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Optimisation de l'IRSA pour LoRaWAN : une approche basée sur les facteurs d'étalement et le décodage spatio-temporel
Get PDFLe développement rapide de l’internet des objets (en anglais, internet of things ou IoT) a créé un besoin croissant de réseaux à longue portée, économes en énergie et adaptés aux équipements de faible puissance. Les réseaux étendus à faible puissance (en anglais, low-power wide-area networks ou LPWAN) répondent à cette demande en offrant des solutions adaptées aux applications IoT nécessitant une large couverture et une faible consommation énergétique. Parmi ces solutions, LoRaWAN se démarque par sa capacité à connecter un grand nombre d’équipements sur de longues distances, tout en maintenant une faible consommation énergétique. Bien que LoRaWAN soit largement utilisé pour l’accès sans fil à longue portée, son protocole d’accès aléatoire, ALOHA, montre ses limites dans les réseaux denses. Avec ce protocole, chaque équipement envoie une seule copie de ses données dans une trame en utilisant un facteur d’étalement (en anglais, spreading factor ou SF) spécifique, ce qui entraîne des taux de perte élevés et réduisant ainsi les performances du réseau. Pour améliorer les performances, des solutions comme le protocole ALOHA discrétisé à diversité et à résolution de contention (en anglais, contention resolution diversity slotted Aloha ou CRDSA) et ALOHA discrétisé à répétition irrégulière (en anglais, irregular repetition slotted Aloha ou IRSA) ont été développées. Ces protocoles augmentent les chances de transmission réussie en introduisant des répétitions de données envoyées par les équipements et en utilisant des techniques de décodage avancées. Contrairement à CRDSA, où chaque équipement envoie un nombre fixe de copies, IRSA va plus loin en intégrant des répétitions irrégulières, offrant ainsi une fiabilité supérieure. Cependant, IRSA n’exploite toujours pas pleinement les propriétés uniques des SFs propres à LoRaWAN. Dans ce mémoire, nous développons une nouvelle approche, appelée SF-IRSA, qui adapte IRSA aux spécificités de LoRaWAN en permettant aux équipements de transmettre une ou plusieurs copies d’un paquet en utilisant différents SFs. Cette approche exploite les SFs pour réduire les taux de perte de paquets et optimiser l’efficacité du réseau. Elle permet au décodeur d’appliquer un processus de décodage à deux dimensions : la dimension temporelle, pour décoder les paquets envoyés sur le même SF, et la dimension spatiale, pour décoder les paquets transmis sur différents SFs. En tirant parti de ces deux dimensions, le système offre un décodage plus robuste et performant. Nous présentons également un aperçu des réseaux LPWAN et des technologies associées. Ce mémoire inclut une revue de la littérature couvrant les concepts clés de notre étude, ainsi qu’une explication détaillée de l’approche proposée. Notre analyse théorique et nos simulations montrent que SF-IRSA surpasse les protocoles CRDSA et IRSA en termes de débit et de fiabilité. En détail, l’utilisation de deux SFs permet une augmentation de 16,2 % du débit asymptotique par rapport à IRSA standard. Avec trois SFs, le gain atteint 116,9 %, et avec six SFs, il augmente de 224,52 %.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : LoRaWAN, facteur d’étalement, protocole IRSA, annulation successive d’interférences, réseau LPWAN, internet des objets
Methylobacterium dans la phyllosphère : l'importance écologique et évolutive des interactions entre bactéries et plantes hôtes
Get PDFLa phyllosphère est un des plus vastes habitats terrestres pour les microorganismes; elle consiste en l’ensemble des parties aériennes des plantes. Les surfaces des feuilles abritent des communautés microbiennes très diversifiées, principalement dominées par les bactéries. Celles-ci jouent des rôles écologiques clés au sein des écosystèmes. Elles peuvent causer des maladies tout comme promouvoir la croissance et la santé de leur hôte, et elles participent aux cycles biogéochimiques et à la régulation du climat. Un lien positif a même été tracé entre la diversité bactérienne foliaire et la productivité des écosystèmes forestiers, bien que la relation de causalité n’ait pas été démontrée jusqu’ici. La phyllosphère a été étudié chez tous les types de plantes et de biomes, incluant chez les arbres de la forêt tempérée, qui couvre près de 7 millions km2 de la surface terrestre. Methylobacterium est un genre bactérien omniprésent de la phyllosphère, qui compte plus d’une centaine d’espèces. Ces bactéries méthylotrophes sont notamment reconnues pour stimuler la croissance de leurs plantes hôtes par la sécrétion de phytohormones, ce qui fait d’elles des taxons clés dans le fonctionnement des écosystèmes. L’analyse du pangénome de Methylobacterium – l’ensemble des gènes de toutes les espèces – a mis en lumière l’histoire évolutive du genre, ainsi que ses principales capacités métaboliques. Au sein de la phyllosphère, la feuille de chaque espèce végétale possède des caractéristiques morphologiques et phytochimiques uniques qui agissent comme un filtre environnemental pour les bactéries. L’espèce de plante hôte est en effet un des facteurs écologiques les plus influents sur la structure des communautés de Methylobacterium. Or, on ne connaît toujours pas les gènes bactériens qui sous-tendent les adaptations à différentes espèces d’hôtes. Le but de mon mémoire était, d’une part, de mieux comprendre comment l’espèce hôte façonne l’écologie et l’évolution de Methylobacterium au sein de la phyllosphère de la forêt tempérée, et d’autre part, d’investiguer la relation causale entre la biodiversité bactérienne de la phyllosphère et la croissance des plantes hôtes. Plus précisément, les objectifs de mon premier chapitre consistaient à quantifier l’influence de l’espèce hôte sur les structures taxonomique et génétique des communautés de Methylobacterium; identifier les bases géniques des adaptations de Methylobacterium aux espèces hôtes; et évaluer la nature adaptative du pangénome accessoire de Methylobacterium. Les objectifs de mon deuxième chapitre étaient de clarifier le lien causal entre richesse bactérienne foliaire et productivité de l’hôte; de révéler le rôle des souches bactériennes dans la relation diversité-productivité; et d’évaluer la contribution relative des différents mécanismes écologiques sous-tendant cette relation dans la phyllosphère. Dans le cadre de mon premier chapitre, en combinant l’analyse des métagénomes des communautés foliaires d’une forêt tempérée du Québec méridional avec l’analyse du pangénome de Methylobacterium, j’ai révélé que l’espèce de plante hôte façonnait grandement la structure des communautés bactériennes et de Methylobacterium. Les associations dévoilées entre gènes et espèces hôtes suggèrent que la lumière du soleil et la phénologie des feuilles exercent des pressions de sélection fortes qui entraînent d’importantes divergences dans la composition taxonomique et génétique des communautés résidant respectivement sur les arbres et les arbustes, et sur les conifères et les feuillus. Une partie du pangénome accessoire de Methylobacterium semble jouer un rôle dans les adaptations à l’hôte. Dans le cadre de mon deuxième chapitre, à l’aide de communautés synthétiques composées de souches de Methylobacterium, j’ai révélé qu’une augmentation de la richesse bactérienne de la phyllosphère entraînait globalement une augmentation de la croissance de l’hôte, que les souches pouvaient avoir un effet positif, neutre ou négatif sur l’hôte et que la composition des communautés façonnait la relation diversité-productivité, en raison de la complémentarité des niches. Mon mémoire met en lumière l’importance des interactions entre Methylobacterium et ses plantes hôtes. En liant les gènes à l’écologie de Methylobacterium, mes travaux soulignent l’apport fondamental de la biodiversité floristique dans l’écologie et l’évolution des bactéries, tout comme le rôle clé de leurs communautés phyllosphériques dans le fonctionnement des écosystèmes terrestres. Les hypothèses écologiques qui ont émergé de mon étude serviront à guider la recherche future sur Methylobacterium et la phyllosphère, un écosystème microbien au fort potentiel pour augmenter la résilience des cultures et des forêts face aux changements globaux.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : écologie microbienne, phyllosphère, Methylobacterium, métagénome, pangénome, gènes, adaptation, biodiversité-productivité, communautés synthétiques
Prédiction de trajectoires avec intégration contextuelle : exploitation du LLM BERT pour optimiser le covoiturage urbain dans des environnements chaotiques
Get PDFÀ l’ère des avancées technologiques qui se déploient rapidement aussi bien dans les pays développés que dans les pays en développement, de nombreuses applications émergent pour faciliter les déplacements, qu’ils soient urbains ou interurbains. Des plateformes telles qu’Uber ou Google Maps, par exemple, simplifient la localisation des taxis et autres modes de transport. Dans cette dynamique, l’application Ezyli, développée par la société canadienne Soft-AI Group Inc., a été conçue pour promouvoir le covoiturage, un mode de transport traditionnel et courant, notamment dans les pays en développement. Ezyli met en relation des utilisateurs ayant des points de départ et d’arrivée distincts, dont les trajets peuvent se superposer à divers moments. En parallèle, les chauffeurs de taxi adaptent leurs itinéraires en fonction des passagers, des conditions de circulation et d’autres paramètres imprévisibles. Dans ce contexte, anticiper les trajets des taxis et des utilisateurs devient un enjeu crucial pour optimiser l’efficacité du service et offrir des solutions mieux adaptées à leurs besoins. Notre projet de recherche vise à prédire de manière autorégressive les trajectoires des taxis à l’aide de l’architecture BERT (Bidirectional Encoder Representations from Transformers), initialement conçue pour le traitement du langage naturel. Cette approche innovante intègre les spécificités contextuelles de l’environnement dans lequel évoluent les taxis, enrichissant ainsi les méthodes de prédiction existantes, qui reposent sur des réseaux de neurones profonds ou des modèles de type Transformer. Cette démarche se révèle particulièrement pertinente, notamment pour une plateforme telle que Ezyli actuellement en phase de tests bêta en Afrique, où les conditions routières sont souvent chaotiques et imprévisibles. Notre étude révèle que l’intégration du contexte améliore considérablement les performances du modèle. Avec une précision de 83,3 % et un score FAD remarquablement bas de 0,219 pour la prédiction de l’avant-dernier point, notre approche surpasse nettement les modèles antérieurs de prédiction de destination. Il convient de souligner que la prédiction de l’avant-dernier point représente souvent un défi plus complexe que celle de la destination finale dans de nombreux contextes. Cette performance exceptionnelle dans une tâche particulièrement difficile démontre la robustesse et l’efficacité de notre approche contextuelle. Les exploitations des résultats de cette recherche sont nombreuses, allant de l’optimisation des trajets des taxis à la réduction de la congestion routière en passant par l’amélioration des services de mobilité à la demande. Cette étude ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de systèmes de transport intelligents, particulièrement adaptés aux besoins des villes en croissance rapide.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : prédictions et anticipation de trajectoire, intelligence artificielle, BERT, mobilité urbaine, covoiturage, contexte environnemental, optimisation des transport
Essais sur le cycle économique et la croissance schumpétérienne
Get PDFCette thèse comprend trois chapitres sous forme d’articles, chacun apportant une contribution significative au domaine de la macroéconomie en intégrant une analyse du cycle économique avec la théorie de la croissance endogène.
Dans le Chapitre 1, nous développons un modèle hybride combinant un modèle de croissance endogène schumpétérien avec un modèle de rigidité nominale néo-keynésien, en nous concentrant sur l’interaction entre la croissance tendancielle d’une économie et ses fluctuations cycliques. Pour des fins de tractabilité, une structure de brevets est imposée au modèle dans lequel les droits de propriété intellectuelle d’une technologie expirent après une période. En conséquence, seuls deux niveaux technologiques coexistent à tout moment dans le secteur intermédiaire. Ainsi le modèle de croissance endogène offre une compréhension plus nuancée de la dynamique économique, en particulier en ce qui concerne les fluctuations du cycle économique. Le modèle met l’accent sur l’importance de la R&D et des effets de retombées, offrant un aperçu des impacts de la politique monétaire, de l’efficacité des investissements et des avancées technologiques. Une analyse de décomposition de la variance souligne l’importance du choc de spillover dans la variabilité des investissements en R&D et en capital physique. L’étude contribue à la littérature en démontrant le pouvoir explicatif amélioré du modèle de croissance endogène dans l’analyse des cycles économiques et suggère de nouvelles recherches pour affiner ses capacités prédictives.
Le Chapitre 2, "Croissance schumpétérienne, rigidités des prix et cycles économiques", prolonge la discussion sur la croissance schumpétérienne en examinant l’impact des rigidités des prix et des salaires sur les cycles économiques. Il s’appuie sur le modèle du Chapitre 1 en s’affranchissant du système de brevets. Cet ajout permet d’enrichir le modèle en permettant à un continuum de technologies de coexister dans le secteur intermédiaire et donc d’avoir une intéraction plus riche entre la technologie et la rigidité des prix. Les prix sont fonctions d’une technologie, à travers le coût marginal, qui varie dans le temps et à travers le secteur intermédiaire. Le chapitre analyse les caractéristiques communes d’un modèle DSGE néo-keynésien avec des ajouts schumpétériens, étudiant les implications de ces modèles sur les niveaux de prix agrégés, les taux de salaire, la production et les contraintes de ressources. La calibration du modèle est alignée sur les données empiriques, capturant à la fois les éléments néo-keynésiens et schumpétériens. L’assouplissement de la contrainte sur les brevets permet une interaction beaucoup plus riche entre le progrès technologique et les rigidités nominales. Nous constatons que notre modèle reproduit les caractéristiques clés du cycle économique grâce à une calibration standard, capturant efficacement les dynamiques liées à la production, la consommation et les investissements tant dans le capital physique que dans la RD. Cette calibration équilibre le compromis entre précision et temps de traitement. De plus, nous observons que les changements dans la probabilité d’innovation à l’état stable, tout en maintenant constant le taux de croissance global de la production réelle, affectent significativement les réponses dynamiques des variables macroéconomiques. Une probabilité d’innovation plus élevée, qui tend à représenter des avancées technologiques plus modestes, conduit à des retombées technologiques plus larges et à une réduction des rigidités des prix nominaux, à mesure que de nouvelles entreprises établissant des prix optimaux émergent. Nous trouvons également que différentes combinaisons de probabilités d’innovation à l’état stable et d’étendues de retombées de connaissances, même en maintenant un taux de croissance constant pour la frontière technologique, ont des implications profondes pour le bien-être. Spécifiquement, un scénario avec une probabilité d’innovation à l’état stable plus élevée entraîne un niveau de bien-être équivalent à la consommation nettement supérieur. Par exemple, une économie avec une probabilité d’innovation trimestrielle de 23%, par rapport à 15%, produit un impact sur le bien-être 4, 7% plus élevé, en tenant compte des interactions dynamiques. Cela souligne le rôle significatif de la probabilité d’innovation et des retombées de connaissances dans la formation du bien-être économique.
Dans le Chapitre 3, nous présentons une analyse empirique qui s’appuie sur les fondements théoriques établis dans les chapitres précédents. Ce chapitre introduit un taux positif d’inflation tendancielle et les mécanismes d’indexation des prix et des salaires dans le modèle. L’utilisation de l’inférence bayésienne pour l’estimation des paramètres est une contribution méthodologique significative, renforçant la robustesse empirique du chapitre. Les résultats du chapitre, qui valident les modèles théoriques, éclairent la dynamique complexe entre l’innovation, la croissance et les cycles économiques, en particulier sous l’influence de l’inflation tendancielle positive et des mécanismes d’indexation. L’estimation bayésienne dans ce modèle économique néo-keynésien révèle plusieurs résultats clés : les paramètres de Calvo pour la rigidité des prix et des salaires suggèrent une durée moyenne de contrat de 2,5 trimestres. Une forte indexation des prix et des salaires, ainsi qu’une élasticité-prix de la demande indiquant une majoration de 16% par rapport à la tarification concurrentielle, sont observées. L’inflation est inférieure aux 2% anticipés, attribuée à l’impact de la destruction créatrice dans le modèle. La politique monétaire montre une forte réaction à la croissance de la production, avec moins de lissage que prévu. Des paramètres de croissance endogène et une forte persistance dans les paramètres de choc sont notés, avec une suggestion d’étendre la durée des investissements en R&D pour un modèle plus précis de la persistance économique. Le chapitre conclut en suggérant des avenues potentielles pour des recherches futures, notamment dans l’affinement et l’expansion du cadre empirique utilisé dans l’étude.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : croissance schumpétérienne, cycle économique, modèles néokeynesiens, rigidités de prix, rigidités de salaires, innovation, croissance, équilibre général, estimation bayésienne, inflation tendancielle,
coûts de l’inflation, dynamique de la croissnce, dynamique de l’inflatio
Le développement des symptômes associés aux psychopathologies liées au stress dans le contexte de la pandémie de COVID-19 chez les jeunes
Get PDFLes facteurs chroniques de stress, tels que la pandémie de COVID-19, peuvent entraîner des symptômes associés aux psychopathologies liées au stress (p. ex., symptômes de stress post-traumatique, anxieux et dépressifs). Ces psychopathologies sont associées à des dérèglements de la sécrétion de cortisol, une importante hormone de stress. Certaines études suggèrent que ces dérèglements puissent être présents avant le développement des symptômes, de sorte qu’ils constitueraient un facteur de risque. Néanmoins, le rôle prédictif du cortisol sur les psychopathologies liées au stress reste incertain, les recherches montrant des résultats divergents tant chez les adultes que les enfants. Étant donné que le cerveau des enfants et des adolescents est particulièrement sensible aux effets du cortisol, il est important d’évaluer le rôle prédictif de cette hormone sur les symptômes associés aux psychopathologies liées au stress durant cette période développementale. En outre, puisque les réactions émotionnelles des parents influencent celles de leurs enfants durant les événements stressants, il est essentiel de déterminer si la détresse des parents affecte le cortisol des enfants, permettant ainsi une meilleure compréhension des dérèglements du cortisol lors d'événements stressants chroniques. L’objectif principal de la thèse était donc de mieux comprendre le développement des symptômes associés aux psychopathologies liées au stress chez les jeunes durant un événement stressant chronique, c’est-à-dire la pandémie de COVID-19. Le premier objectif (études 1 et 2) visait à investiguer le rôle prédictif du cortisol sur l’évolution des symptômes de stress post-traumatique, anxieux et dépressifs chez les jeunes durant la pandémie. Le second objectif (étude 2) visait à examiner l’effet du stress subjectif et de la détresse des parents sur les niveaux de cortisol des enfants durant la pandémie. En juin 2020, 71 dyades parent-enfant (8-15 ans) ont fourni un échantillon de cheveux pour évaluer les concentrations cumulatives de cortisol prépandémiques (décembre 2019-mars 2020) et pandémiques (mars-juin 2020). Entre juin et mars 2020, tous les trois mois, les dyades ont rempli des questionnaires pour évaluer leurs symptômes de stress post-traumatique, anxieux et dépressifs. Les parents ont également évalué leur stress subjectif à ces moments. Les résultats du premier objectif ont montré qu'une augmentation des niveaux de cortisol au début de la pandémie par rapport aux niveaux prépandémiques était liée à moins de symptômes de stress post-traumatique au début de la pandémie, mais à une augmentation des symptômes au fil du temps chez les enfants. Les niveaux de cortisol des enfants avant et pendant la pandémie étaient indépendamment et négativement associés à leurs symptômes anxieux tout au long de la première année de la pandémie. Concernant le deuxième objectif, les niveaux de cortisol et le stress subjectif des parents étaient indépendamment et positivement associés aux niveaux de cortisol des enfants. La thèse suggère que les niveaux de cortisol pourraient constituer un indicateur potentiel pour identifier les jeunes susceptibles de développer des symptômes de stress post-traumatique et d'anxiété au cours d'une période de stress prolongée. En outre, elle souligne l'importance de prendre en compte le rôle des parents, puisque leur stress physiologique et psychologique peut potentiellement avoir un effet sur les niveaux de cortisol de leurs enfants au cours d'un événement stressant chronique.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Pandémie de COVID-19, Cortisol, Jeunes, Parents, Stress subjectif, Symptômes anxieux, Symptômes dépressifs, Symptômes de stress post-traumatiqu
Relation entre l'affectivité et l'apprentissage des notions de physique mécanique avec un jeu sérieux chez des étudiants en sciences humaines
Get PDFContrairement aux recherches effectuées sur les émotions en contexte scolaire en lien avec la performance, les études concernant l’impact des émotions sur le processus d’apprentissage sont peu nombreuses. En utilisant un cadre théorique interdisciplinaire réunissant les sciences de l’éducation, la psychologie et les neurosciences éducationnelles, ce mémoire présente les résultats d’une étude dont la l’objectif principal est de déterminer si une relation existe entre l’affectivité et l’apprentissage avec Mécanika, un jeu sérieux en physique mécanique. Au total, les données secondaires de 74 étudiants en sciences humaines ayant peu de connaissance en physique mécanique sont retenues pour l’étude de leurs signaux d’activation psychophysiologique et de valence émotionnelle enregistrés lors d’une séance de jeu de deux heures. Les participants sont invités à manipuler les différentes forces (centripète, vent, gravité, etc.) puis à les combiner afin d’apprendre à déplacer un objet du point A au point B. Ils doivent choisir les bonnes forces à appliquer sur l’objet, leurs sources et leurs positions appropriées, afin d'accéder au niveau suivant. Les données recueillies par conductance électrodermale et par électroencéphalographie sont transformées en vecteur de l’affect circonscrit dans le modèle circomplexe des émotions représentant les différentes combinaisons d’activation et de la valence. L’intensité moyenne des vecteurs de l’affect est ensuite étudiée par quadrant du modèle circomplexe en fonction de l’apprentissage défini par le changement conceptuel. Celui-ci est évalué par la comparaison des réponses au pré-test et au post-test du questionnaire The Force Concept Inventory (FCI) (Hestenes et al.,1992) qui permet d’évaluer les connaissances scientifiques en physique mécanique. Les résultats montrent qu’il existe une relation entre l’affectivité et l’apprentissage dans Mécanika et que le maintien du changement conceptuel influence de façon significative les variations de l’affectivité. Ces observations semblent indiquer que les émotions d’activation élevée et de valence négative ne nuisent pas au maintien des connaissances scientifiques dans le cadre d’un jeu sérieux. L’étude de la résilience des participants face aux émotions négatives de forte activation lors d’activité d’apprentissage ainsi que l’analyse de l’affect des participants au moment où ils remplissent le questionnaire du FCI sont proposées afin de poursuivre le développement des connaissances sur la relation entre l’affectivité et l’apprentissage au moyen de mesures psychophysiologiques.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : psychophysiologie de l’affect, modèle circomplexe des émotions, émotions d’accomplissement, changement conceptuel, apprentissage, traitement prédictif, conductance électrodermale, EE
Design et gestion des risques : plaidoyer pour une résilience communautaire
Get PDFFace à un monde en mutation, marqué par les aléas naturels amplifiés par les changements climatiques, les risques anthropiques et technologiques croissants, ce mémoire explore comment le design peut devenir un outil stratégique pour renforcer la résilience des communautés. En combinant une analyse historique de la sécurité civile, des analyses de projets et des concepts clés, tels que la polyvalence, l’accessibilité, le capital social, les tiers lieux et la résilience communautaire, cette recherche propose une approche innovante, intégrée et systémique pour gérer les risques. Le design, parfois perçu à travers le prisme esthétique ou fonctionnel, est ici examiné comme un levier pour concevoir des solutions adaptatives, durables et centrées sur les usagers pour améliorer la résilience des communautés. Le mémoire s’appuie sur le contexte canadien et des exemples internationaux pour démontrer que les designers, par leur capacité à anticiper et à innover, peuvent jouer un rôle clé à toutes les étapes de la gestion des risques. À travers l’analyse de projets polyvalents et un fondement théorique soutenu, il est possible d'illustrer comment les communautés peuvent mieux se préparer à l’incertitude et renforcer leur capacité de réponse face aux crises. Ce mémoire invite à repenser les pratiques traditionnelles de gestion des risques en intégrant créativité, innovation, inclusivité pour faire face à une grande diversité de risques liés autant aux aléas naturels qu’anthropiques, pour offrir un avenir plus sûr et résilient.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Design, Résilience, Polyvalence, Communauté, Risques, Aléas, Sécurité, Innovation, Systémiqu