux limites. Nous appliquons finalement la décomposition de Hodge-Helmholtz à l'étude de deux écoulements turbulents : un écoulement en canal plan et un écoulement turbulent homogène isotrope

Détection de communautés dynamiques dans des réseaux temporels

La détection de communauté dans les réseaux est aujourd'hui un domaine ayant donné lieu à une abondante littérature. Depuis les travaux de Girvan et Newman en 2002, des centaines de travaux ont été menés sur le sujet, notamment la proposition d'un nombre important d'algorithmes de plus en plus élaborés. Si, au départ, le découpage était un partitionnement -chaque nœud appartenait à une et une seule communauté, unique et statique- les méthodes ultérieures ont montré l'intérêt de communautés imbriquées, ou décomposées hiérarchiquement. Encore plus récemment, certains travaux ont commencé à s'intéresser aux communautés dans des réseaux temporels, c'est à dire à des communautés qui évoluent au cours du temps, selon les modifications du réseau. C'est à ce nouveau problème que j'ai consacré cette thèse. Mon état de l'art, après avoir présenté les méthodes statiques les plus connues, est consacré à l'étude des quelques méthodes déjà proposées pour la détection de communautés dynamiques - dont beaucoup ont été publiées au cours des années durant lesquelles j'ai fait ma thèse- ainsi qu'à leurs forces et faiblesses. Dans une seconde partie, je propose un framework (iLCD) permettant de détecter des communautés persistantes dans des réseaux évoluant fortement, représentés sous la forme de graphes d'intervalles (chaque lien existe pour une ou plusieurs périodes données). Ce framework est conçu pour traiter de grands graphes, éventuellement en temps réel. Je propose ensuite deux implémentations de ce framework, la première étant limitée à des réseaux sans disparition de liens (de type réseaux de citation). La dernière partie de ce chapitre est consacrée aux aspects pratiques de la détection de communautés dynamiques, en particulier comment manipuler les données en entrée (réseaux temporels) et en sortie (communautés dynamique), qui sont plus complexes que dans le cas statique. Deux outils de visualisation de communautés dynamiques sont proposés, leur nécessité étant apparue au cours ma thèse. Le problème de tout algorithme de détection de communautés est de prouver la pertinence des résultats qu'il trouve. J'ai donc consacré la troisième partie de la thèse à ce problème. Cela m'a conduit à m'interroger sur la définition de ce qu'est une bonne communauté, et j'ai en particulier distingué ce que j'ai appelé les communautés intrinsèques des communautés définies relativement au réseau. Afin de valider la pertinence des résultats trouvés, j'ai ensuite essayé de comparer les communautés données par ma méthode avec celles données par les algorithmes statiques les plus connus. Étant particulièrement intéressé par l'application à des graphes réels, et la comparaison aux autre algorithmes se faisant généralement sur des graphes générés, j'ai ensuite proposé deux approches originales pour comparer des communautés sur des graphes réels : l'une, basée sur l'expérimentation, demande à des utilisateurs de Facebook de comparer les communautés trouvées dans leur réseau personnel par différentes solutions. L'autre propose, via deux métriques complémentaires, de comparer les solutions fournies par des algorithmes différents sur un même réseau. Enfin, dans la dernière partie, je présente deux applications de cet algorithme à des réseaux réels dynamiques. Le but de ces applications est double : d'une part, montrer l'intérêt pratique de l'approche dynamique, et, d'autre part, valider l'applicabilité de l'algorithme proposé sur des réseaux réels. Le premier réseau, de petite taille, concerne l'évolution des groupes au sein d'une population animale ayant un comportement social, étudiée sur une période de plus de quinze ans. Ce travail a été fait en concertation avec des éthologues, ayant déjà travaillé sur ces données de manière statique. La deuxième application est menée sur un réseau de beaucoup plus grande taille, concernant le réseau complet d'une plateforme de partage de vidéo japonaise de type Youtube, appelée Nico Nico Douga. Dans les deux cas, une analyse détaillée des résultats obtenus est fournie, qui permet de se rendre compte de l'intérêt de mon approche.The detection of community in networks is a domain today having given rise in plentiful one literature. Since the works of Girvan and Newman in 2002, hundreds of works were led on the subject, in particular the proposal of a significant number of more and more developed algorithms. If, at first, the cutting(division) was a partitionnement - every knot belonged in one and a single community, unique(only) and static the later methods showed the interest of imbricated communities, or decomposed hierarchically. Even more recently, certain works began to be interested in communities in temporal networks, that is in communities which evolve in time, according to the modifications of the network. It is to this new problem that I dedicated this Thesis. My state of the art, having presented the most known static methods, is dedicated to the study of some methods already proposed for the detection of dynamic communities - among which many were published during the years in the course of which I made my thesis(theory) as well as for their strengths and weaknesses

Influence des phases amorphes dans la réponse optique des régolites planétaires : caractérisation des propriétés physiques et application à l'étude géologique de la Lune

Les techniques de télédétection sont aujourd'hui largement mises en œuvre pour l'exploration des surfaces planétaires, appelées régolites, telles que la Lune, Mercure, Mars ou les astéroïdes. La photométrie est une technique basée sur l'observation d'une surface sous des angles variés qui renseigne sur les propriétés physiques de surface : mode de diffusion des particules (diffusant vers l'avant ou rétrodiffusant), granulométrie, rugosité de surface, degré de compaction...Cette thèse est centrée sur les matériaux volcaniques et les phases amorphes (ou verres), en raison de leur importance dans les processus responsables de la formation et de l'évolution des régolites : volcanisme, cratérisation, interaction avec l'environnement spatial. À l'aide du modèle photométrique de Hapke, dont les paramètres, une fois inversés, permettent de remonter aux propriétés physiques de surface, ce sujet est exploré sous deux approches : en laboratoire et à partir de données orbitales. Les mesures multiangulaires expérimentales, réalisées avec le spectro-imageur de l'IRAP, ont permis la caractérisation photométrique de différents matériaux volcaniques granulaires naturels ayant des compositions, tailles de grains et des teneurs en verre et monocristaux variées : basaltes, sable volcanique, pyroclastiques, olivine, et verre issu de la fusion contrôlée de basalte. Suivant leur composition, formes et textures, une évolution des comportements photométriques des échantillons en fonction de la granulométrie a été notée. Les matériaux riches en verre frais et/ou monocristaux présentent un comportement spécifique peu observé jusqu'alors, ce qui permet de les distinguer des matériaux sans verre ou contenant du verre plus mature. Des mélanges basalte/verre basaltique ont également permis de mettre en évidence l'influence optique très forte et non linéaire du verre frais. Une étude photométrique du cratère lunaire Lavoisier à partir de données orbitales a montré l'applicabilité des techniques mises en œuvre en laboratoire sur des unités géologiques, et des caractéristiques photométriques propres aux dépôts pyroclastiques situés sur le plancher du cratère ont été déterminées. Un autre dépôt pyroclastique au niveau du cratère Lavoisier F montre un comportement photométrique distinct des pyroclastiques du cratère Lavoisier, témoignant d'une variété texturale, granulométrique ou compositionnelle entre ces unités. L'ensemble des résultats obtenus sur ces cratères apparaît cohérent en regard des expériences réalisées en laboratoire.Remote-sensing techniques are widely implemented today for the exploration of planetary surfaces, called regoliths, such as the Moon's, Mercury's, Mars' or asteroids'. Photometry is a technique based on the observation of a surface under various angles which gives information on the physical surface properties: particles' diffusion mode (forward-scattering or backscattering), grain size, surface roughness, compaction state...This PhD is centred on volcanic materials and amorphous phases (or glasses), because of their significance in processes leading to the formation and evolution of regoliths: volcanism, cratering, interaction with space environment. Using Hapke's photometric model, whose parameters, once inverted, lead to the physical surface properties, this subject is explored under two approaches: in laboratory, and from orbital data. Multiangular experimental measurements, carried out with IRAP's spectro-imaging device, allowed the photometric characterization of different natural granular volcanic materials with various compositions, grain sizes, and contents of glass and monocrystals: basalts, volcanic sand, pyroclastics, olivine, and glass from the controlled melt of basalt. According to their compositions, shapes, and textures, an evolution of the samples photometric behaviour with grain size has been noticed. Materials which are rich in fresh glass and/or monocrystals display a specific behaviour seldom observed so far, which enable their distinction from glass-free materials or with more mature glass. Mixtures of basalt and basaltic glass showed also the strong and highly non linear optical influence of fresh glass. A photometric study of the lunar crater Lavoisier from orbital data showed the applicability of techniques implemented in laboratory on geological units, and photometric characteristics inherent to the pyroclastic deposits on the crater floor have been determined. Another pyroclastic deposit located at Lavoisier F displays a photometric behaviour distinct from crater Lavoisier's pyroclastic deposits, showing a textural, granulometric or compositional variety between these units. All the results obtained for these craters make sense in the light of laboratory experiments