Analyse du raisonnement covariationnel favorisant le passage de la fonction à la dérivée et des situations qui en sollicitent le déploiement chez des élèves de 15 à 18 ans

Afin de mieux cerner les enjeux de la transition entre le secondaire et le postsecondaire, nous proposons un examen du passage de la notion de fonction à celle de dérivée. À la lumière de plusieurs travaux mettant en évidence des difficultés inhérentes à ce passage, et nous basant sur les recherches de Carlson et ses collègues (Carlson, 2002; Carlson, Jacobs, Coe, Larsen et Hsu, 2002; Carlson, Larsen et Jacobs, 2001; Oehrtman, Carlson et Thompson, 2008) sur le raisonnement covariationnel, nous présentons une analyse de la dynamique du développement de ce raisonnement chez des petits groupes d’élèves de la fin du secondaire et du début du collégial dans quatre situations-problèmes différentes. L’analyse des raisonnements de ces groupes d’élèves nous a permis, d’une part, de raffiner la grille proposée par Carlson en mettant en évidence, non seulement des unités de processus de modélisation (ou unités de raisonnement) mises en action par ces élèves lors des activités proposées, mais aussi leurs rôles au sein de la dynamique du raisonnement. D’autre part, cette analyse révèle l’influence de certaines caractéristiques des situations sur les interactions non linéaires entre ces unités.

Les trajectoires de femmes victimes de violence conjugale : les facteurs qui expliquent la dynamique de la violence physique à travers le temps.

La violence conjugale peut prendre différentes formes et évoluer à travers le temps. On ne peut écarter la possibilité que les différentes trajectoires soient influencées par le contexte de vie dans lequel la victime se présente. Dans cet ordre d’idée, la perspective des parcours de vie se présente comme un cadre théorique approprié pour comprendre les différents changements temporels qui s’opèrent dans les trajectoires de victimisation en contexte conjugal. Toutefois, le soutien empirique sur les facteurs derrière le nombre d’épisodes de la violence et ses variations au fil du temps est mince; notamment en raison de la rareté des données longitudinales ou rétrospectives requises pour ce type de recherche. Cette étude propose de combler ces lacunes dans l’analyse des trajectoires individuelles des femmes qui ont été victimes de violence conjugale. Plus spécifiquement, elle analyse l’évolution de l’occurrence et de l’intensité de la violence physique à travers le temps. L’échantillon est composé de 53 femmes, toutes victimes de violence conjugale au courant des 36 derniers mois référées par plusieurs milieux (par exemple : maisons d’hébergement, Cour municipale, centres d’aide aux victimes d’acte criminel, centres de thérapie, maisons de transition). Cette recherche est basée sur des données rétrospectives des circonstances entourant la vie de ces femmes au cours des 36 derniers mois. Les trajectoires individuelles ont été reconstruites en utilisant la méthode des calendriers d’histoire de la vie. Cette méthode qui a fait ses preuves dans l’étude des carrières criminelles et de la victimisation permet de situer les trajectoires dans leur contexte de vie et de reconstruire la dynamique derrière les victimisations. L’utilisation de la modélisation de type multiniveaux comme stratégie d’analyse est privilégiée dans cette étude. Combiné avec le calendrier d’histoire de vie, ce type de modèle permet d’examiner les changements dans la chronicité et l’intensité de la violence au sein des trajectoires individuelles des victimes. Les résultats permettent une meilleure compréhension des éléments statiques et dynamiques dernières trajectoires des femmes victimes. Cette recherche se veut avant tout exploratoire et ouvre la porte à une multitude de possibilités à de futures recherches.

Influence de la phase d’usage dans les enjeux de la rénovation de bâtiments résidentiels écologiques : vers une approche diachronique

En Amérique du Nord, les pratiques actuelles de conception de l’industrie de la construction suscitent de nombreux et importants problèmes, tant au niveau environnemental, que social et économique. Certaines tendances conceptuelles, telles que l’industrialisation de la construction, le bâtiment vert, l’approche diachronique et la rationalisation spatiale proposent des moyens afin de répondre à cette problématique. La conception synchronique, qui ne se base encore que sur des besoins immédiats, produit des bâtiments statiques qui ne peuvent accommoder l’évolution des besoins. En plus de la phase d’usage qui se révèle la plus coûteuse en termes de consommation d’énergie, d’eau, de matériaux et de génération de déchets, le bâtiment statique est amené à subir de nombreuses rénovations, profondément délétères pour l’environnement et la situation économique des ménages. Dans une perspective d’opérationnalisation du développement durable, la problématique de recherche concerne la considération de la phase d’usage dans le processus conceptuel de l’habitation. Dans l’optique de favoriser une conception plutôt diachronique, 55 projets de rénovation résidentiels ont été analysés et comparés afin de décrire la nature et l’intensité des interventions effectuées. L’examen des plans avant/après rénovation a permis de quantifier le niveau d’intensité des interventions et ainsi, mettre en relief certaines tendances et récurrences des pratiques actuelles. Dans le but de valider si le bâtiment vert est en mesure de répondre aux enjeux environnementaux contemporains de l’habitation, les contenus de trois programmes de certification utilisés en Amérique du Nord, à savoir BOMA-BESt®, LEED®, et Living Building ChallengeTM, sont analysés. Une classification des stratégies proposées montre la répartition des préoccupations envers le bâtiment, les systèmes et l’usager. Une analyse permet de mettre en relief que les considérations semblent, de façon générale, cohérentes avec les impacts associés à l’habitation. Un examen plus ciblé sur la teneur et les objectifs des stratégies considérant l’usager permet l’émergence de deux ensembles thématiques : les cinq sources potentielles d’impacts (énergie, eau, matériaux, déchets et environnement intérieur), ainsi que les quatre thèmes reliés aux objectifs et aux finalités des stratégies (entretien et surveillance; sensibilisation et formation; modélisation et mesurage; comportement et habitude). La discussion a permis d’émettre des pistes d’écoconception pour permettre à l’habitation d’accommoder l’évolution des besoins des occupants, à savoir la « démontabilité », l’aptitude à l’évolution et l’accessibilité. Des recommandations, telles que la nécessité de mieux prendre en compte l’usager comme facteur d’influence des impacts occasionnés par la phase d’usage, sont ensuite proposées. D’autres suggestions appellent à une concrétisation de la performance en suscitant l’implication, l’engagement, la responsabilisation et l’autonomisation des occupants. Enfin, il semble que certaines modifications des programmes de certification et de la législation en vigueur pourraient favoriser l’émergence d’une vision nouvelle concernant la nécessaire réduction de la superficie habitable. Toutes ces opportunités d’amélioration ont le potentiel de mener ce secteur vers une démarche plus globale et systémique, tout en bonifiant de façon majeure les implications environnementales, économiques et sociales de l’habitation.

Contributions of local, lateral and contextual habitat variables to explaining variation in fisheries productivity metrics in the littoral zone of a reservoir

Puisque l’altération des habitats d’eau douce augmente, il devient critique d’identifier les composantes de l’habitat qui influencent les métriques de la productivité des pêcheries. Nous avons comparé la contribution relative de trois types de variables d’habitat à l’explication de la variance de métriques d’abondance, de biomasse et de richesse à l’aide de modèles d’habitat de poissons, et avons identifié les variables d’habitat les plus efficaces à expliquer ces variations. Au cours des étés 2012 et 2013, les communautés de poissons de 43 sites littoraux ont été échantillonnées dans le Lac du Bonnet, un réservoir dans le Sud-est du Manitoba (Canada). Sept scénarios d’échantillonnage, différant par l’engin de pêche, l’année et le moment de la journée, ont été utilisés pour estimer l’abondance, la biomasse et la richesse à chaque site, toutes espèces confondues. Trois types de variables d’habitat ont été évalués: des variables locales (à l’intérieur du site), des variables latérales (caractérisation de la berge) et des variables contextuelles (position relative à des attributs du paysage). Les variables d’habitat locales et contextuelles expliquaient en moyenne un total de 44 % (R2 ajusté) de la variation des métriques de la productivité des pêcheries, alors que les variables d’habitat latérales expliquaient seulement 2 % de la variation. Les variables les plus souvent significatives sont la couverture de macrophytes, la distance aux tributaires d’une largeur ≥ 50 m et la distance aux marais d’une superficie ≥ 100 000 m2, ce qui suggère que ces variables sont les plus efficaces à expliquer la variation des métriques de la productivité des pêcheries dans la zone littorale des réservoirs.

Synthesis of constrained tricyclic nucleosides and the core of nagilactone B

Cette thèse décrit deux thèmes principaux: 1) la conception, la synthèse, et l'évaluation biophysique des nucléosides tricycliques, et 2) la synthèse de nagilactone B, un produit naturel norditerpenoïde dilactone de la famille de produits naturels “podolactone”. Le premier chapitre décrit la stratégie de design rationnel des nucléosides nommé “restriction conformationnelle double” basée sur les études de modélisation structurales des duplex ADN–ARN modifiés. Cette stratégie implique un blocage du cycle furanose dans une configuration de type N- ou S, et une restriction de la rotation torsionelle autour de l’angle γ. La première contrainte a été incorporée avec un pont méthylène entre l’oxygène en position 2′ et le carbone 4′ du nucléoside. Cette stratégie a été inspirée par les acides nucléiques bloqués (ou “locked nucleic acid”, LNA). La deuxième contrainte a été réalisée en ajoutant un carbocycle supplémentaire dans l'échafaud de l’acide nucléique bloqué. Les défis synthétiques de la formation des nucléotides modifiés à partir des carbohydrates sont décrits ainsi que les améliorations aux stabilités thermiques qu’ils apportent aux duplex oligonucléïques dont ils font partie. Chapitres deux et trois décrivent le développement de deux voies synthétiques complémentaires pour la formation du noyau de nagilactone B. Ce produit naturel a des implications pour le syndrome de Hutchinson–Gilford, à cause de son habilité de jouer le rôle de modulateur de l’épissage d’ARN pré-messager de lamine A. Ce produit naturel contient sept stereocentres différents, dont deux quaternaires et deux comprenant un syn-1,2-diol, ainsi que des lactones à cinq ou six membres, où le cycle à six ressemble à un groupement α-pyrone. La synthèse a débuté avec la cétone de Wieland-Miescher qui a permis d’adresser les défis structurels ainsi qu’explorer les fonctionnalisations des cycles A, B et D du noyau de nagilactone B.

Analyse de maillages surfaciques par construction et comparaison de modèles moyens et par décomposition par graphes s’appuyant sur les courbures discrètes : application à l’étude de la cornée humaine

Réalisé en cotutelle avec Aix Marseille Université.

Profils individuels et dynamiques interactionnelles des parents et des enfants à risque d’aliénation parentale dans un contexte d’une rupture conjugale litigieuse

L’aliénation parentale (AP) est un phénomène connu des intervenants sociolégaux œuvrant auprès des familles éclatées chez lesquelles on retrouve un haut niveau de conflits parentaux. Ce phénomène est peu étudié empiriquement et sa définition et les balises l’entourant demeurent à ce jour non circonscrites et suscitent confusion et controverse. Cette recherche n’a pas comme objectif de trancher sur ce qui est ou n’est pas de l’aliénation parentale, mais porte plutôt sur l’étude du phénomène de Détérioration du lien parent-enfant (DLPE), qui inclut une rupture complète du lien comme dans les cas d’AP, lors de séparations conjugales litigieuses. Cette thèse doctorale a pour objectif principal d’élargir notre compréhension sur les différents facteurs qui interagissent et qui mettent en place une situation familiale de DLPE. Le présent ouvrage est composé de quatre articles, dont trois sont empiriques. Le premier article est une synthèse critique des écrits théoriques et empiriques permettant de dégager les différents facteurs, conduites ou contextes individuels et relationnels associés à une DLPE. Il ressort que la plupart des écrits proviennent de comptes rendus cliniques. De plus, peu d’auteurs abordent ce phénomène dans une perspective systémique incluant une vision multifactorielle de cette situation. Plusieurs aspects demandent à être étudiés davantage : les caractéristiques individuelles, les comportements inappropriés des acteurs et les dynamiques familiales. En définitive, il importe d’établir les facteurs de résilience. Les articles 2, 3 et 4 ont été réalisés suite à une analyse qualitative de 17 dossiers d’expertise psychosociale de familles séparées en litige autour des accès des enfants. Le second article a pour objectif d’apporter un éclairage fouillé sur les structures de personnalité des parents impliqués dans de tels litiges. Il se dégage de cette analyse que les parents contribuent différemment à la dynamique familiale en fonction de leur profil de personnalité. Quatre profils parentaux ont émergé et permettent de discerner en quoi les parents aux conduites aliénantes se distinguent des parents dénigrés au niveau des profils de personnalité et en quoi la personnalité de ces parents est respectivement différente selon qu’ils maintiennent ou pas la relation avec leur enfant. L’analyse approfondie des profils parentaux a permis de formuler certains facteurs de risque et de protection relatifs à la structure de la personnalité des parents à risque d’une DLPE. Le troisième article a pour objectif d’évaluer par une lecture psychodynamique les différentes caractéristiques individuelles des enfants dans l’optique d’établir des pistes pouvant élucider pourquoi un enfant est résistant à une DLPE ou, au contraire, ne l’est pas. L’analyse qualitative fouillée des dossiers d’expertise a permis d’extraire différents facteurs de risque et de protection d’une DLPE chez ces enfants. Le quatrième article cherche à modéliser les différents facteurs de risque ou, au contraire, qui atténuent le risque de DLPE. Trois trajectoires dénotant une dynamique de DLPE ont émergé. Une modélisation systémique reprend l’ensemble des facteurs (dynamiques personnelles et relationnelles, contexte familial, système sociojuridique, personnes tierces et temps) émergeant de l’analyse et leur déploiement spécifique à chaque trajectoire.

Caractérisation tridimensionnelle de l’amplitude articulaire de l’épaule

L’épaule est l’articulation la plus mobile et la plus instable du corps humain dû à la faible quantité de contraintes osseuses et au rôle des tissus mous qui lui confèrent au moins une dizaine de degrés de liberté. La mobilité de l’épaule est un facteur de performance dans plusieurs sports. Mais son instabilité engendre des troubles musculo-squelettiques, dont les déchirures de la coiffe des rotateurs sont fréquentes et les plus handicapantes. L’évaluation de l’amplitude articulaire est un indice commun de la fonction de l’épaule, toutefois elle est souvent limitée à quelques mesures planaires pour lesquelles les degrés de liberté varient indépendamment les uns des autres. Ces valeurs utilisées dans les modèles de simulation musculo-squelettiques peuvent amener à des solutions non physiologiques. L’objectif de cette thèse était de développer des outils pour la caractérisation de la mobilité articulaire tri-dimensionnelle de l’épaule, en passant par i) fournir une méthode et son approche expérimentale pour évaluer l’amplitude articulaire tridimensionnelle de l’épaule incluant des interactions entre les degrés de liberté ; ii) proposer une représentation permettant d’interpréter les données tri-dimensionnelles obtenues; iii) présenter des amplitudes articulaires normalisées, iv) implémenter une amplitude articulaire tridimensionnelle au sein d’un modèle de simulation numérique afin de générer des mouvements sportifs optimaux plus réalistes; v) prédire des amplitudes articulaires sécuritaires et vi) des exercices de rééducation sécuritaires pour des patients ayant subi une réparation de la coiffe des rotateurs. i) Seize sujets ont été réalisé séries de mouvements d’amplitudes maximales actifs avec des combinaisons entre les différents degrés de liberté de l’épaule. Un système d’analyse du mouvement couplé à un modèle cinématique du membre supérieur a été utilisé pour estimer les cinématiques articulaires tridimensionnelles. ii) L’ensemble des orientations définies par une séquence de trois angles a été inclus dans un polyèdre non convexe représentant l’espace de mobilité articulaire prenant en compte les interactions entre les degrés de liberté. La combinaison des séries d’élévation et de rotation est recommandée pour évaluer l’amplitude articulaire complète de l’épaule. iii) Un espace de mobilité normalisé a également été défini en englobant les positions atteintes par au moins 50% des sujets et de volume moyen. iv) Cet espace moyen, définissant la mobilité physiologiques, a été utilisé au sein d’un modèle de simulation cinématique utilisé pour optimiser la technique d’un élément acrobatique de lâcher de barres réalisée par des gymnastes. Avec l’utilisation régulière de limites articulaires planaires pour contraindre la mobilité de l’épaule, seulement 17% des solutions optimales sont physiologiques. En plus, d’assurer le réalisme des solutions, notre contrainte articulaire tridimensionnelle n’a pas affecté le coût de calculs de l’optimisation. v) et vi) Les seize participants ont également réalisé des séries d’amplitudes articulaires passives et des exercices de rééducation passifs. La contrainte dans l’ensemble des muscles de la coiffe des rotateurs au cours de ces mouvements a été estimée à l’aide d’un modèle musculo-squelettique reproduisant différents types et tailles de déchirures. Des seuils de contrainte sécuritaires ont été utilisés pour distinguer les amplitudes de mouvements risquées ou non pour l’intégrité de la réparation chirurgicale. Une taille de déchirure plus grande ainsi que les déchirures affectant plusieurs muscles ont contribué à réduire l’espace de mobilité articulaire sécuritaire. Principalement les élévations gléno-humérales inférieures à 38° et supérieures à 65°, ou réalisées avec le bras maintenu en rotation interne engendrent des contraintes excessives pour la plupart des types et des tailles de blessure lors de mouvements d’abduction, de scaption ou de flexion. Cette thèse a développé une représentation innovante de la mobilité de l’épaule, qui tient compte des interactions entre les degrés de liberté. Grâce à cette représentation, l’évaluation clinique pourra être plus exhaustive et donc élargir les possibilités de diagnostiquer les troubles de l’épaule. La simulation de mouvement peut maintenant être plus réaliste. Finalement, nous avons montré l’importance de personnaliser la rééducation des patients en termes d’amplitude articulaire, puisque des exercices passifs de rééducation précoces peuvent contribuer à une re-déchirure à cause d’une contrainte trop importante qu’ils imposent aux tendons.

Is socioeconomic position early in life associated with physical activity during adulthood following the accumulation of risk model with additive effects?

L'activité physique améliore la santé, mais seulement 4.8% des Canadiens atteignent le niveau recommandé. La position socio-économique est un des déterminants de l'activité physique les plus importants. Elle est associée à l’activité physique de manière transversale à l’adolescence et à l’âge adulte. Cette thèse a tenté de déterminer s'il y a une association à long terme entre la position socio-économique au début du parcours de vie et l’activité physique à l’âge adulte. S'il y en avait une, un deuxième objectif était de déterminer quel modèle théorique en épidémiologie des parcours de vie décrivait le mieux sa forme. Cette thèse comprend trois articles: une recension systématique et deux recherches originales. Dans la recension systématique, des recherches ont été faites dans Medline et EMBASE pour trouver les études ayant mesuré la position socio-économique avant l'âge de 18 ans et l'activité physique à ≥18 ans. Dans les deux recherches originales, la modélisation par équations structurelles a été utilisée pour comparer trois modèles alternatifs en épidémiologie des parcours de vie: le modèle d’accumulation de risque avec effets additifs, le modèle d’accumulation de risque avec effet déclenché et le modèle de période critique. Ces modèles ont été comparés dans deux cohortes prospectives représentatives à l'échelle nationale: la 1970 British birth cohort (n=16,571; première recherche) et l’Enquête longitudinale nationale sur les enfants et les jeunes (n=16,903; deuxième recherche). Dans la recension systématique, 10 619 articles ont été passés en revue par deux chercheurs indépendants et 42 ont été retenus. Pour le résultat «activité physique» (tous types et mesures confondus), une association significative avec la position socio-économique durant l’enfance fut trouvée dans 26/42 études (61,9%). Quand seulement l’activité physique durant les loisirs a été considérée, une association significative fut trouvée dans 21/31 études (67,7%). Dans un sous-échantillon de 21 études ayant une méthodologie plus forte, les proportions d’études ayant trouvé une association furent plus hautes : 15/21 (71,4%) pour tous les types et toutes les mesures d’activité physique et 12/15 (80%) pour l’activité physique de loisir seulement. Dans notre première recherche originale sur les données de la British birth cohort, pour la classe sociale, nous avons trouvé que le modèle d’accumulation de risque avec effets additifs s’est ajusté le mieux chez les hommes et les femmes pour l’activité physique de loisir, au travail et durant les transports. Dans notre deuxième recherche originale sur les données canadiennes sur l'activité physique de loisir, nous avons trouvé que chez les hommes, le modèle de période critique s’est ajusté le mieux aux données pour le niveau d’éducation et le revenu, alors que chez les femmes, le modèle d’accumulation de risque avec effets additifs s’est ajusté le mieux pour le revenu, tandis que le niveau d’éducation ne s’est ajusté à aucun des modèles testés. En conclusion, notre recension systématique indique que la position socio-économique au début du parcours de vie est associée à la pratique d'activité physique à l'âge adulte. Les résultats de nos deux recherches originales suggèrent un patron d’associations le mieux représenté par le modèle d’accumulation de risque avec effets additifs.

Émergence des comportements de leadership transformationnel : examen de l’apport d’une approche basée sur les composites de personnalité et d’une perspective interactionniste

Comprendre ce qui amène un leader à émettre des comportements de leadership transformationnel fascine les chercheurs et praticiens depuis plusieurs années (Bommer, Rubin, & Baldwin, 2004; Bono & Judge, 2004; Shamir & Howell, 1999 ; Stogdill, 1948; Yukl, 1999). Or, jusqu’à présent, ces facteurs sont encore bien peu étudiés et compris comparativement aux conséquences de ce style de leadership. Dans cette lignée, la présente thèse répond à différents enjeux soulevés par les auteurs à ce sujet (Dinh & Lord, 2012; Zaccaro, 2007) en cherchant à préciser le rôle joué par différents antécédents individuels et contextuels du leadership transformationnel. Cet objectif sera poursuivi par l’adoption d’une perspective interactionniste qui intègre des antécédents de personnalité et de contexte ainsi par l’évaluation de la personnalité à l’aide d’une modélisation de la personnalité orientée vers le critère à prédire (variable composite). La présente thèse est composée de trois articles poursuivant les objectifs suivant : 1) Effectuer une synthèse de la littérature empirique portant sur les antécédents individuels et contextuels du leadership transformationnel; 2) Vérifier les liens empiriques entre la personnalité mesurée à l’aide de variables composites, plus précisément le modèle des Great Eight de Bartram (2005), et le leadership transformationnel; 3) Tester empiriquement l’effet d’interaction entre les variables de personnalité et les variables contextuelles pour prédire le leadership transformationnel. Le premier article vise d’abord à circonscrire et organiser les connaissances empiriques actuelles provenant d’une quarantaine d’articles concernant les antécédents du leadership transformationnel. L’article s’organise en trois thèmes principaux : les antécédents individuels de personnalité, les antécédents contextuels et l’étude des interactions entre le volet individuel et contextuel. Plusieurs constats et pistes de recherches sont discutés et mettent la table pour les deux articles subséquents. Ainsi, le second article s’intéresse au potentiel explicatif d’un modèle de personnalité orienté vers le critère pour prédire le leadership. Plus spécifiquement, le modèle des Great Eight proposé par Bartram (2005) est mis en relation avec les comportements de leadership transformationnel et de récompense contingente. Les résultats, obtenus auprès de 113 gestionnaires et de leurs 799 subordonnés, donnent peu d’appui à la valeur ajoutée du modèle utilisé, mais indiquent que certaines tendances de personnalité sont associées au leadership. Des analyses supplémentaires permettent de nuancer la compréhension des effets observés dans la documentation scientifique et offrent quelques pistes de groupements de traits pouvant prédire les différents comportements de leadership. Le troisième article s’inspire de la théorie de l’activation des traits (Tett & Burnett, 2003) pour vérifier l’effet combiné de la personnalité du gestionnaire et du contexte dans lequel il évolue en vue de prédire le leadership transformationnel. Les résultats (ngestionnaires = 89; nsubordonnés = 643) n’offrent qu’un appui modéré au rationnel sous-jacent du modèle de l’activation des traits. Toutefois, il en ressort que l’aspect relationnel du gestionnaire (opérationnalisé par le composite de personnalité « soutien et coopération ») est associé à l’émergence du leadership transformationnel uniquement lorsque les facteurs contextuels (considération organisationnelle, latitude décisionnelle) sont perçus positivement par le gestionnaire. L’étude permet donc d’éclaircir une part de la variabilité observée dans les études antérieures concernant la tendance relationnelle du gestionnaire, en soulignant sa sensibilité à des facteurs contextuels positifs.

Designing Regularizers and Architectures for Recurrent Neural Networks

Cette thèse contribue a la recherche vers l'intelligence artificielle en utilisant des méthodes connexionnistes. Les réseaux de neurones récurrents sont un ensemble de modèles séquentiels de plus en plus populaires capable en principe d'apprendre des algorithmes arbitraires. Ces modèles effectuent un apprentissage en profondeur, un type d'apprentissage machine. Sa généralité et son succès empirique en font un sujet intéressant pour la recherche et un outil prometteur pour la création de l'intelligence artificielle plus générale. Le premier chapitre de cette thèse donne un bref aperçu des sujets de fonds: l'intelligence artificielle, l'apprentissage machine, l'apprentissage en profondeur et les réseaux de neurones récurrents. Les trois chapitres suivants couvrent ces sujets de manière de plus en plus spécifiques. Enfin, nous présentons quelques contributions apportées aux réseaux de neurones récurrents. Le chapitre \ref{arxiv1} présente nos travaux de régularisation des réseaux de neurones récurrents. La régularisation vise à améliorer la capacité de généralisation du modèle, et joue un role clé dans la performance de plusieurs applications des réseaux de neurones récurrents, en particulier en reconnaissance vocale. Notre approche donne l'état de l'art sur TIMIT, un benchmark standard pour cette tâche. Le chapitre \ref{cpgp} présente une seconde ligne de travail, toujours en cours, qui explore une nouvelle architecture pour les réseaux de neurones récurrents. Les réseaux de neurones récurrents maintiennent un état caché qui représente leurs observations antérieures. L'idée de ce travail est de coder certaines dynamiques abstraites dans l'état caché, donnant au réseau une manière naturelle d'encoder des tendances cohérentes de l'état de son environnement. Notre travail est fondé sur un modèle existant; nous décrivons ce travail et nos contributions avec notamment une expérience préliminaire.

Learning representations for Information Retrieval

La recherche d'informations s'intéresse, entre autres, à répondre à des questions comme: est-ce qu'un document est pertinent à une requête ? Est-ce que deux requêtes ou deux documents sont similaires ? Comment la similarité entre deux requêtes ou documents peut être utilisée pour améliorer l'estimation de la pertinence ? Pour donner réponse à ces questions, il est nécessaire d'associer chaque document et requête à des représentations interprétables par ordinateur. Une fois ces représentations estimées, la similarité peut correspondre, par exemple, à une distance ou une divergence qui opère dans l'espace de représentation. On admet généralement que la qualité d'une représentation a un impact direct sur l'erreur d'estimation par rapport à la vraie pertinence, jugée par un humain. Estimer de bonnes représentations des documents et des requêtes a longtemps été un problème central de la recherche d'informations. Le but de cette thèse est de proposer des nouvelles méthodes pour estimer les représentations des documents et des requêtes, la relation de pertinence entre eux et ainsi modestement avancer l'état de l'art du domaine. Nous présentons quatre articles publiés dans des conférences internationales et un article publié dans un forum d'évaluation. Les deux premiers articles concernent des méthodes qui créent l'espace de représentation selon une connaissance à priori sur les caractéristiques qui sont importantes pour la tâche à accomplir. Ceux-ci nous amènent à présenter un nouveau modèle de recherche d'informations qui diffère des modèles existants sur le plan théorique et de l'efficacité expérimentale. Les deux derniers articles marquent un changement fondamental dans l'approche de construction des représentations. Ils bénéficient notamment de l'intérêt de recherche dont les techniques d'apprentissage profond par réseaux de neurones, ou deep learning, ont fait récemment l'objet. Ces modèles d'apprentissage élicitent automatiquement les caractéristiques importantes pour la tâche demandée à partir d'une quantité importante de données. Nous nous intéressons à la modélisation des relations sémantiques entre documents et requêtes ainsi qu'entre deux ou plusieurs requêtes. Ces derniers articles marquent les premières applications de l'apprentissage de représentations par réseaux de neurones à la recherche d'informations. Les modèles proposés ont aussi produit une performance améliorée sur des collections de test standard. Nos travaux nous mènent à la conclusion générale suivante: la performance en recherche d'informations pourrait drastiquement être améliorée en se basant sur les approches d'apprentissage de représentations.

Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Dynamic Programming Approaches for Estimating and Applying Large-scale Discrete Choice Models

People go through their life making all kinds of decisions, and some of these decisions affect their demand for transportation, for example, their choices of where to live and where to work, how and when to travel and which route to take. Transport related choices are typically time dependent and characterized by large number of alternatives that can be spatially correlated. This thesis deals with models that can be used to analyze and predict discrete choices in large-scale networks. The proposed models and methods are highly relevant for, but not limited to, transport applications. We model decisions as sequences of choices within the dynamic discrete choice framework, also known as parametric Markov decision processes. Such models are known to be difficult to estimate and to apply to make predictions because dynamic programming problems need to be solved in order to compute choice probabilities. In this thesis we show that it is possible to explore the network structure and the flexibility of dynamic programming so that the dynamic discrete choice modeling approach is not only useful to model time dependent choices, but also makes it easier to model large-scale static choices. The thesis consists of seven articles containing a number of models and methods for estimating, applying and testing large-scale discrete choice models. In the following we group the contributions under three themes: route choice modeling, large-scale multivariate extreme value (MEV) model estimation and nonlinear optimization algorithms. Five articles are related to route choice modeling. We propose different dynamic discrete choice models that allow paths to be correlated based on the MEV and mixed logit models. The resulting route choice models become expensive to estimate and we deal with this challenge by proposing innovative methods that allow to reduce the estimation cost. For example, we propose a decomposition method that not only opens up for possibility of mixing, but also speeds up the estimation for simple logit models, which has implications also for traffic simulation. Moreover, we compare the utility maximization and regret minimization decision rules, and we propose a misspecification test for logit-based route choice models. The second theme is related to the estimation of static discrete choice models with large choice sets. We establish that a class of MEV models can be reformulated as dynamic discrete choice models on the networks of correlation structures. These dynamic models can then be estimated quickly using dynamic programming techniques and an efficient nonlinear optimization algorithm. Finally, the third theme focuses on structured quasi-Newton techniques for estimating discrete choice models by maximum likelihood. We examine and adapt switching methods that can be easily integrated into usual optimization algorithms (line search and trust region) to accelerate the estimation process. The proposed dynamic discrete choice models and estimation methods can be used in various discrete choice applications. In the area of big data analytics, models that can deal with large choice sets and sequential choices are important. Our research can therefore be of interest in various demand analysis applications (predictive analytics) or can be integrated with optimization models (prescriptive analytics). Furthermore, our studies indicate the potential of dynamic programming techniques in this context, even for static models, which opens up a variety of future research directions.

GeoGebraTUTOR : développement d’un système tutoriel autonome pour l’accompagnement d’élèves en situation de résolution de problèmes de démonstration en géométrie plane et genèse d’un espace de travail géométrique idoine

Travaux d'études doctorales réalisées conjointement avec les travaux de recherches doctorales de Nicolas Leduc, étudiant au doctorat en génie informatique à l'École Polytechnique de Montréal.