Une approche d'ingénierie ontologique pour l'acquisition et l'exploitation des connaissances à partir de documents textuels : vers des objets de connaissances et d'apprentissage

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Processus d'acquisition de nouvelles connaissances en urbanisme : le cas de l'îlot de chaleur urbain

Dans le contexte du changement climatique, la chaleur est, depuis le début des années 2000, une préoccupation grandissante, d’abord en tant qu’enjeu sanitaire puis comme problématique affectant la qualité de vie des citoyens. Au Québec, le concept d’îlot de chaleur urbain, issu de la climatologie urbaine, a graduellement émergé dans le discours des autorités et de certains acteurs de l’aménagement. Or, on constate l’existence d’un certain décalage entre les connaissances scientifiques et l’interprétation qu’en font les urbanistes. Dans le cadre de ce mémoire, on a tenté d’identifier les facteurs explicatifs de ce décalage en s’intéressant au processus d’acquisition des connaissances des urbanistes québécois. Par le biais d’entretiens réalisés auprès des principaux acteurs ayant contribué à l’émergence de l’ICU au Québec, on a été en mesure d’identifier les éléments ayant entraîné certaines distorsions des connaissances. L’absence d’interdisciplinarité entre la climatologie urbaine et l’urbanisme tout au long du processus d’acquisition des connaissances ainsi qu’une interprétation tronquée de la carte des températures de surface expliquent principalement la nature du décalage observé.

Utilisation du concept de connectivité en hydrologie : définitions, approches expérimentales et éléments de modélisation

Alors que certains mécanismes pourtant jugés cruciaux pour la transformation de la pluie en débit restent peu ou mal compris, le concept de connectivité hydrologique a récemment été proposé pour expliquer pourquoi certains processus sont déclenchés de manière épisodique en fonction des caractéristiques des événements de pluie et de la teneur en eau des sols avant l’événement. L’adoption de ce nouveau concept en hydrologie reste cependant difficile puisqu’il n’y a pas de consensus sur la définition de la connectivité, sa mesure, son intégration dans les modèles hydrologiques et son comportement lors des transferts d’échelles spatiales et temporelles. Le but de ce travail doctoral est donc de préciser la définition, la mesure, l’agrégation et la prédiction des processus liés à la connectivité hydrologique en s’attardant aux questions suivantes : 1) Quel cadre méthodologique adopter pour une étude sur la connectivité hydrologique ?, 2) Comment évaluer le degré de connectivité hydrologique des bassins versants à partir de données de terrain ?, et 3) Dans quelle mesure nos connaissances sur la connectivité hydrologique doivent-elles conduire à la modification des postulats de modélisation hydrologique ? Trois approches d’étude sont différenciées, soit i) une approche de type « boite noire », basée uniquement sur l’exploitation des données de pluie et de débits sans examiner le fonctionnement interne du bassin versant ; ii) une approche de type « boite grise » reposant sur l’étude de données géochimiques ponctuelles illustrant la dynamique interne du bassin versant ; et iii) une approche de type « boite blanche » axée sur l’analyse de patrons spatiaux exhaustifs de la topographie de surface, la topographie de subsurface et l’humidité du sol. Ces trois approches sont ensuite validées expérimentalement dans le bassin versant de l’Hermine (Basses Laurentides, Québec). Quatre types de réponses hydrologiques sont distingués en fonction de leur magnitude et de leur synchronisme, sachant que leur présence relative dépend des conditions antécédentes. Les forts débits enregistrés à l’exutoire du bassin versant sont associés à une contribution accrue de certaines sources de ruissellement, ce qui témoigne d’un lien hydraulique accru et donc d’un fort degré de connectivité hydrologique entre les sources concernées et le cours d’eau. Les aires saturées couvrant des superficies supérieures à 0,85 ha sont jugées critiques pour la genèse de forts débits de crue. La preuve est aussi faite que les propriétés statistiques des patrons d’humidité du sol en milieu forestier tempéré humide sont nettement différentes de celles observées en milieu de prairie tempéré sec, d’où la nécessité d’utiliser des méthodes de calcul différentes pour dériver des métriques spatiales de connectivité dans les deux types de milieux. Enfin, la double existence de sources contributives « linéaires » et « non linéaires » est mise en évidence à l’Hermine. Ces résultats suggèrent la révision de concepts qui sous-tendent l’élaboration et l’exécution des modèles hydrologiques. L’originalité de cette thèse est le fait même de son sujet. En effet, les objectifs de recherche poursuivis sont conformes à la théorie hydrologique renouvelée qui prône l’arrêt des études de particularismes de petite échelle au profit de l’examen des propriétés émergentes des bassins versants telles que la connectivité hydrologique. La contribution majeure de cette thèse consiste ainsi en la proposition d’une définition unifiée de la connectivité, d’un cadre méthodologique, d’approches de mesure sur le terrain, d’outils techniques et de pistes de solution pour la modélisation des systèmes hydrologiques.

Amorçage cognitif pour amélioration de l’acquisition de la connaissance dans un système tutoriel intelligent

Cette thèse vise à définir une nouvelle méthode d’enseignement pour les systèmes tutoriels intelligents dans le but d’améliorer l’acquisition des connaissances. L’apprentissage est un phénomène complexe faisant intervenir des mécanismes émotionnels et cognitifs de nature consciente et inconsciente. Nous nous intéressons à mieux comprendre les mécanismes inconscients du raisonnement lors de l’acquisition des connaissances. L’importance de ces processus inconscients pour le raisonnement est bien documentée en neurosciences, mais demeure encore largement inexplorée dans notre domaine de recherche. Dans cette thèse, nous proposons la mise en place d’une nouvelle approche pédagogique dans le domaine de l’éducation implémentant une taxonomie neuroscientifique de la perception humaine. Nous montrons que cette nouvelle approche agit sur le raisonnement et, à tour de rôle, améliore l’apprentissage général et l’induction de la connaissance dans un environnement de résolution de problème. Dans une première partie, nous présentons l’implémentation de notre nouvelle méthode dans un système tutoriel visant à améliorer le raisonnement pour un meilleur apprentissage. De plus, compte tenu de l’importance des mécanismes émotionnels dans l’apprentissage, nous avons également procédé dans cette partie à la mesure des émotions par des capteurs physiologiques. L’efficacité de notre méthode pour l’apprentissage et son impact positif observé sur les émotions a été validée sur trente et un participants. Dans une seconde partie, nous allons plus loin dans notre recherche en adaptant notre méthode visant à améliorer le raisonnement pour une meilleure induction de la connaissance. L’induction est un type de raisonnement qui permet de construire des règles générales à partir d’exemples spécifiques ou de faits particuliers. Afin de mieux comprendre l’impact de notre méthode sur les processus cognitifs impliqués dans ce type de raisonnement, nous avons eu recours à des capteurs cérébraux pour mesurer l’activité du cerveau des utilisateurs. La validation de notre approche réalisée sur quarante-trois volontaires montre l’efficacité de notre méthode pour l’induction de la connaissance et la viabilité de mesurer le raisonnement par des mesures cérébrales suite à l’application appropriée d’algorithmes de traitement de signal. Suite à ces deux parties, nous clorons la thèse par une discussion applicative en décrivant la mise en place d’un nouveau système tutoriel intelligent intégrant les résultats de nos travaux.

Effets des changements climatiques sur la santé et la sécurité des travailleurs au Québec

Les impacts des changements climatiques sur la population sont nombreux et ont été relativement bien documentés, ce qui n’est pas le cas de ces impacts sur la santé et la sécurité des travailleurs. L’objectif de cette thèse est de documenter les effets négatifs des changements climatiques sur la santé et la sécurité des travailleurs dans une région d’un pays industrialisé à climat tempéré, comme le Québec. Pour y arriver, deux approches ont été utilisées : a) les dangers et les effets sanitaires ont été identifiés par une revue de la littérature validée par des experts nationaux et internationaux, et des priorités de recherche ont été établies à l’aide d’une méthode de consultation itérative, b) des modèles statistiques, utiles à l’estimation des impacts sanitaires des changements climatiques, ont été développés pour apprécier les associations entre la survenue de lésions professionnelles et l’exposition des travailleurs aux chaleurs estivales et à l’ozone troposphérique, deux problématiques préoccupantes pour le Québec. Le bilan des connaissances a mis en évidence cinq catégories de dangers pouvant affecter directement ou indirectement la santé et la sécurité des travailleurs au Québec (vagues de chaleur, polluants de l’air, rayonnements ultraviolets, événements météorologiques extrêmes, maladies vectorielles transmissibles et zoonoses) et cinq conditions pouvant entraîner des modifications dans l’environnement de travail et pouvant ultimement affecter négativement la santé et la sécurité des travailleurs (changements dans les méthodes agricoles et d’élevage, altérations dans l’industrie de la pêche, perturbations de l’écosystème forestier, dégradation de l’environnement bâti et émergence de nouvelles industries vertes). Quant aux modélisations, elles suggèrent que les indemnisations quotidiennes pour des maladies liées à la chaleur et pour des accidents de travail augmentent avec les températures estivales, et que ces associations varient selon l’âge des travailleurs, le secteur industriel et la catégorie professionnelle (manuelle vs autre). Des associations positives statistiquement non significatives entre les indemnisations pour des atteintes respiratoires aiguës et les concentrations d’ozone troposphérique ont aussi été observées. Dans l’ensemble, cette thèse a permis de dégager douze pistes de recherche prioritaires pour le Québec se rapportant à l’acquisition de connaissances, à la surveillance épidémiologique et au développement de méthodes d’adaptation. Selon les résultats de cette recherche, les intervenants en santé au travail et les décideurs devraient déployer des efforts pour protéger la santé et la sécurité des travailleurs et mettre en place des actions préventives en vue des changements climatiques.

Facteurs cognitifs liés à l'acquisition du lexique orthographique

La présente thèse a pour objectif d’étudier le rôle des facteurs cognitifs (traitement phonologique et visuoattentionnel et mémoire lexicale orthographique) dans l’acquisition des connaissances orthographiques implicites et explicites. Afin d’examiner les liens entre les différents facteurs cognitifs et les connaissances orthographiques, une étude longitudinale a été réalisée à l’aide d’un échantillon de 338 enfants suivis de la maternelle 5 ans à la fin de la deuxième année du primaire. À la fin de la maternelle, les enfants ont été évalués à l’aide d’une épreuve d’orthographe approchée et d’épreuves évaluant les facteurs cognitifs en jeu dans l’apprentissage du langage écrit (traitement phonologique, traitement visuoattentionnel et mémoire à court et à long terme). Les connaissances lexicales orthographiques explicites de ces mêmes enfants ont été évaluées en fin de première et de deuxième années. Le premier article de cette thèse rapporte les données d’une étude réalisée auprès des enfants scolarisés en maternelle 5 ans. Cette étude vise l’établissement d’un lien entre, d’une part, la capacité de traitement phonologique, visuoattentionnel et de mémoire lexicale orthographique et, d’autre part, les connaissances orthographiques implicites des enfants qui n’ont pas encore eu d’enseignement formel de l’écriture. Les résultats indiquent que, contrairement à ce qui a été longtemps avancé, la capacité de traitement phonologique n’est pas le seul facteur cognitif à intervenir, puisque la capacité de mémoire lexicale orthographique à long terme ainsi que la capacité visuoattentionnelle contribuent de façon importante et indépendante à l’acquisition des connaissances orthographiques implicites des enfants de la maternelle 5 ans. La mémoire lexicale orthographique est même le facteur qui apporte la plus forte contribution. La deuxième étude de cette thèse vise à déterminer, parmi les facteurs cognitifs évalués en maternelle, celui ou ceux qui permettent de prédire les connaissances orthographiques explicites ultérieures, c'est-à-dire celles de première et de deuxième années du primaire. Les résultats de cette deuxième étude indiquent que les préalables nécessaires à l’acquisition des connaissances orthographiques lexicales sont les capacités de traitement phonologique ainsi que les capacités de la mémoire à court et à long terme. La troisième étude de cette thèse a pour but de mettre en lumière le rôle prédictif que joue le niveau des connaissances orthographiques des enfants de maternelle quant au niveau ultérieur de leurs connaissances orthographiques en première et deuxième années, en lien avec les capacités cognitives qui sous-tendent l’apprentissage du langage écrit, en particulier le traitement phonologique, le traitement visuoattentionnel et la mémoire lexicale orthographique. Les résultats de cette dernière étude permettent de montrer que, parmi les facteurs évalués en maternelle, le niveau des connaissances orthographiques implicites apporte une contribution unique à l’ensemble du niveau des connaissances orthographiques ultérieures. L’influence des connaissances orthographiques précoces sur l’acquisition ultérieure n’est pas surprenante. En effet, la première étude avait montré que le niveau de ces connaissances est fonction non seulement de la capacité de mémoire orthographique lexicale mais également de la capacité de traitement phonologique et visuottentionnel. Les résultats issus de ces trois études présentent un intérêt non négligeable dans la compréhension de l’acquisition du langage écrit. En effet, ces recherches ont permis de montrer qu’avant même l’apprentissage formel de l’écrit, l’enfant témoigne de connaissances implicites non négligeables sur la langue écrite et que c’est à partir de ces connaissances que s’élaboreront ses connaissances explicites ultérieures. Ces connaissances sont tributaires de multiples facteurs parmi lesquels la capacité de mémoire lexicale orthographique, facteur cognitif dont la contribution n’avait pas été démontrée jusqu’à présent. Les résultats de cette recherche montrent qu’il est possible d’envisager des outils de dépistage précoce qui permettront d’identifier les enfants à risque de présenter des difficultés spécifiques d’apprentissage du langage écrit. Ce dépistage permettrait de mettre en place des interventions mieux ciblées et précoces, ce qui réduirait ainsi l’impact des difficultés sur les apprentissages scolaires.

Order and the literary rendering of chaos : children's literature as knowledge, order, and social foundation

Depuis que l'animal humain a conçu un système de technologies pour la pensée abstraite grâce au langage, la guerre contre le monde sauvage est devenu une voie à sens unique vers l'aliénation, la civilisation et la littérature. Le but de ce travail est d'analyser comment les récits civilisationnels donnent une structure à l'expérience par le biais de la ségrégation, de la domestication, de la sélection, et de l'extermination, tandis que les récits sauvages démontrent les possibilités infinies du chaos pour découvrir le monde en toute sa diversité et en lien avec sa communauté de vie. Un des objectifs de cette thèse a été de combler le fossé entre la science et la littérature, et d'examiner l'interdépendance de la fiction et la réalité. Un autre objectif a été de mettre ces récits au cœur d'un dialogue les uns avec les autres, ainsi que de tracer leur expression dans les différentes disciplines et œuvres pour enfants et adultes mais également d’analyser leur manifestations c’est redondant dans la vie réelle. C'est un effort multi-disciplinaires qui se reflète dans la combinaison de méthodes de recherche en anthropologie et en études littéraires. Cette analyse compare et contraste trois livres de fiction pour enfants qui présentent trois différents paradigmes socio-économiques, à savoir, «Winnie-l'Ourson» de Milne qui met en place un monde civilisé monarcho-capitaliste, la trilogie de Nosov sur «les aventures de Neznaika et ses amis» qui présente les défis et les exploits d'une société anarcho-socialiste dans son évolution du primitivisme vers la technologie, et les livres de Moomines de Jansson, qui représentent le chaos, l'anarchie, et l'état sauvage qui contient tout, y compris des épisodes de civilisation. En axant la méthodologie de ma recherche sur la façon dont nous connaissons le monde, j'ai d'abord examiné la construction, la transmission et l'acquisition des connaissances, en particulier à travers la théorie de praxis de Bourdieu et la critique de la civilisation développée dans les études de Zerzan, Ong, et Goody sur les liens entre l'alphabétisation, la dette et l'oppression. Quant à la littérature pour enfants, j'ai choisi trois livres que j’ai connus pendant mon enfance, c'est-à-dire des livres qui sont devenus comme une «langue maternelle» pour moi. En ce sens, ce travail est aussi de «l’anthropologie du champ natif». En outre, j’analyse les prémisses sous-jacentes qui se trouvent non seulement dans les trois livres, mais dans le déroulement des récits de l'état sauvage et de la civilisation dans la vie réelle, des analyses qui paraissent dans cette thèse sous la forme d'extraits d’un journal ethnographique. De même que j’examine la nature de la littérature ainsi que des structures civilisées qui domestiquent le monde au moyen de menaces de mort, je trace aussi la présence de ces récits dans l'expression scientifique (le récit malthusien-darwinien), religieuse, et dans autres expressions culturelles, et réfléchis sur les défis présentés par la théorie anarchiste (Kropotkine) ainsi que par les livres pour enfants écrits du point de vue sauvage, tels que ceux des Moomines.