Applying 3D modelling technology to traditional craftwork : rapid prototyping in artisanal jewellery making and its impact on the perceived value of jewellery

Depuis la révolution industrielle, l’évolution de la technologie bouleverse le monde de la fabrication. Aujourd'hui, de nouvelles technologies telles que le prototypage rapide font une percée dans des domaines comme celui de la fabrication de bijoux, appartenant jadis à l'artisanat et en bouscule les traditions par l'introduction de méthodes plus rapides et plus faciles. Cette recherche vise à répondre aux deux questions suivantes : - ‘En quoi le prototypage rapide influence-t-il la pratique de fabrication de bijoux?’ - ‘En quoi influence-t-il de potentiels acheteurs dans leur appréciation du bijou?’ L' approche consiste en une collecte de données faite au cours de trois entretiens avec différents bijoutiers et une rencontre de deux groupes de discussion composés de consommateurs potentiels. Les résultats ont révélé l’utilité du prototypage rapide pour surmonter un certain nombre d'obstacles inhérents au fait-main, tel que dans sa géométrie, sa commercialisation, et sa finesse de détails. Cependant, il se crée une distance entre la main du bijoutier et l'objet, changeant ainsi la nature de la pratique. Cette technologie est perçue comme un moyen moins authentique car la machine rappelle la production de masse et la possibilité de reproduction en série détruit la notion d’unicité du bijou, en réduisant ainsi sa charge émotionnelle. Cette recherche propose une meilleure compréhension de l'utilisation du prototypage rapide et de ses conséquences dans la fabrication de bijoux. Peut-être ouvrira-t-elle la voie à une recherche visant un meilleur mariage entre cette technique et les méthodes traditionnelles.

Assessing the Social Acceptability of New Technologies: Gaps and Tensions Between Science and Regulation

Article

Essays in International Trade

Dans ma thèse doctorale, j'étudie trois facteurs importants qui caractérisent le commerce international : les différences technologiques entre les pays, les barrières à l'entrée sous la forme de coûts fixes et la migration internationale. Le premier chapitre analyse si les différences technologiques entre les pays peuvent expliquer la spécialisation dans le commerce international entre les pays. Pour mesurer le niveau de la spécialisation, je calcule les index de concentration pour la valeur des importations et des exportations et décompose la concentration totale dans la marge de produits extensive (nombre de produits commercialisés) et la marge de produits intensive (volume de produits commercialisés). En utilisant des données commerciales détaillées au niveau du produit dans 160 pays, mes résultats montrent que les exportations sont plus concentrées que les importations, que la spécialisation se produit principalement au niveau de la marge intensive du produit, et que les économies plus grandes disposent d'importations et d'exportations plus diversifiées, car elles commercialisent plus de produits. Compte tenu de ces faits, j'évalue la capacité du modèle Eaton-Kortum, le principal modèle de la théorie ricardienne du commerce, pour représenter les preuves empiriques. Les résultats montrent que la spécialisation à travers l'avantage comparatif induit par les différences de technologie peut expliquer les faits qualitatifs et quantitatifs. De plus, j'évalue le rôle des déterminants clés de la spécialisation : le degré de l'avantage comparatif, l'élasticité de la substitution et la géographie. Une implication de ces résultats est qu'il est important d’évaluer jusqu'à quel point la volatilité de production mesurée par la volatilité du PIB est motivée par la spécialisation des exportations et des importations. Étant donné le compromis entre l'ouverture du commerce et la volatilité de production, les bénéfices tirés du commerce peuvent s'avérer plus faibles que ceux estimés précédemment. Par conséquent, les politiques commerciales alternatives telles que l'ouverture graduelle au commerce combinée à la diversification de la production pour réduire la concentration de l'exportation peuvent se révéler être une meilleure stratégie que l'approche du laissez-faire. En utilisant la relation entre la taille du marché et l’entrée de firmes et produits, le deuxième chapitre évalue si les barrières à l'entrée sous la forme de coûts fixes à exporter sont au niveau de la firme ou au niveau du produit. Si les coûts fixes se trouvent au niveau de la firme, la firme multiproduits a un avantage de coût de production par rapport aux autres firmes parce qu’elles peuvent diviser les coûts fixes sur plusieurs produits. Dans ce cas, le commerce international sera caractérisé par peu de firmes qui exportent beaucoup des produits. Si les coûts fixes sont au niveau du produit, l’entrée d’un produit est associée avec l’entrée de plusieurs firmes. La raison est qu’une fois que la première firme entre et paye les coûts fixes du produit, elle crée un effet d’entrainement qui réduit les coûts fixes pour des firmes rivales. Dans ce cas, le commerce international sera caractérisé par plusieurs firmes qui vendent des variétés différentes du même produit. En utilisant des données détaillées provenant de 40 pays exportateurs à travers 180 marchés de destination, mes résultats montrent que les barrières à l'entrée se trouvent principalement au niveau du produit. Un marché plus large favorise l'expansion d'un plus grand nombre d’entreprises au sein d'une catégorie de produit plutôt que de permettre aux entreprises produisant plusieurs produits de croître dans une gamme de produits. En regardant la différence entre le nombre d'exportateurs au sein d'une catégorie de produit dans des destinations données, je trouve que le taux d'entrée de firmes augmente significativement après qu'un produit entre la première fois dans le marché. J'en déduis donc que le premier entrant réduit les coûts fixes pour les firmes suivantes. Mes recherches démontrent également que malgré une plus grande compétition sur le marché du produit, les entreprises disposent de revenus d'exportation supérieurs et sont plus susceptibles de rester sur les marchés internationaux. Ces résultats sont cohérents avec l’hypothèse que l’effet d’entrainement incite l'entrée de firmes rivales et permettent aux entreprises de produire à plus grande échelle. Cette recherche dévoile un nombre de conclusions importantes. D'abord, les politiques commerciales encouragent l'entrée de nouveaux produits, par exemple, en promouvant des produits dans les marchés de destination entraînant ainsi des retombées qui se traduiront par un taux de participation plus élevé de l'entreprise et une croissance de l'exportation. Deuxièmement, les consommateurs du pays importateur peuvent bénéficier de prix plus bas pour le produit en réduisant les barrières techniques du commerce. Troisièmement, lorsque l'on effectue des expérimentations politiques sous la forme de réduction des coûts commerciaux, il est de coutume de considérer uniquement une baisse des coûts marginaux et d'évaluer les répercussions sur le bien-être du consommateur. Cependant, un élément important des accords commerciaux est la réduction des barrières techniques au commerce grâce à la négociation de normes communes pour un produit. Négliger l'existence des barrières à l'entrée et les conséquences des réaffectations de l'industrie affaiblit l'impact des réformes commerciales. Le troisième chapitre prend en compte le rôle de l'information dans la facilitation du commerce international. Les immigrants réduisent les coûts de transaction dans le commerce international en fournissant des informations sur les possibilités d'échange avec leur pays d'origine. En utilisant des données géographiques détaillées sur l'immigration et les importations aux États-Unis entre 1970 et 2005, je quantifie l'incidence qu'ont les nouveaux immigrants sur la demande pour les importations de biens intermédiaires aux États-Unis. Pour établir le lien cause à effet entre le commerce et la migration, j’exploite l'important afflux d'immigrants d'Amérique centrale après l'ouragan Mitch. Les résultats montrent que l'augmentation de dix pour cent d'immigrants a fait croître la demande pour les importations de biens intermédiaires de 1,5 pour cent. Mes résultats sont robustes aux problèmes de la causalité inverse ou la décision d’émigrer est causée par des opportunités de faire du commerce.

Créer ou produire un jeu vidéo? Étude ethnographique d’un milieu de production vidéoludique montréalais

Le jeu vidéo est un produit qui ne cesse de gagner en popularité alors que les expériences ludiques tendent de plus en plus à se diversifier. Les recherches académiques sur l’objet vidéoludique se sont multipliées dans les dernières années afin de comprendre les particularités du nouveau média, surtout en ce qui concerne l’analyse du produit lui-même et sa réception, mais laissant peu de place à sa créa-tion et sa production. Montréal est un lieu idéal pour étudier le médium : en peu de temps, l’industrie du jeu vidéo est devenue l’un des fleurons industriels québécois. La présente étude s’est intéressée aux développeurs de Montréal, ville où se situe la plus grande partie des studios au Québec, afin de connaître leur perception du produit vidéoludique et de l’industrie. Au travers d’une perspective phénoménologique, un séjour ethno-graphique a été effectué dans un studio de production vidéoludique où plusieurs développeurs ont été observés et interviewés. Ce travail s’inscrit dans une anthropologie du travail et rend compte de la com-plexité qui émerge lorsqu’un travail essentiellement créatif vient se heurter à des motifs de production strictes. Plus encore, il rend compte d’un paradigme opposant directement la création et la production dans un milieu qui se présente comme une avenue prometteuse pour une jeunesse désirant vivre d’un travail créatif. Cette condition est attribuable à la nature du jeu vidéo lui-même qui se situe, selon Kline, Dyer-Witheford et De Peuter (2003), à mi-chemin entre la culture, la technologie et les visées commerciales (marketing). Les développeurs se trouvent donc entre deux eaux : d’un côté ils sont influencés par la culture du jeu, relevant de leurs pratiques, leurs préférences et des commu-nautés de développeurs et, de l’autre côté, par l’industrie qui dicte les façons de faire et viennent selon eux minimiser leur potentiel créatif.

Conception et développement d'un environnement informatisé d'expérimentations contrôlées et assistées à distance par ordinateur (Ex@O)

La démarche scientifique (ou expérimentale) en milieu scolaire nécessite des savoir-faire expérimentaux qui ne s’acquièrent habituellement qu’en présentiel, c’est-à-dire en laboratoire institutionnel où l’enseignant ou le technicien sont présents et peuvent, à tout moment, assister pleinement l’apprenant dans sa démarche d’investigation scientifique et technologique. Ils peuvent l’orienter, le diriger, susciter sa réflexion, faire des démonstrations réelles ou contrôler son expérimentation en lui montrant comment paramétrer les outils d’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO). Pour répondre aux besoins de la formation à distance, cette recherche de développement en didactique des sciences et de la technologie propose de mettre à la disposition des apprenants et des enseignants un environnement de laboratoire informatisé, contrôlé et assisté à distance. Cet environnement, axé sur un microlaboratoire d’ExAO (MicrolabExAO), que nous avons nommé Ex@O pour le distinguer, a été testé de manière fonctionnelle, puis évalué en situation réelle par des étudiants-maîtres et des élèves de l’éducation des adultes qui ont pratiqué et expérimenté la démarche scientifique, en situation de laboratoire réel, mais à distance. Pour ce faire, nous avons couplé le logiciel MicrolabExAO à un logiciel de prise en main à distance avec outils audio et vidéo (Teamviewer). De plus, nous avons créé et inséré, dans le logiciel MicrolabExAO, une aide en ligne pour télécharger et faciliter la prise en main à distance. Puisque cet environnement Ex@O permet de multiplier les contacts des apprenants avec une expérimentation concrète, ce prototype répond bien à l’un des objectifs du Programme de formation de l’école québécoise (PFEQ) qui est de rendre l’apprenant plus actif dans ses apprentissages. Et parce que ce premier prototype d’environnement Ex@O permet d’effectuer des activités en laboratoire à distance, nous avons pu vérifier qu’il met aussi l’accent, non seulement sur les savoirs, mais également sur les savoir-faire expérimentaux en sciences et technologie, traditionnellement développés dans les locaux des laboratoires institutionnels. Notons ici que la démarche expérimentale s’acquiert très majoritairement en laboratoire en pratiquant, souvent et régulièrement, le processus inductif et déductif propre à cette démarche. Cette pratique de la démarche expérimentale, à distance, avec la technologie Ex@O qui l’accompagne, nous a permis de vérifier que celle-ci était possible, voire comparable à la réalisation, pas-à-pas, d’un protocole expérimental effectué dans un laboratoire institutionnel.

Video-based analysis of Gait pathologies

L’analyse de la marche a émergé comme l’un des domaines médicaux le plus im- portants récemment. Les systèmes à base de marqueurs sont les méthodes les plus fa- vorisées par l’évaluation du mouvement humain et l’analyse de la marche, cependant, ces systèmes nécessitent des équipements et de l’expertise spécifiques et sont lourds, coûteux et difficiles à utiliser. De nombreuses approches récentes basées sur la vision par ordinateur ont été développées pour réduire le coût des systèmes de capture de mou- vement tout en assurant un résultat de haute précision. Dans cette thèse, nous présentons notre nouveau système d’analyse de la démarche à faible coût, qui est composé de deux caméras vidéo monoculaire placées sur le côté gauche et droit d’un tapis roulant. Chaque modèle 2D de la moitié du squelette humain est reconstruit à partir de chaque vue sur la base de la segmentation dynamique de la couleur, l’analyse de la marche est alors effectuée sur ces deux modèles. La validation avec l’état de l’art basée sur la vision du système de capture de mouvement (en utilisant le Microsoft Kinect) et la réalité du ter- rain (avec des marqueurs) a été faite pour démontrer la robustesse et l’efficacité de notre système. L’erreur moyenne de l’estimation du modèle de squelette humain par rapport à la réalité du terrain entre notre méthode vs Kinect est très prometteur: les joints des angles de cuisses (6,29◦ contre 9,68◦), jambes (7,68◦ contre 11,47◦), pieds (6,14◦ contre 13,63◦), la longueur de la foulée (6.14cm rapport de 13.63cm) sont meilleurs et plus stables que ceux de la Kinect, alors que le système peut maintenir une précision assez proche de la Kinect pour les bras (7,29◦ contre 6,12◦), les bras inférieurs (8,33◦ contre 8,04◦), et le torse (8,69◦contre 6,47◦). Basé sur le modèle de squelette obtenu par chaque méthode, nous avons réalisé une étude de symétrie sur différentes articulations (coude, genou et cheville) en utilisant chaque méthode sur trois sujets différents pour voir quelle méthode permet de distinguer plus efficacement la caractéristique symétrie / asymétrie de la marche. Dans notre test, notre système a un angle de genou au maximum de 8,97◦ et 13,86◦ pour des promenades normale et asymétrique respectivement, tandis que la Kinect a donné 10,58◦et 11,94◦. Par rapport à la réalité de terrain, 7,64◦et 14,34◦, notre système a montré une plus grande précision et pouvoir discriminant entre les deux cas.

Création interactive de mondes virtuels : combiner génération procédurale et contrôle utilisateur intuitif

Réalisé en cotutelle avec l'Université de Grenoble.

Deep learning of representations and its application to computer vision

L’objectif de cette thèse par articles est de présenter modestement quelques étapes du parcours qui mènera (on espère) à une solution générale du problème de l’intelligence artificielle. Cette thèse contient quatre articles qui présentent chacun une différente nouvelle méthode d’inférence perceptive en utilisant l’apprentissage machine et, plus particulièrement, les réseaux neuronaux profonds. Chacun de ces documents met en évidence l’utilité de sa méthode proposée dans le cadre d’une tâche de vision par ordinateur. Ces méthodes sont applicables dans un contexte plus général, et dans certains cas elles on tété appliquées ailleurs, mais ceci ne sera pas abordé dans le contexte de cette de thèse. Dans le premier article, nous présentons deux nouveaux algorithmes d’inférence variationelle pour le modèle génératif d’images appelé codage parcimonieux “spike- and-slab” (CPSS). Ces méthodes d’inférence plus rapides nous permettent d’utiliser des modèles CPSS de tailles beaucoup plus grandes qu’auparavant. Nous démontrons qu’elles sont meilleures pour extraire des détecteur de caractéristiques quand très peu d’exemples étiquetés sont disponibles pour l’entraînement. Partant d’un modèle CPSS, nous construisons ensuite une architecture profonde, la machine de Boltzmann profonde partiellement dirigée (MBP-PD). Ce modèle a été conçu de manière à simplifier d’entraînement des machines de Boltzmann profondes qui nécessitent normalement une phase de pré-entraînement glouton pour chaque couche. Ce problème est réglé dans une certaine mesure, mais le coût d’inférence dans le nouveau modèle est relativement trop élevé pour permettre de l’utiliser de manière pratique. Dans le deuxième article, nous revenons au problème d’entraînement joint de machines de Boltzmann profondes. Cette fois, au lieu de changer de famille de modèles, nous introduisons un nouveau critère d’entraînement qui donne naissance aux machines de Boltzmann profondes à multiples prédictions (MBP-MP). Les MBP-MP sont entraînables en une seule étape et ont un meilleur taux de succès en classification que les MBP classiques. Elles s’entraînent aussi avec des méthodes variationelles standard au lieu de nécessiter un classificateur discriminant pour obtenir un bon taux de succès en classification. Par contre, un des inconvénients de tels modèles est leur incapacité de générer deséchantillons, mais ceci n’est pas trop grave puisque la performance de classification des machines de Boltzmann profondes n’est plus une priorité étant donné les dernières avancées en apprentissage supervisé. Malgré cela, les MBP-MP demeurent intéressantes parce qu’elles sont capable d’accomplir certaines tâches que des modèles purement supervisés ne peuvent pas faire, telles que celle de classifier des données incomplètes ou encore celle de combler intelligemment l’information manquante dans ces données incomplètes. Le travail présenté dans cette thèse s’est déroulé au milieu d’une période de transformations importantes du domaine de l’apprentissage à réseaux neuronaux profonds qui a été déclenchée par la découverte de l’algorithme de “dropout” par Geoffrey Hinton. Dropout rend possible un entraînement purement supervisé d’architectures de propagation unidirectionnel sans être exposé au danger de sur- entraînement. Le troisième article présenté dans cette thèse introduit une nouvelle fonction d’activation spécialement con ̧cue pour aller avec l’algorithme de Dropout. Cette fonction d’activation, appelée maxout, permet l’utilisation de aggrégation multi-canal dans un contexte d’apprentissage purement supervisé. Nous démontrons comment plusieurs tâches de reconnaissance d’objets sont mieux accomplies par l’utilisation de maxout. Pour terminer, sont présentons un vrai cas d’utilisation dans l’industrie pour la transcription d’adresses de maisons à plusieurs chiffres. En combinant maxout avec une nouvelle sorte de couche de sortie pour des réseaux neuronaux de convolution, nous démontrons qu’il est possible d’atteindre un taux de succès comparable à celui des humains sur un ensemble de données coriace constitué de photos prises par les voitures de Google. Ce système a été déployé avec succès chez Google pour lire environ cent million d’adresses de maisons.

Sociétés de fictions

Le concept des Sociétés de fictions élaboré dans le cadre de ce mémoire vise l’exploration de la médiation à l’ère du numérique. Pour penser les modalités de fictions littéraires avec l’idée qu’elles puissent former des sociétés distinctes, ce travail d’analyse propose d’examiner diverses fictions, plus précisément des expressions gothiques américaines en littérature contemporaine, afin d’en extraire un mode de pensée significatif. Dans le dessein d’analyser la manière dont ces fictions se relient entre elles, cette recherche se focalise sur le rapport qu’entretient la fiction littéraire avec la technologie ainsi qu’avec divers modes de diffusion et de médiation. Afin de comprendre comment les mécanismes du discours positionnent des œuvres de fictions les unes par rapport aux autres, ces fictions individuées seront d’abord examinées au sein d’une société qui leur est propre. Ceci mènera à exposer en quoi et comment les rapports qu’entretient l’humain avec la littérature et la technologie se reconfigurent par le biais de nouvelles formes de médiations. La présente réflexion se penche ainsi sur les modes d’interactions des fictions qui s’organisent en sociétés afin de pouvoir analyser comment le glissement du paradigme de l’imprimé et des supports matériels, à l’âge du numérique, peut se traduire par une manière inédite de penser notre relation au littéraire. En somme, cette réflexion sur la mobilité des formes et des plateformes liées aux fictions et à leur société devrait permettre de mieux analyser les individus qui inventent et consomment ces fictions, leur univers social ainsi que leur rapport intime à la technologie et ses médiations. Ces sociétés de fictions deviennent alors une clé pour comprendre notre rapport à la virtualisation de nos univers sociaux. Entre les sociétés de fictions et les sociétés des Hommes se noue un lien substantiel laissant entrevoir une véritable co-évolution de ces univers distincts. Les principales œuvres de fiction étudiées et citées seront celles du romancier et scénariste américain Bret Easton Ellis, plus précisément les romans Less Than Zero et Imperial Bedrooms. Il sera également question de la série télévisuelle Twin Peaks, diffusée sur la chaîne ABC en 1990 et réalisée par David Lynch, ainsi que d’une nouvelle de John Cheever, The enormous radio, parue en 1947, dans le New Yorker.

Privacy in Bitcoin through decentralized mixers

Dans les crypto-monnaies telles Bitcoin, l’anonymité des utilisateurs peut être compromise de plusieurs façons. Dans ce mémoire, nous effectuons une revue de littérature et une classification des différents protocoles existants pour anonymiser les usagers et analysons leur efficacité. S’appuyant sur certains critères désirables dans de tels protocoles, nous proposons un modèle de mixeur synchrone décentralisé. Nous avons ciblé deux approches qui s’inscrivent dans ce modèle, le plan de transaction et le réseau de transactions, le second étant une contribution originale de ce mémoire. Nous expliquons son fonctionnement puis analysons son efficacité dans le contexte actuel d’utilisation de Bitcoin

The use of artificial intelligence algorithms to guide surgical treatment of adolescent idiopathic scoliosis

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation tri-dimensionelle du rachis. Son traitement comprend l’observation, l’utilisation de corsets pour limiter sa progression ou la chirurgie pour corriger la déformation squelettique et cesser sa progression. Le traitement chirurgical reste controversé au niveau des indications, mais aussi de la chirurgie à entreprendre. Malgré la présence de classifications pour guider le traitement de la SIA, une variabilité dans la stratégie opératoire intra et inter-observateur a été décrite dans la littérature. Cette variabilité s’accentue d’autant plus avec l’évolution des techniques chirurgicales et de l’instrumentation disponible. L’avancement de la technologie et son intégration dans le milieu médical a mené à l’utilisation d’algorithmes d’intelligence artificielle informatiques pour aider la classification et l’évaluation tridimensionnelle de la scoliose. Certains algorithmes ont démontré être efficace pour diminuer la variabilité dans la classification de la scoliose et pour guider le traitement. L’objectif général de cette thèse est de développer une application utilisant des outils d’intelligence artificielle pour intégrer les données d’un nouveau patient et les évidences disponibles dans la littérature pour guider le traitement chirurgical de la SIA. Pour cela une revue de la littérature sur les applications existantes dans l’évaluation de la SIA fut entreprise pour rassembler les éléments qui permettraient la mise en place d’une application efficace et acceptée dans le milieu clinique. Cette revue de la littérature nous a permis de réaliser que l’existence de “black box” dans les applications développées est une limitation pour l’intégration clinique ou la justification basée sur les évidence est essentielle. Dans une première étude nous avons développé un arbre décisionnel de classification de la scoliose idiopathique basé sur la classification de Lenke qui est la plus communément utilisée de nos jours mais a été critiquée pour sa complexité et la variabilité inter et intra-observateur. Cet arbre décisionnel a démontré qu’il permet d’augmenter la précision de classification proportionnellement au temps passé à classifier et ce indépendamment du niveau de connaissance sur la SIA. Dans une deuxième étude, un algorithme de stratégies chirurgicales basé sur des règles extraites de la littérature a été développé pour guider les chirurgiens dans la sélection de l’approche et les niveaux de fusion pour la SIA. Lorsque cet algorithme est appliqué à une large base de donnée de 1556 cas de SIA, il est capable de proposer une stratégie opératoire similaire à celle d’un chirurgien expert dans prêt de 70% des cas. Cette étude a confirmé la possibilité d’extraire des stratégies opératoires valides à l’aide d’un arbre décisionnel utilisant des règles extraites de la littérature. Dans une troisième étude, la classification de 1776 patients avec la SIA à l’aide d’une carte de Kohonen, un type de réseaux de neurone a permis de démontrer qu’il existe des scoliose typiques (scoliose à courbes uniques ou double thoracique) pour lesquelles la variabilité dans le traitement chirurgical varie peu des recommandations par la classification de Lenke tandis que les scolioses a courbes multiples ou tangentielles à deux groupes de courbes typiques étaient celles avec le plus de variation dans la stratégie opératoire. Finalement, une plateforme logicielle a été développée intégrant chacune des études ci-dessus. Cette interface logicielle permet l’entrée de données radiologiques pour un patient scoliotique, classifie la SIA à l’aide de l’arbre décisionnel de classification et suggère une approche chirurgicale basée sur l’arbre décisionnel de stratégies opératoires. Une analyse de la correction post-opératoire obtenue démontre une tendance, bien que non-statistiquement significative, à une meilleure balance chez les patients opérés suivant la stratégie recommandée par la plateforme logicielle que ceux aillant un traitement différent. Les études exposées dans cette thèse soulignent que l’utilisation d’algorithmes d’intelligence artificielle dans la classification et l’élaboration de stratégies opératoires de la SIA peuvent être intégrées dans une plateforme logicielle et pourraient assister les chirurgiens dans leur planification préopératoire.

Distributed conditional computation

L'objectif de cette thèse est de présenter différentes applications du programme de recherche de calcul conditionnel distribué. On espère que ces applications, ainsi que la théorie présentée ici, mènera à une solution générale du problème d'intelligence artificielle, en particulier en ce qui a trait à la nécessité d'efficience. La vision du calcul conditionnel distribué consiste à accélérer l'évaluation et l'entraînement de modèles profonds, ce qui est très différent de l'objectif usuel d'améliorer sa capacité de généralisation et d'optimisation. Le travail présenté ici a des liens étroits avec les modèles de type mélange d'experts. Dans le chapitre 2, nous présentons un nouvel algorithme d'apprentissage profond qui utilise une forme simple d'apprentissage par renforcement sur un modèle d'arbre de décisions à base de réseau de neurones. Nous démontrons la nécessité d'une contrainte d'équilibre pour maintenir la distribution d'exemples aux experts uniforme et empêcher les monopoles. Pour rendre le calcul efficient, l'entrainement et l'évaluation sont contraints à être éparse en utilisant un routeur échantillonnant des experts d'une distribution multinomiale étant donné un exemple. Dans le chapitre 3, nous présentons un nouveau modèle profond constitué d'une représentation éparse divisée en segments d'experts. Un modèle de langue à base de réseau de neurones est construit à partir des transformations éparses entre ces segments. L'opération éparse par bloc est implémentée pour utilisation sur des cartes graphiques. Sa vitesse est comparée à deux opérations denses du même calibre pour démontrer le gain réel de calcul qui peut être obtenu. Un modèle profond utilisant des opérations éparses contrôlées par un routeur distinct des experts est entraîné sur un ensemble de données d'un milliard de mots. Un nouvel algorithme de partitionnement de données est appliqué sur un ensemble de mots pour hiérarchiser la couche de sortie d'un modèle de langage, la rendant ainsi beaucoup plus efficiente. Le travail présenté dans cette thèse est au centre de la vision de calcul conditionnel distribué émis par Yoshua Bengio. Elle tente d'appliquer la recherche dans le domaine des mélanges d'experts aux modèles profonds pour améliorer leur vitesse ainsi que leur capacité d'optimisation. Nous croyons que la théorie et les expériences de cette thèse sont une étape importante sur la voie du calcul conditionnel distribué car elle cadre bien le problème, surtout en ce qui concerne la compétitivité des systèmes d'experts.

Une approche heuristique pour l’apprentissage de transformations de modèles complexes à partir d’exemples

L’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) est un paradigme d’ingénierie du logiciel bien établi, qui préconise l’utilisation de modèles comme artéfacts de premier ordre dans les activités de développement et de maintenance du logiciel. La manipulation de plusieurs modèles durant le cycle de vie du logiciel motive l’usage de transformations de modèles (TM) afin d’automatiser les opérations de génération et de mise à jour des modèles lorsque cela est possible. L’écriture de transformations de modèles demeure cependant une tâche ardue, qui requiert à la fois beaucoup de connaissances et d’efforts, remettant ainsi en question les avantages apportés par l’IDM. Afin de faire face à cette problématique, de nombreux travaux de recherche se sont intéressés à l’automatisation des TM. L’apprentissage de transformations de modèles par l’exemple (TMPE) constitue, à cet égard, une approche prometteuse. La TMPE a pour objectif d’apprendre des programmes de transformation de modèles à partir d’un ensemble de paires de modèles sources et cibles fournis en guise d’exemples. Dans ce travail, nous proposons un processus d’apprentissage de transformations de modèles par l’exemple. Ce dernier vise à apprendre des transformations de modèles complexes en s’attaquant à trois exigences constatées, à savoir, l’exploration du contexte dans le modèle source, la vérification de valeurs d’attributs sources et la dérivation d’attributs cibles complexes. Nous validons notre approche de manière expérimentale sur 7 cas de transformations de modèles. Trois des sept transformations apprises permettent d’obtenir des modèles cibles parfaits. De plus, une précision et un rappel supérieurs à 90% sont enregistrés au niveau des modèles cibles obtenus par les quatre transformations restantes.

Evaluating perceptual maps of asymmetries for gait symmetry quantification and pathology detection

Le mouvement de la marche est un processus essentiel de l'activité humaine et aussi le résultat de nombreuses interactions collaboratives entre les systèmes neurologiques, articulaires et musculo-squelettiques fonctionnant ensemble efficacement. Ceci explique pourquoi une analyse de la marche est aujourd'hui de plus en plus utilisée pour le diagnostic (et aussi la prévention) de différents types de maladies (neurologiques, musculaires, orthopédique, etc.). Ce rapport présente une nouvelle méthode pour visualiser rapidement les différentes parties du corps humain liées à une possible asymétrie (temporellement invariante par translation) existant dans la démarche d'un patient pour une possible utilisation clinique quotidienne. L'objectif est de fournir une méthode à la fois facile et peu dispendieuse permettant la mesure et l'affichage visuel, d'une manière intuitive et perceptive, des différentes parties asymétriques d'une démarche. La méthode proposée repose sur l'utilisation d'un capteur de profondeur peu dispendieux (la Kinect) qui est très bien adaptée pour un diagnostique rapide effectué dans de petites salles médicales car ce capteur est d'une part facile à installer et ne nécessitant aucun marqueur. L'algorithme que nous allons présenter est basé sur le fait que la marche saine possède des propriétés de symétrie (relativement à une invariance temporelle) dans le plan coronal.

Modélisation de l’engagement et de la charge mentale de travail dans les Systèmes Tutoriels Intelligents

Les récents avancements en sciences cognitives, psychologie et neurosciences, ont démontré que les émotions et les processus cognitifs sont intimement reliés. Ce constat a donné lieu à une nouvelle génération de Systèmes Tutoriels Intelligents (STI) dont la logique d’adaptation repose sur une considération de la dimension émotionnelle et affective de l’apprenant. Ces systèmes, connus sous le nom de Systèmes Tutoriels Émotionnellement Intelligents (STEI), cherchent à se doter des facultés des tuteurs humains dans leurs capacités à détecter, comprendre et s’adapter intuitivement en fonction de l’état émotionnel des apprenants. Toutefois, en dépit du nombre important de travaux portant sur la modélisation émotionnelle, les différents résultats empiriques ont démontré que les STEI actuels n’arrivent pas à avoir un impact significatif sur les performances et les réactions émotionnelles des apprenants. Ces limites sont principalement dues à la complexité du concept émotionnel qui rend sa modélisation difficile et son interprétation ambiguë. Dans cette thèse, nous proposons d’augmenter les STEI des indicateurs d’états mentaux d’engagement et de charge mentale de travail. Ces états mentaux ont l’avantage d’englober à la fois une dimension affective et cognitive. Pour cela, nous allons, dans une première partie, présenter une approche de modélisation de ces indicateurs à partir des données de l’activité cérébrale des apprenants. Dans une seconde partie, nous allons intégrer ces modèles dans un STEI capable d’adapter en temps réel le processus d’apprentissage en fonction de ces indicateurs.