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Apprentissage géométrique robuste pour l'électroencéphalographie
No full textThis thesis addresses methodological issues related to electroencephalography (EEG), a simple and non-invasive modality for capturing the dynamics of brain activity. Despite its advantages, EEG suffers from low spatial resolution, a low signal-to-noise ratio, and significant variability between and within subjects, hindering automatic processing outside controlled lab environments. Current methods typically use data covariance matrices to classify EEG data, exploiting their geometric structure through Riemannian geometry. This thesis proposes a different approach based on Elliptical Wishart distributions. This family of distributions generalizes and robustifies the classical Wishart distribution, allowing for a purely statistical method to classify covariance matrices. Our work begins with a study of their statistical properties, including expectation, variance, and Kronecker moments. We derived their information geometry, which we used to obtain the maximum likelihood estimator and to characterize its performance. Additionally, we developed learning methods based on these distributions, leveraging discriminant analysis theory. Our numerical experiments have shown that EEG data fits well with the t-Wishart distributions and that, in terms of classification, we were able to improve on state-of-the-art performance. Furthermore, our approach has been validated for clustering hyperspectral data.Cette thèse s'intéresse à des problématiques méthodologiques liées à l'électroencéphalographie (EEG), une modalité simple et non invasive permettant de bien capturer la dynamique de l'activité cérébrale. Malgré ses avantages, elle souffre d'une faible résolution spatiale, d'un faible rapport signal/bruit et d'une grande variabilité inter- et intra-sujets, ce qui entrave les traitements automatiques en dehors des environnements de laboratoire contrôlés. Pour classifier les données EEG, les méthodes de l'état de l'art utilisent des matrices de covariance des données et exploitent leur structure géométrique, notamment via la géométrie riemannienne. Cette thèse propose une approche différente, basée sur les distributions de Wishart elliptiques. Cette famille, qui généralise et robustifie la distribution de Wishart classique, permet d'adopter une approche purement statistique pour classifier des matrices de covariance. Dans notre travail, nous avons d'abord étudié leurs propriétés statistiques, comme leur espérance, leur variance et leurs moments de Kronecker. Nous avons dérivé leur géométrie de l'information et nous l'avons exploitée pour obtenir l'estimateur du maximum de vraisemblance et caractériser ses performances. Nous avons également développé des méthodes d'apprentissage à partir de ces distributions en exploitant la théorie de l'analyse discriminante. Nos expériences numériques ont montré que les données EEG s'adaptent bien aux distributions de t-Wishart et qu'en termes de classification, nous avons pu améliorer les performances de l'état de l'art. En outre, notre approche a également été validée pour le partitionnement de données hyperspectrales
Contributions à la prédiction conforme pour la prise de décision basée sur la vision par ordinateur en agriculture
No full textThe agricultural sector is currently facing numerous challenges and structural changes accentuated by demographics, climate change, environmental impact, consumption patterns, competitiveness, among others. To address these challenges, digital technologies are emerging as one of the main levers. In recent years, the ability to acquire large databases, increased computing capabilities, and key theoretical advances have enabled the rise of new learning methods based on deep neural networks. However, as these models began to be deployed in real-world safety-critical use cases, it became clear that they exhibit a significant gap between their performance "in the lab", and their predictive quality "in the real world." This same observation was made during the development of an autonomous spraying system, which must detect and spray herbicide in real time, only where and when needed. Such a system must be reliable and trustworthy, as any untreated weed can multiply rapidly and cause extensive damage to crops, with important losses incurred by the farmers. This use case is a perfect instance of the problem of decision-making under uncertainty. In order to develop more reliable methods to assess the quality of learning models and provide valid guarantees on the quality of predictions and decisions produced by the system, as well as to exploit the multitude of auxiliary data describing environmental and geographical features associated with images, we turn to conformal prediction as a holistic approach to address these issues. In this context, this thesis offers several contributions. (1) First, we propose a novel nonconformity score function, the Penalized Inverse Probability (PIP), and its regularized version (RePIP), and demonstrate how it can jointly optimize the two measures of the usefulness of a conformal predictor, namely efficiency and informativeness. (2) Turning to the practical problem at hand, we integrate the conformal predictor into a complete pipeline that transforms images into spraying decisions and show how it can guarantee at least 100(1-α)% coverage of weeds, where α is the user-defined error tolerance, across three experimental setups emulating real-world scenarios ranging from the simplest (controlled environment) to the most complex (brutal distribution shift). (3) Finally, focusing on metadata, we propose a conceptual framework to model the influence of exogenous factors described by these auxiliary variables on the conformal prediction procedure and propose a new, simple and elegant method based on quantile regression to obtain group-conditional coverage results for observations sharing the same environmental and geographical characteristics. (4) Finally, we develop a new methodology to disentangle the representations learned by the neural network from the influence of exogenous factors described by the auxiliary data so as to learn group-invariant representations, and study its impact on the group-conditional conformal approach.Le secteur agricole fait actuellement face à de nombreux défis et à des changements structurels accentués par la démographie, le changement climatique, l'impact environnemental, les modes de consommation, la compétitivité, entre autres. Pour y faire face, les technologies du numérique, se présentent comme un des principaux leviers. Ces dernières années, la possibilité d'acquérir de grandes bases de données, les capacités de calcul accrues ainsi que des avancées théoriques clés ont permis l'essor de nouvelles méthodes d'apprentissage basées sur les réseaux de neurones profonds. Cependant, à mesure que ces modèles ont commencé à être déployés dans des cas d'utilisation critiques pour la sécurité dans le monde réel, il est devenu évident qu'ils présentent un écart significatif entre leurs performances "en laboratoire" dans un contexte contrôlé et leur qualité prédictive "dans le monde réel." Ce même constat a été fait lors du développement d'un système de pulvérisation autonome, qui doit détecter et pulvériser de l'herbicide en temps réel, uniquement là où et quand cela est nécessaire. Un tel système doit être fiable et digne de confiance, car toute mauvaise herbe non traitée peut se multiplier rapidement et causer d'importants dégâts aux cultures, entraînant ainsi des pertes significatives pour les agriculteurs. Ce cas d'usage s'inscrit parfaitement dans le contexte de la prise de décision en situation d'incertitude. Afin de développer des méthodes plus fiables pour évaluer la qualité des modèles d'apprentissage et fournir des garanties valides sur la qualité des prédictions et des décisions produites par le système, ainsi que pour exploiter la multitude de données auxiliaires décrivant les caractéristiques environnementales et géographiques associées aux images, nous nous tournons vers la prédiction conforme comme une approche holistique pour répondre à ces problématiques. Dans ce contexte, cette thèse apporte plusieurs contributions. (1) Tout d'abord, nous proposons une nouvelle fonction de score de non-conformité, le Penalized Inverse Probability (PIP), ainsi que sa version régularisée (RePIP), et démontrons comment elles permettent d'optimiser conjointement les deux mesures d'utilité d'un prédicteur conforme, à savoir l'efficacité et l'informativité. (2) En nous tournant vers le problème pratique en question, nous intégrons le prédicteur conforme dans une chaîne de traitement complète qui transforme les images en décisions de pulvérisation et montrons comment elles peuvent garantir le rappel (coverage) d'au moins 100(1-α)% des mauvaises herbes, où α est la tolérance à l'erreur définie par l'utilisateur, sur trois configurations expérimentales pour simuler des cas d'études en allant de la situation la plus simple (contexte contrôlé) à la plus complexe (changement brutal de la distribution des données). (3) Enfin, en nous concentrant sur les métadonnées, nous proposons un cadre conceptuel pour modéliser l'influence des facteurs exogènes décrits par ces variables auxiliaires sur l'approche de prédiction conforme et proposons une nouvelle méthode, simple et élégante, basée sur la régression quantile, pour obtenir des résultats de coverage conditionnelle par groupe d'observations partageant les mêmes caractéristiques environnementales et géographiques. (4) Finalement, nous développons une nouvelle méthodologie pour dissocier les représentations apprises par le réseau de neurones de l'influence des facteurs exogènes décrits par les données auxiliaires de manière à apprendre des représentations invariantes par groupe et étudions son impact sur l'approche conforme conditionnelle par groupe
Mise en œuvre d'un composite biosourcé et caractérisation en fatigue vibratoire
No full textThe primary objective of this project is to study the vibration behaviour of a composite reinforced with argan nut shell particles (ANS), with a focus on mechanical and thermal characterisation. This project forms part of a wider initiative to recover agricultural waste from the production of argan oil. The composites under consideration are composed of polypropylene (PP) reinforced with 10, 20 and 30% ANS particles. The products were manufactured using standard plastic transformation processes (extrusion and injection), followed by characterisation to establish the structure-properties relationship and assess quality. The findings showed that the incorporation of ANS particles facilitated crystal formation, acting as a nucleating agent. However, this addition has the unintended consequence of reducing thermal stability. To address this issue, a study was conducted to analyse the effect of processing parameters and composite formulation on thermal stability using a design of experiments. The findings revealed that the addition of a coupling agent, maleic anhydride, and the extrusion temperature have a significant impact on thermal stability. To analyse the vibration fatigue behaviour of the composites produced, we designed specimens using numerical homogenisation and modal analysis approaches. The results of the numerical homogenisation were validated using tensile tests and analytical models. The modal analysis was used to identify the first resonance frequencies that limit excessive specimen self-heating. Vibration-based bending fatigue tests at the first resonant frequency were conducted on PP without and with 30% ANS. The results, analysed through damage mechanisms, highlighted that the addition of ANS to the PP matrix improves the stiffness and, consequently, the life duration of the composites, but leads to a reduction in the damping rate. All the results were discussed on the basis of a review of the literature.L'objectif principal de cette thèse est d'étudier le comportement vibratoire d'un composite renforcé par des particules de coques de noix d’arganier (CNA), en s'appuyant sur des caractérisations mécaniques et thermiques. Ce travail s’inscrit dans le cadre de la valorisation des déchets agricoles issus de la production d’huile d’argan. Les composites étudiés sont constitués de polypropylène (PP) renforcé par 10, 20 et 30 % de particules de CNA. Leur fabrication a été réalisée à l’aide des procédés standards de transformation des matières plastiques (extrusion et injection), suivie d’une caractérisation pour établir la relation structure-propriétés et évaluer leur qualité. Les résultats ont montré que l’ajout des particules de CNA favorise la formation des cristaux en agissant comme un agent nucléant. Cependant cet ajout entraîne une diminution de la stabilité thermique. Pour remédier à cela, une étude de l’effet des paramètres de procédé et de la formulation des composites sur la stabilité thermique a été menée à travers un plan d’expérience. Les résultats ont montré que l’ajout d’un agent couplant, le Maléique Anhydride, ainsi que la température d’extrusion influencent la stabilité thermique. Pour analyser le comportement en fatigue vibratoire des composites élaborés, des éprouvettes ont été conçues en adoptant des approches numériques d’homogénéisation et d’analyse modale. Les résultats de l’homogénéisation numérique ont été validés par des essais de traction monotone et des modèles analytiques. L’analyse modale a permis d’identifier les premières fréquences de résonance qui permettent de limiter l’auto-échauffement excessif des éprouvettes. Les essais de fatigue vibratoire à la première fréquence de résonance, réalisés sur du polypropylène (PP) vierge et sur du PP contenant 30 % de CNA, ont été analysés à travers les mécanismes d’endommagement. Ces essais ont mis en évidence que l’ajout de CNA à la matrice PP améliore la rigidité et, par conséquent, la durée de vie des composites, mais entraîne une réduction du taux d’amortissement.Tous les résultats ont été discutés sur la base d'une étude bibliographique issue de la littérature
Caractérisation de composés organiques volatils microbiens pour le développement de pièges ciblant le moustique tigre Aedes albopictus
No full textThe expansion of the Asian tiger mosquito Aedes albopictus, a vector of numerous human pathogens and a source of nuisance, raises increasing public health concerns. In the absence of specific curative treatments and given the limited availability of vaccines for most of the transmitted pathogens, vector control remains one of the main strategies to limit its spread and health impact. Among the methods currently implemented, olfactory traps, widely used for mosquito surveillance and population control, rely on the ability of these insects to detect volatile organic compounds (VOCs) emitted by human skin and its microbiota. The lures currently used in these traps are based on a limited set of compounds derived from the skin microbiota and are therefore less attractive than natural human odors. Moreover, their performance remains limited in attracting either females or males seeking sugar meals or oviposition sites, as these individuals are better able to perceive chemical stimuli emitted by floral nectar or breeding-site waters, some of which differ from those produced by the human host. In this context, the overall objective of this thesis was to characterize and assess the attractiveness of microbial VOCs emitted by various bacterial and yeast isolates to adult Ae. albopictus mosquitoes, during host-seeking, sugar-feeding, or oviposition behaviors, with the aim of optimizing trap efficacy. First, we showed that a blend of seven microbial species (six bacteria and one yeast), previously isolated from the human skin microbiota, improved the field performance of a commercial trap. This increased attractiveness resulted from a synergistic effect between certain VOCs emitted by the microbial blend, such as 3-methyl-1-butanol, butylated hydroxytoluene, or tetradecane, and the three attractants present in the commercial lure. Second, we characterized yeast communities from two types of habitats exploited by Ae. albopictus mosquitoes: flowers, as sources of sugar meals, and stagnant water from breeding sites. Samples were collected from community gardens in the Lyon Metropolitan area, comparing habitats that were either exploited or not by mosquitoes. This analysis allowed us to identify yeast species and VOCs capable of modulating the behavior of adult mosquitoes seeking sugar sources or oviposition sites. Two yeast species preferentially associated with visited flowers, Metschnikowia reukaufii and Aureobasidium pullulans, were found to be attractive through the emission of 3-methyl-1-butanol, ethanol, 2-methyl-1-butanol, and isobutanol. Two other yeast species, predominantly found in water from colonized breeding sites, Cystobasidium slooffiae and Rhodotorula mucilaginosa, were also attractive to gravid females by emitting a low diversity of VOCs and reduced concentrations of 3-methyl-1-butanol and 2-methyl-1-butanol compared to repellent yeasts such as Torulaspora delbrueckii and Pichia kluyveri. Finally, we established a link between the attractiveness of certain yeasts to gravid females and their ability to support larval development. In addition to attracting females, R. mucilaginosa promotes larval development by producing high amounts of riboflavin and recycling nitrogenous waste into proteins. In contrast, T. delbrueckii, which is unable to recycle such waste and produces only low amounts of riboflavin, induces delayed larval development and exerts a repellent effect on gravid females. Altogether, this work, combining microbiology and chemical ecology, highlights the richness and complexity of interactions between the Asian tiger mosquito Ae. albopictus and microbial VOCs, and underscores their considerable potential for improving trap efficacy and developing effective mass-trapping systems.L’expansion du moustique tigre Aedes albopictus, vecteur de nombreux pathogènes humains et source de nuisances, soulève des enjeux croissants de santé publique. En l’absence de traitements spécifiques et face au nombre limité de vaccins disponibles contre la plupart des pathogènes transmis, la lutte antivectorielle demeure l’un des principaux leviers pour limiter sa propagation et ses effets sur la santé. Parmi les stratégies mises en œuvre, les pièges olfactifs, largement utilisés pour la surveillance et la régulation des populations de moustiques tigre, reposent sur la capacité de ces insectes à percevoir les composés organiques volatils (COVs) émis par la peau humaine et son microbiote. Les leurres actuellement employés dans ces pièges reposent sur un nombre restreint de composés dérivés du microbiote cutané et restent moins attractifs que les odeurs humaines naturelles. De plus, leur performance reste limitée pour attirer les femelles ou les mâles en quête de repas sucrés ou de gîtes de ponte, ces derniers étant davantage capables de percevoir les stimuli chimiques émis par les nectars floraux ou les eaux des gites larvaires, dont certains diffèrent de ceux produits de l’humain. Dans ce contexte, l'objectif général de cette thèse a été de caractériser et d’évaluer l’attractivité de COVs émis par différents isolats bactériens et de levures vis-à-vis des moustiques tigres adultes, lors de leur comportement de recherche d’hôte, d’un repas sucré ou d’un gîte de ponte, dans le but d'optimiser l'efficacité des systèmes de piégeage. Dans un premier temps, nous avons montré qu’un mélange composé de sept espèces microbiennes (six bactéries et une levure), préalablement isolées du microbiote cutané humain, permettait d’améliorer, sur le terrain, l’efficacité d’un piège commercial. Ce gain d’attractivité s’explique par un effet synergique entre certains COVs émis par le mélange microbien, tels que le 3-méthyl-1-butanol ou le tétradécane, et les attractants du leurre. Dans un second temps, nous avons caractérisé les communautés de levures dans deux types d’habitats : les fleurs, sources de repas sucrés, et les eaux des gîtes de ponte. Ces échantillons ont été collectés dans les jardins communautaires de la Métropole de Lyon, en comparant des habitats fréquentés ou non par les moustiques. Cette analyse nous a permis d’identifier les espèces de levures et les COVs capables de moduler le comportement des moustiques en recherche de repas sucrés ou de gîtes de ponte. Deux levures préférentiellement associées aux fleurs visitées, Metschnikowia reukaufii et Aureobasidium pullulans, se sont révélées attractives via l’émission de 3-méthyl-1-butanol, de 2-méthyl-1-butanol et d’isobutanol. Deux levures majoritairement retrouvées dans l’eau des gîtes colonisés, Cystobasidium slooffiae et Rhodotorula mucilaginosa, se sont révélées attractives vis-à-vis des femelles gravides en émettant une faible diversité en COVs et des concentrations réduites en 3-méthyl-1-butanol et en 2-méthyl-1-butanol comparativement aux levures répulsives comme Torulaspora delbrueckii et Pichia kluyveri. Enfin, nous avons pu établir un lien entre l’attractivité de certaines levures pour les femelles gravides et leur capacité à favoriser le développement larvaire. En plus d’attirer les femelles, R. mucilaginosa favorise le développement larvaire en produisant d’importantes quantités de riboflavine et en recyclant les déchets azotés en protéines. A l’inverse, T. delbrueckii, incapable de recycler ces déchets et ne produisant que de faibles quantités de riboflavine, induit un développement larvaire ralenti et exerce un effet répulsif sur les femelles gravides. L’ensemble de ces travaux, associant microbiologie et écologie chimique, illustre ainsi la richesse et la complexité des interactions entre le moustique tigre et les COVs microbiens, et soulignent leur potentiel dans l’optimisation de l’efficacité des pièges et dans le développement de système de piégeage de masse
Evaluation des performances du nouveau satellite géostationnaire Meteosat troisième génération-imageur pour la télédétection des aérosols atmosphériques
No full textAerosols are small particles suspended in the atmosphere with effects on Earth that vary according to the species or type of aerosol, ranging from human health and air transport issues to climate and weather impacts. Different measurement techniques exist today to monitor aerosols, mainly through the retrieval of Aerosol Optical Depth (AOD), at different temporal and spatial scales. Among the available observing systems, meteorological satellites in geostationary orbit provide unique information on aerosols, as they gather data from space at high temporal frequency (with several Earth's images per hour). Such data have been exploited at CNRM in the past years with the instantaneous Aerosol and surfacE Retrieval Using Satellites in GEOstationary orbit (iAERUS-GEO) algorithm, which retrieves maps of AOD every 15 minutes from the SEVIRI instrument onboard of Meteosat Second Generation (MSG), the EUMETSAT geostationary satellite observing Europe, Africa and South America. In this context, this PhD work focuses on assessing the new possibilities that the third generation of Meteosat meteorological satellites, Meteosat Third Generation-Imager (MTG-I) with the advanced Flexible Combined Imager (FCI) onboard, will bring for aerosol remote sensing in comparison to MSG/SEVIRI. To do so, inversion methods based on optimal estimation are first developed to make the most of the wealth of information provided by geostationary data. More precisely, the best use of a priori information and the simultaneous retrieval of several variables of interest are investigated based on the processing of true SEVIRI observations. Second, the potential for AOD retrieval of new FCI spectral channels in comparison to SEVIRI's is studied based on realistic FCI-like synthetic data. Two test case studies corresponding to challenging aerosol retrieval situations are considered, a dust outbreak in North Africa (corresponding to bright surfaces) and the wildfire season in South West Africa (corresponding to unfavorable satellite geometries). Results prove that the FCI VIS04 channel (centered at 444 nm) is the best suited for AOD retrieval, with a significant decrease in retrieval error (RMSE by 23% and bias by 65%) in comparison to results obtained from the SEVIRI-like VIS06 channel (centered at 640 nm). Third, the FCI capabilities to go beyond AOD retrieval and characterize aerosol type is investigated, with the development of a method to simultaneously estimate AOD and the fine mode fraction (FMF), which is linked to the particle size distribution. This is achieved by considering the contributions of the fine and coarse aerosol modes separately in the retrieval process, and by exploiting the distinct information provided by the new FCI VIS04 and NIR22 (centered at 2250 nm, and being sensitive to coarse aerosols only) channels. Experiments show that, except under certain unfavorable conditions, the retrieval of AOD and FMF is possible even when fast radiative transfer models adapted to operational production are used. This demonstration of the possibilities of obtaining high temporal frequency aerosol observations from FCI, which became operational in December 2024, paves the way for the unprecedented future study of diurnal aerosol variations from space.Les aérosols sont de petites particules en suspension dans l'atmosphère dont les effets sur Terre varient selon le type d'aérosol, allant d'impacts sur la santé humaine et le transport aérien aux impacts climatiques et météorologiques. Différentes techniques de mesure existent aujourd'hui pour surveiller les aérosols, principalement via la récupération de l'épaisseur optique des aérosols (AOD), à différentes échelles temporelles et spatiales. Parmi les systèmes d'observation disponibles, les satellites météorologiques en orbite géostationnaire fournissent des informations uniques sur les aérosols, car ils collectent des données depuis l'espace à haute fréquence temporelle (avec plusieurs images de la Terre par heure). De telles données ont été exploitées au CNRM ces dernières années avec l'algorithme instantaneous Aerosol and surfacE Retrieval Using Satellites in GEOstationary orbit (iAERUS-GEO), qui restitue des cartes d'AOD toutes les 15 minutes depuis l'instrument SEVIRI embarqué sur Meteosat Seconde Génération (MSG), le satellite géostationnaire d'EUMETSAT, qui observe l'Europe, l'Afrique et l'Amérique du Sud. Dans ce contexte, cette thèse se concentre sur l'évaluation des nouvelles possibilités que la troisième génération de satellites météorologiques Meteosat, Meteosat Troisième Génération-Imageur (MTG-I) avec le Flexible Combined Imager (FCI) à bord, apportera pour la télédétection des aérosols par rapport à MSG/SEVIRI. Pour ce faire, des méthodes d'inversion basées sur l'estimation optimale sont d'abord développées pour tirer le meilleur parti de la richesse des informations fournies par les données géostationnaires. Plus précisément, la meilleure utilisation de l'information a priori et la restitution simultanée de plusieurs variables d'intérêt sont étudiées en utilisant de véritables observations SEVIRI. Deuxièmement, le potentiel de restitution de l'AOD avec les nouveaux canaux spectraux de FCI par rapport à ceux de SEVIRI est étudié en utilisant des données synthétiques réalistes. Deux études de cas correspondant à des situations compliquées pour la restitution satellitaire des aérosols sont considérées, des poussières désertiques en Afrique du Nord (zone correspondant à des surfaces brillantes) et la saison des feux de forêt en Afrique du Sud-Ouest (zone correspondant à des géométries satellites défavorables). Les résultats prouvent que le canal VIS04 de FCI (centré à 444 nm) est le mieux adapté à la restitution de l'AOD, avec une diminution significative de l'erreur (RMSE de 23% et biais de 65%) par rapport aux résultats obtenus avec SEVIRI, (comme le canal VIS06, centré à 640 nm). Troisièmement, les capacités de FCI à aller au-delà de la restitution de l'AOD et à caractériser le type d'aérosol sont étudiées, avec le développement d'une méthode permettant d'estimer simultanément l'AOD et la fraction modale fine (FMF), qui est liée à la distribution granulométrique. Cette étude est réalisée en considérant séparément les contributions des modes d'aérosols fins et grossiers dans le processus d'inversion, et en exploitant les informations distinctes fournies par les nouveaux canaux FCI VIS04 et NIR22 (centré à 2250 nm et sensible aux aérosols grossiers uniquement). Les expériences réalisées montrent que, sauf conditions défavorables, la restitution de l'AOD et du FMF est possible même en utilisant des modèles de transfert radiatif rapide adaptés à la production opérationnelle. Cette démonstration de la possibilité d'obtenir des observations d'aérosols à haute fréquence temporelle à partir de FCI, devenu opérationnel en décembre 2024, ouvre la voie à une future étude sans précédent des variations diurnes des aérosols depuis l'espace
Quelques propriétés de rigidité des groupes semi-simples : régularité de coefficients matriciels et rigidité de quasi-homomorphismes
No full textThis manuscript presents the work carried out during my thesis on some properties of semisimple Lie groups. The manuscript is divided into two independent parts. In the first part, we study the regularity of K-finite coefficients of unitary representations of a Lie group G for various pairs (G,K). The main question we aim to answer is the following: what is the largest alpha >= 0 for which any such coefficient is locally alpha-Hölder continuous ? Although there seems to be no reason for alpha to be anything other than 0, Lafforgue observed in his work on strong property (T) that for the pair (SO(3),SO(2)), the answer is at least 1/2. In the first chapter, we explain how to reduce the question to one of harmonic analysis on the spherical functions of Gelfand pairs. The second chapter deals with pairs (G,K) where G is compact and G/K is a symmetric space of compact type. We give a complete answer when G=KxK or G/K is of rank 1. We also conjecture what happens in higher rank. In the third chapter, we consider non-compact groups: we study the pairs (G,K) where G is a semisimple Lie group with finite center and K a maximal compact subgroup, as well as (H,K) where H is the Cartan motion group associated to G. The last chapter of this part comes back to the compact case: we give a partial answer to our conjecture using techniques of stationary phase developed in the previous chapter. The second part is devoted to the study of property (TTT), which is a strengthening of property (T) introduced by Ozawa. A measurable locally bounded map b from G to a Hilbert space is a wq-cocycle if there exists a measurable map p:G->U(H) such that the defect b(gh)-b(g)-p(g)b(h) is bounded on GxG. A group G has property (TTT) if every wq-cocycle is bounded. This is a vast generalization of the fixed-point property for affine isometric actions on Hilbert spaces. Property (TTT) for a group G implies strong rigidity statements for quasi-homomorphisms G->G'. For example, when G' is hyperbolic, the image of such a (continuous) quasi-homomorphism is relatively compact. In the fifth chapter, we prove that lattices inherit this property and that lattices in higher rank simple algebraic groups over local fields have property (TTT), which was known only in the case of SLn. In the final chapter, we introduce property (FFF_E), which is defined as boundedness of wq-cocycles with a Banach space E replacing the Hilbert space as the target space. We also define a slightly weaker property, property (T_{Q,E}), which deals with almost invariant vectors. Under some integrability conditions, we also prove that lattices inherit these properties. Finally, we study these properties in the case of super-reflexive Banach space. We consider in particular the class [H] of Banach spaces with a compatible Hilbert norm, in the case of higher rank simple algebraic groups over a local field.Ce manuscrit présente les travaux réalisés au cours de ma thèse sur certaines propriétés des groupes de Lie semi-simples. Il est divisé en deux parties indépendantes. Dans la première partie, nous étudions la régularité des coefficients K-finis des représentations unitaires d'un groupe de Lie G pour diverses paires (G,K). La question principale que nous cherchons à résoudre est la suivante : quel est le plus grand alpha >= 0 pour lequel tout coefficient K-fini est localement alpha-Hölderien ? Bien qu'il n'y ait a priori aucune raison pour que alpha soit différent de 0, Lafforgue a observé dans ses travaux sur la propriété (T) renforcée, que pour la paire (SO(3),SO(2)), la réponse est au moins 1/2. Dans le premier chapitre, nous expliquons comment ramener la question originale à de l'analyse harmonique sur les fonctions sphériques des paires de Gelfand. Le deuxième chapitre traite des paires (G,K) où G est compact et G/K est un espace symétrique de type compact. Nous donnons une réponse complète lorsque G=KxK ou lorsque G/K est de rang 1. Nous conjecturons également ce qui se passe en rang supérieur. Dans le troisième chapitre, nous considérons le cas des groupes non compacts : nous étudions les paires (G,K) où G est un groupe de Lie semi-simple de centre fini et K un sous-groupe compact maximal, ainsi que les paires (H,K) où H est le groupe de Cartan associé à G. Dans le dernier chapitre de cette partie, nous donnons une réponse partielle à notre conjecture sur les paires compactes en utilisant des techniques de phase stationnaire développées dans le cas non compact. La seconde partie est consacrée à l'étude de la propriété (TTT), un renforcement de la propriété (T) introduit par Ozawa. Une application mesurable localement bornée b de G dans un espace de Hilbert est un wq-cocycle s'il existe une application mesurable p:G->U(H) tel que le défaut b(gh)-b(g)-p(g)b(h) est borné sur GxG. Un groupe G a la propriété (TTT) si tout wq-cocycle est borné. Il s'agit d'une généralisation forte de la propriété de point fixe pour les actions affines isométriques sur des espaces de Hilbert. La propriété (TTT) pour un groupe G entraîne des résultats de rigidité forts pour les quasi-homomorphismes G->G'. Par exemple, lorsque G' est hyperbolique, l'image d'un tel quasi-homomorphisme (continu) est relativement compacte. Dans le cinquième chapitre, nous prouvons que les réseaux héritent de cette propriété et que les réseaux dans les groupes algébriques simples de rang supérieur sur un corps local ont la propriété (TTT), ce qui n'était connu auparavant que pour SLn. Dans le dernier chapitre, nous introduisons la propriété (FFF_E), qui est définie comme la bornitude des wq-cocycles lorsque l’espace de Hilbert est remplacé par un espace de Banach E. Nous définissons également une propriété légèrement plus faible, la propriété (T_{Q,E}), qui concerne les vecteurs presque invariants. Sous certaines conditions d'intégrabilité, nous montrons que les réseaux héritent aussi de ces propriétés. Enfin, nous étudions ces propriétés dans le cas des espaces de Banach super-réflexifs. Nous nous intéressons en particulier à la classe [H] des espaces de Banach admettant une norme hilbertienne compatible, dans le cas des groupes algébriques simples de rang supérieur sur un corps local
Synthèse d’amphiphiles biosourcés associant oligoxylanes et dérivés d’acides gras
No full textThis thesis is part of the development of biobased surfactants that meet environmental and industrial challenges, in particular the development of bioresources and the reduction in the use of fossil fuels. These surfactants, derived from oligosaccharides and fatty acids, aim at offering environmentally-friendly alternatives and increase the catalogue of biobased surfactants available on the market. In this work, Xylans from maize cobs, mainly composed of Xylobiose and Xylotriose, were used and coupled with fatty acid derivatives (oleic, ricinoleic and stearic) previously functionalized by transamidation with a diamine. The surfactants were synthesized by coupling the two biobased blocks. Reductive amination was carried out between the aldehyde functions at the reducing end of the xylans and the amine function brought by the fatty acid derivatives. Initially, the reducing agent NaBH3CN was used, and then replaced by the reducing agent picoline-borane (Pic-BH3), which did not present any toxicity problems. Different acid catalysts (ethanoic acid and HCl) were investigated in these latter cases. The use of ethanoic acid led to purification issues, which have an impact on the physicochemical properties of the various surfactants obtained. The self-assembly and surface-active properties of different surfactants with the structure XOS2,7-NH-Cx (with x : 8, 12, 18:1) or XOS2,7-NH-C4-CONH-Cy (with y : C18:1, C18:1(OH), C18:0) were evaluated by measuring surface tension at the water/air interface (hanging drop), light diffusion and electron microscopy. Relationships between structure and properties were established. It was also shown that environmental factors linked to the different synthesis processes, in particular the difference in pH, had also an impact on the surfactant properties. Finally, the surfactants were applied to the stabilization of O/W emulsions and appear promising for this type of application, although the formulation will need further optimization to obtain stable emulsions over time.Cette thèse s’inscrit dans le développement de tensio-actifs biosourcés, répondant à des enjeux environnementaux et industriels, notamment la valorisation des bioressources et la réduction de l’usage de ressources fossiles. Ces tensio-actifs, dérivés d’oligosaccharides et d’acides gras, visent à offrir des alternatives écologiques et à augmenter le catalogue de tensio-actifs biosourcés disponibles sur le marché. Dans ces travaux, des xylanes de rafle de maïs majoritairement composés de xylobiose et xylotriose ont été valorisés et couplés à des dérivés d’acides gras (oléique, ricinoléique et stéarique) préalablement fonctionnalisés par transamidation avec une diamine. La synthèse des tensio-actifs a été réalisée par couplage entre ces deux blocs biosourcés. L’amination réductrice entre les fonctions aldéhyde à l’extrémité réductrice des xylanes et la fonction amine apportée aux dérivés d’acides gras a été réalisée. Dans un premier temps, le réducteur NaBH3CN a été utilisé, puis substitué par le réducteur picoline-borane (Pic-BH3) ne présentant pas de problème de toxicité. Différentes catalyses acides ont été étudiées pour ce dernier (acide éthanoïque et HCl). Il a été montré que l’utilisation de l’acide éthanoïque engendrait des difficultés de purification qui semblent impacter les propriétés physico-chimiques des différents tensio-actifs obtenus. L’auto-assemblage et les propriétés tensio-actives des différents tensio-actifs de structure XOS2,7-NH-Cx (avec x : 8, 12, 18:1) ou XOS2,7-NH-C4-CONH-Cy (avec y : C18:1, C18:1(OH), C18:0) ont été évalués par la mesure de la tension de surface à l’interface eau/air (goutte pendante), diffusion statique de la lumière et microscopie électronique. Des relations entre structure des tensio-actifs et propriétés ont pu être établies. Il a également été démontré que des facteurs environnementaux apportés par les différents procédés de synthèse étudiés, notamment la différence de pH, impactaient également les propriétés étudiées. Pour finir, les tensio-actifs ont été mis en application dans la stabilisation d’émulsion H/E et semblent prometteurs pour ce type d’application bien que des optimisations de formulation devront être apportées pour obtenir des émulsions stables dans le temps
Aspects non-perturbatifs des petites théories des cordes
No full textString theory is a well-established framework for describing quantum gravity, and it also provides insights into supersymmetric gauge theories. A common approach involves studying the low-energy limit of the worldvolume theory of a stack of D-branes, resulting in, for instance, four-dimensional gauge theories. Alternatively, string theory predicts the existence of non-local non-gravitational theories in six-dimensions which are known as little string theories. These theories provide a rich framework for investigating string theory and gauge theories as non-local extensions of supersymmetric gauge theories. This thesis focuses on the non-perturbative aspects of a specific class of little string theories, known as A-type little string theories. We demonstrate that their BPS partition function, which encodes the non-perturbative information of the theory, can be decomposed into modular building blocks. This decomposition facilitates the study of particular limits of the partition function, revealing recursive structures. Furthermore, we identify non-trivial symmetries of the partition function that do not respect the non-perturbative expansion. These symmetries are derived by examining the extended Kähler moduli space of the theory and are validated using the vertex operator algebraic reformulation of the partition function. The partition function can be further extended to include codimension-2 surface defects. We construct the defect partition function and show that it preserves the same symmetries as the defect-free case. Additionally, we investigate the regularity of the defect partition function and demonstrate its factorization in the Nekrasov-Shatashvili limit. Finally, we study the Seiberg-Witten curves associated with a different class of little string theories, the D-type little string theories. By leveraging symmetry and modularity arguments, we constrain the possible forms of these curves and explore their properties and dualities with other theories.La théorie des cordes est un cadre bien établi pour décrire la gravité quantique, et elle fournit également des informations sur les théories de jauge supersymétriques. Une approche courante consiste à étudier la limite basse énergie de la théorie contenu dans un empilement de D-branes, ce qui donne lieu, par exemple, à des théories de jauge en quatre dimensions. Alternativement, la théorie des cordes prédit l'existence de théories non locales non gravitationnelles en six dimensions, connues sous le nom de petites théories des cordes. Ces théories offrent un cadre riche pour explorer la théorie des cordes et les théories de jauge comme des extensions non locales des théories de jauge supersymétriques. Cette thèse se concentre sur les aspects non perturbatifs d'une classe spécifique de théories des petites cordes, connues sous le nom de théories des petites cordes de type A. Nous démontrons que leur fonction de partition BPS, qui encode les informations non perturbatives de la théorie, peut être décomposée en blocs modulaires. Cette décomposition facilite l'étude de limites particulières de la fonction de partition, révélant des structures récursives. D'autre part, nous identifions des symétries non triviales de la fonction de partition qui ne respectent pas le développement non perturbatif. Ces symétries sont dérivées en examinant l'espace des modules de Kähler étendu de la théorie et sont validées à l'aide d'une reformulation algébrique en terme d'opérateurs vertex de la fonction de partition. La fonction de partition peut être étendue pour inclure des défauts de surface de codimension 2. Nous construisons la fonction de partition avec défauts et montrons qu'elle préserve les mêmes symétries que dans le cas sans défauts. D'autre part, nous examinons la régularité de la fonction de partition avec défauts et démontrons sa factorisation dans la limite de Nekrasov-Shatashvili. Enfin, nous étudions les courbes de Seiberg-Witten associées à une autre classe de petites théories des cordes, les petites théories des cordes de type D. En exploitant des arguments de symétrie et de modularité, nous contraignons les formes possibles de ces courbes et explorons leurs propriétés ainsi que leurs dualités avec d'autres théories
Influence des niveaux de détail de modélisation sur le dimensionnement des systèmes d'énergie locaux multi-vecteurs
No full textPlanning the transformation of future local energy systems is a crucial task for efficiently integrating the management of renewable sources, energy storage, and conversion technologies.Here, we focus on the influence of uncertainties on sizing optimization models for these technologies. To study uncertainties, methods with high computational resource demands, such as Monte Carlo methods or optimization under uncertainty, are necessary. To perform these tasks, it is often essential to consider simplified system models. Applying sensitivity analysis to a model that simulates the operations of a building with Model Predictive Control (MPC) of the thermal demand allows us to identify the trade-off between simulating the full complexity of these systems and studying uncertainties. Thus, we define the notion of level of modelling detail, which we identify as a source of uncertainty in operational or optimization models of energy systems. Through the case study of sizing of a multi-vector energy system for a residential neighbourhood, we evaluate the influence on decisions and cost assessments of levels of modelling detail regarding the control strategy. The objective is to minimize the net present cost of the system, which includes both CAPEX/OPEX investments as well as operational costs, such as the purchase price of resources like gas. In this case study, a Model Predictive Control (MPC) strategy is used to control the system. We compare a linear programming optimization model with integer variables, a model applying the rolling horizon principle for control, and a model interacting with a detailed simulation of the thermal part of the system. The latter two use a Bayesian optimization search algorithm to optimize the system's sizing. We observe that these levels of modelling detail can influence the evaluation of the objective and the value of optimal sizing decisions. This observation is particularly valid as long as storage plays an important role in balancing energy production and demand.Considering uncertainties in techno-economic models is a challenging task, our objective is also to take a step back and assess the various practices for analysing and integrating uncertainties into the decision-making process while incorporating the notion of levels of modelling detail.Planifier la transformation des futurs systèmes d'énergie locaux est une tâche cruciale pour intégrer de façon efficiente la gestion de sources renouvelables, de stockage et de conversion de l'énergie.On s'intéresse ici à l'influence des incertitudes sur les modèles d'optimisation du dimensionnement de ces différentes technologies. Pour étudier les incertitudes, des méthodes avec une demande en ressources computationnelles importante sont nécessaires comme les méthodes de Monte-Carlo ou d'optimisation sous incertitudes. Pour parvenir à effectuer ces tâches, il est souvent nécessaire de considérer des modèles simplifiés des systèmes. Appliquer une analyse de sensibilité à un modèle simulant les opérations d'un bâtiment avec une gestion par commande prédictive (MPC) de la demande nous permet d'identifier le compromis qui existe entre simuler toute la complexité de ces systèmes et étudier les incertitudes. On définit ainsi la notion de niveau de détail de modélisation qu'on identifie comme une source d'incertitude dans les modèles d'opération ou d'optimisation des systèmes d'énergie.À travers le cas d'étude du dimensionnement d'un système d'énergie multi-vecteur d'un quartier résidentiel, on évalue l'influence sur les décisions et l’évaluation de coûts des niveaux de détail de modélisation concernant la stratégie de contrôle. L'objectif est de minimiser un coût net actualisé du système qui inclut à la fois les investissements CAPEX/OPEX ainsi que des coûts opérationnels tels que le prix d'achat de ressources comme le gaz. Dans ce cas d'étude, une commande prédictive (MPC) est utilisée pour piloter le système. On compare un modèle d'optimisation de programmation linéaire avec des nombres entiers, un modèle appliquant le principe d'horizon roulant pour la commande et un modèle communiquant avec une simulation détaillée de la partie thermique du système. Ces deux derniers utilisent un algorithme de recherche de type optimisation bayésienne pour optimiser le dimensionnement. On constate que ces niveaux de détail de modélisation peuvent avoir une influence sur l'évaluation de l'objectif et la valeur des décisions de dimensionnement optimales. En particulier, ce constat est valable tant que le stockage occupe un rôle important dans la gestion de l'équilibrage de la production et de la demande en énergie.Prendre en compte les incertitudes dans les modèles technico-économiques est une tâche ardue. Donc notre objectif est également de prendre du recul sur les différentes pratiques permettant d'analyser et d'intégrer les incertitudes dans le processus de décision tout en intégrant la notion de niveaux de détail de modélisation
Adéquation algorithme-architecture pour les systèmes embarqués communicants
No full textDans un contexte où les réseaux de capteurs, reflet d'une société toujours plus connectée, occupent une place centrale pour la collecte, l’échange et la sécurisation des informations, il est impératif de concevoir des systèmes à la fois flexibles, adaptables et sécurisés. Ce manuscrit d’habilitation à diriger les recherches synthétise mes travaux autour de trois axes : la conception d’algorithmes de traitement du signal, l’adéquation algorithme-architecture pour les radios logicielles, et l’implémentation de solutions sous contraintes, notamment en faible consommation. Ces travaux sont validés sur des plateformes réelles et des données physiques, avec des contributions méthodologiques pour le prototypage rapide, garantissant une continuité entre théorie et pratique à travers quatre contextes applicatifs : les réseaux sans fil et fibrés, la sécurité RF, le prototypage rapide via le langage Julia, et et l’intelligence artificielle embarquée. chacun des contextes, les principales contributions sont résumées et des perspectives de recherche que je compte mener dans les prochaines années sont également dressées