Modules scientifiques :

Formation obligatoire

STIM02

Journée des doctorants (Présentation des travaux des doctorants de 2ème année)

Formations aux choix

STIM03

Théorie de l'information et de la communication

STIM05

Estimation des incertitudes

STIM07

Modèles (physiques, numériques, identification)

STIM11

Représentation et compression multimédias avancées

STIM12

Intelligence artificielle : images, apprentissage et reconnaissances de formes

STIM20

Information quantique et calcul quantique

3PML123

L'énergie nucléaire, l'environnement et la médecine : Quel lien ?

 

 

 

STIM03 - Théorie de l'information et de la communication

Intervenant(s) : Jean-François Diouris
Email : jean-francois.diouris@univ-nantes.fr
Téléphone : 02.40.68.30.27
Volume horaire (Cours / TD /Pratique) : 12h cours de cours
Période, planning : (à définir)
Lieu :
Mots-clé : Information, codage, compression

Contexte, problématique :
La théorie de l'information a pour objet le contenu et la constitution des messages. Créée par des ingénieurs des télécommunications, elle se réfère à un modèle décrit en terme de source, émetteur, canal, récepteur, mais elle ne fait pas intervenir la nature physique de ces dispositifs. En particulier la théorie permet de quantifier une source d'information. Elle fixe les limites des algorithmes de compression, de codage et de transmission de cette information. Elle possède de nombreuses applications, en communications bien sur mais aussi en traitement du signal, en informatique et en physique.

Objectifs pédagogiques :
Introduire les principaux concepts et applications de la théorie de l'information

Description détaillée du contenu de la formation :
Le cours aborde les aspects théoriques mais sera illustré par de nombreux exemples d'applications dans des domaines divers.
Son contenu sera le suivant :
- Définition de l'information pour des sources discrètes sans mémoire. Codage des systèmes non perturbés. Adaptation optimale d'un message à un système.
- Evolution des systèmes au cours du temps. Corrélation entre situations successives. Systèmes à variations continues.
- Perturbation de l'information. Capacité d'un canal de transmission. Limite sur la quantité d'information transmise par un canal.
- Développement et mise en oeuvre des codes redondants. Efficacité des méthodes de codage.
- Application à la mesure physique. Couplage entre l'observateur et le phénomène mesuré.

 

STIM05 - Estimation des incertitudes

Intervenant : Bruno Courant
Email : bruno.courant@univ-nantes.fr
Télphone : 02 40 17 26 27
Volume horaire (Cours / TD /Pratique) : 15 heures de cours
Période, planning : 27 janvier, 3 et 24 février et 2 mars 2016
Lieu : Polytech, salle E030 (Euler), bât ISITEM
Mots-clé : Mesure,  incertitudes,  statistiques

Contexte, problématique :
Le résultat d'une mesure, d'un essai, d'une analyse ou d'une simulation n'a de sens que s'il est associé à une incertitude. Cette affirmation, qui peut paraître banale, est en réalité fondamentale dans la présentation d'une étude scientifique de qualité. On trouve dans la bibliographie de trop nombreux exemples où, ces critères n'étant pas remplis, les publications perdent de leur intérêt par manque de lisibilité vis à vis des incertitudes. Ce qui est vrai pour la mesure, l'est aussi pour la modélisation où sont rarement signalées les sources d'incertitudes et leurs estimations.

Les référentiels de base :
- DOC 1002 (basé sur la norme EN 45 001) du COFRAC " Les résultats quantitatifs doivent être présentés avec leurs incertitudes calculées ".
- ISO 9001 / 2000 " Les dispositifs de mesure et de surveillance doivent être utilisés de façon à assurer que l'incertitude de mesure, y compris l'exactitude et la précision, est connue et compatible avec l'aptitude de mesure requise ".
- EN NF ISO/CEI 17025 " Un laboratoire d'étalonnages ou un laboratoire d'essais procédant à ses propres étalonnages doit disposer d'une procédure, qu'il doit appliquer pour estimer l'incertitude de mesure de tous les étalonnages et de tous les types d'étalonnage ".

Objectifs pédagogiques :
Savoir évaluer l'incertitude sur le résultat d'une mesure, d'un essai, d'une analyse ou d'une simulation.
Etre capable de réaliser le bilan des incertitudes associé à un processus de laboratoire afin d'identifier les maillons les plus faibles.
Apprendre à vérifier la pertinence de l'ajustement d'un modèle mathématique à des résultats expérimentaux et à estimer les incertitudes induites par l'utilisation de ce modèle.

Description détaillée du contenu de la formation :
Méthodologie (6 heures) · outils statistiques ; rappels · évaluation de l'incertitude par des méthodes statistiques (méthodes de type A) ; · évaluation de l'incertitude par des méthodes de type B (à partir de la tolérance des appareils, d'un matériau modèle,...) ; · calcul de l'incertitude composée ; · composition des incertitudes ; · expression du résultat de mesure (incertitude type, incertitude élargie,...) · bilan des incertitudes ; optimisation du process de mesure. Ajustement d'un modèle mathématique à des résultats expérimentaux.
Applications (9 heures) Les sujets d'applications peuvent être très variés. Les auditeurs pourront proposer avant le début du module des cas pratiques rencontrés en cours de thèse.

Documentation de référence :
1.« Vocabulaire international des termes fondamentaux et généraux de métrologie » : ISBN 92-67-01075-1, Année de publication : 1993.
2.« Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure » : ISBN 92-67-20188-3, Année de publication : 1995.

 

STIM07 -  Modèles : physiques, numériques, identification présentation d'exemples dans le domaine du Génie Civil

Organisateur : Olivier Chupin
Intervenant(s) : Mme Chabot, Mme Lagabrielle, Anfosso, Mrs Thorel, Garnier, Rodriguez, Palier, Roquet, Rodts, Cazacliu
Email : olivier.chupin@ifsttar.fr
Téléphone : 02.40.84.57.86
Volume horaire (Cours / TD /Pratique) : 15 heures
Période, planning : 29 janvier, 26 février, 11 mars, 25 mars, 22 avril, 13 et 27 mai de 9h30 à 12h30
Lieu : IFSTTAR
Mots-clé : Modélisation, numérique, génie civil

Contexte, problématique :
Le cours est centré sur la notion de modèle et vise principalement les applications du génie civil. Les principes de base et la présentation d'exemples sont donnés autour des trois concepts : de modélisation physique, de modélisation numérique et de problème inverse

Objectifs pédagogiques :
Prise de recul par rapport au sujet de thèse
Culture scientifique, technique et appliquée

Méthode pédagogique (si particulière) :
Séminaire
Questions et réponses

Description détaillée du contenu de la formation :

Cours n°1 :
La séance est constituée de deux parties.
La première partie (Richard Lagabrielle), relativement brève, est une introduction générale à la notion de modèle en sciences (conceptuels, mathématiques, numériques, physiques...).
La deuxième partie montre que les essais à échelle réelle permettent l'identification de lois ou de phénomènes pertinents, mais la difficulté de l'exploitation de ces résultats réside souvent dans la difficulté de reproductibilité des essais. Les difficultés inhérentes aux dimensions des bancs  (taille, coût, performance du matériel ...) limitent le nombre d'essais. Les essais à échelle réelle sont toutefois un outil indispensable à la vérification de lois et au calage de paramètres.
La modélisation physique des phénomènes reste une étape essentielle pour la compréhension du problème voire nécessaire pour une étude paramétrique. La démarche consistant à reproduire une portion ou la totalité d'une structure à échelle réduite permet de s'affranchir des problèmes  de taille tout en conservant les caractéristiques géométriques de la structure.
Ces modèles ont en commun de permettre d'identifier des lois pertinentes  dès lors que la grandeur responsable du phénomène à observer dans la réduction d'échelle. Naturellement, les résultats obtenus devront être validés par des essais à échelle réelle ou in-situ. Pour illustrer la démarche générale, nous examinerons les deux exemples :
- L'étude de la réponse d'une structure soumise à l'effet du vent (soufflerie Jules Verne).
- La mise en point d'un modèle physique pour l'étude d'une portion de voie représentant un ballast de chemin de fer. Ce travail vise à cerner les phénomènes de tassement sous charge roulante.

Cours n° 2 :
Ce cours donne un tour d'horizon des apports et des limites des modèles réduits dans les études et recherches en génie civil. Les points suivants seront abordés :
- Notion de modèle physique
- Conditions de similitudes (fondement, conséquences)
- Différents domaines d'application des modèles réduits en génie civil
- Cas des ouvrages géotechniques et des interactions sol-structure
- Exemples d'applications récentes

Cours n° 3 :
Cette séance aborde la rhéologie des pâtes granulaires, c'est a dire de suspensions concentrées de particules dans un fluide, dont le béton frais constitue un bon exemple en génie civil. La compréhension des écoulements de ces matériaux présente des enjeux industriels importants, en particulier pour la maîtrise du malaxage du béton. On explique comment on peut mesurer la loi de comportement de ces fluides complexes, en couplant techniques rhéométriques et méthodes de vélocimétrie non intrusive, telle que l'imagerie par résonance magnétique nucléaire. On discute les effets de seuil, la thixotropie et les problèmes de migration ou de sédimentation.

Cours n°4 :
Ce cours est destiné à présenter deux techniques universelles de résolution numérique des problèmes aux limites : la méthode des éléments finis et la méthode des équations intégrales.
On s'attachera principalement à illustrer l'utilisation de ces deux méthodes dans les domaines du Génie Civil, couverts par le LCPC en insistant plus particulièrement sur les problèmes d'hydrogéologie (calculs d'écoulements dans les milieux poreux) et les problèmes d'acoustique routière (calcul d'écrans anti-bruit, modélisation du bruit de roulement créé au contact pneu/chaussée).
Le cours comportera également un certain nombre de rappels théoriques sur la mise en équation des problèmes aux limites et sur les principes généraux des méthodes des éléments finis et des équations intégrales.

Cours n° 5 :
Le problème inverse est introduit à travers quelques exemples, dont le problème historique d'Abel. Ces exemples servent à introduire et expliquer des notions telles que :
problème direct, problème inverse, entrées, sorties, fonctionnelles, dérivées fonctionnelles, confiance, identification de paramètres, modèles, résolution et erreur, problème linéaire, linéarisation, matrice inverse généralisée, matrice de résolution, matrice de covariance, propagation de l'erreur, information  a priori, problème sur - déterminé, problème sous - déterminé.
Dans une deuxième partie, l'exemple de l'identification d'un compacteur, selon un modèle issu de la robotique, est présenté.

 

STIM11 - Représentation et compression multimédias avancées

Intervenants : Patrick Le Callet,  Nicolas Normand
Téléphone : 02.40.68.30.47
Volume Horaire (Cours/TD/Pratique) : 15 heures de cours
Période, planning : (à définir)
Lieu : Polytech'Nantes
Mots-clé : représentation de l'information, compression, perception visuelle

Contexte, problématique :
La représentation de l'information est un problème clé dans de nombreuses applications. Le cas des signaux multimédias n'échappe pas à la règle notamment dans les contextes de transmission et stockage. L'usage des médias (audio, image et vidéo ...) a explosé avec l'avènement du numérique et surtout les possibilités de compression. La nature hautement non stationnaire des signaux multimédias implique un soin particulier dans les modes de représentations choisis dans un but de transmission et/ou compression.
Dans ce module, nous présentons les approches clés pour la représentation (transformées usuelles, ondelettes, représentation perceptuelle, approches par réduction de dimension) de tels signaux : celles présentes dans les standards ce compression actuels mais aussi celles issues de travaux récents et prometteurs pour les évolutions futures. Un accent important est ainsi mis sur les approches perceptuelles. Ces approches s'appuient sur la compréhension de la perception humaine à partir d'observations neurobiologiques ou d'expérimentations psychophysiques. Elles permettent alors de définir des espaces de représentation dits « psychosensoriels » dans lesquels il devient possible de pondérer les informations selon la sensibilité perceptuelle.
Un tour d'horizon du fonctionnement des standards de compression actuels est également proposé.

Objectifs pédagogiques :
- Comprendre les enjeux de la représentation d'informations de signaux multimédias en vue de leur transmission.
- Appréhender des modes de représentation complexes.
- Illustrer l'intérêt de travaux de recherche transdisciplinaires (de la neurobiologie à la transmission d'information) et du décloisonnement de domaine de recherche au travers de l'exemple des espaces de représentation perceptuels
- Découvrir le coeur des standards de compression actuels

 

STIM12 - Intelligence artificielle : images, apprentissage et reconnaissance de formes

Intervenants : Christian Viard-Gaudin, Harold Mouchère, Nicolas Normand
Téléphone : 02.40.68.30.40
Volume Horaire (Cours/TD/Pratique) : 15 heures de cours
Période, planning : 25 avril, 2 et 9 mai 2016
Lieu : IUT de Nantes Campus le Fleuriaye
Mots-clé : géométrie discrète, morphologie mathématique, classification, modèles de Markov cachés, réseaux de neurones, kPPV, k-Means,

Contexte, problématique :
La reconnaissance des formes (Pattern Recognition) et les méthodes d'apprentissage (Machine Learning) constituent deux facettes d'un même problème. Ces deux activités puisent leurs origines dans les domaines de l'Ingénierie et de l'Informatique et s'appuient sur des fondements théoriques très solides, mais aussi en évolution constante.
Face à la croissance du nombre et de la complexité des demandes exprimées dans des secteurs porteurs comme les systèmes de défense, la surveillance pour la sécurité, la robotique, ou l'aide au diagnostique médical, pour ne citer que quelques exemples, il est proposé de découvrir un certain nombre de solutions disponibles en matière de traitements.
Nous présenterons à la fois les concepts clés et les algorithmes pratiques qui en découlent. Les exemples seront empruntés d'une façon générale au traitement des images ou bien à la problématique de la reconnaissance de l'écriture manuscrite.

Objectifs pédagogiques :
- Faire comprendre les paradigmes de base
- Aborder les propriétés fondamentales de la géométrie discrète
- Introduire les classifieurs les plus usuels
- Donner des exemples de systèmes complets

Description détaillée du contenu de la formation :
Le cours comportera deux parties qui permettront d'illustrer un système complet de reconnaissance.
Dans la première partie, l'approche de la géométrie discrète qui intègre le caractère non continu des images numériques dans ses représentations et dans la conception des traitements sera abordée et comparée à l'approche plus classique où l'on part d'une conception continue des problèmes pour les adapter aux domaines discrets.
Cette dichotomie sera illustrée par une chaîne de traitements d'image intégrant des traitements de bas-niveaux appliqués sur une image digitale de la scène. Ces traitements seront définis à l'aide du formalisme de la morphologie mathématique et introduiront les notions de connexité, convexité, de distances discrètes et les opérateurs fondamentaux : dilatation, érosion, carte de distance, axe médian, squelettisation.
La seconde partie concernera des traitements de plus hauts niveaux permettant de finaliser le résultat de la reconnaissance.
On introduira une taxonomie des différents classifieurs utilisés en reconnaissance de formes, en montrant leur positionnement respectif. On introduira la notion de modèles générateurs et de modèles discriminants. On abordera les notions d'espace des formes, des caractéristiques, des mesures et l'étape de décision. Les dilemmes liés à la malédiction de la dimensionnalité et au compromis biais/variance seront introduits.
Une attention particulière sera portée aux réseaux de neurones formels. On détaillera l'architecture de base d'un réseau à couches (MLP : Multi-Layer Perceptron) et l'on explicitera l'algorithme de rétro-propagation du gradient. Les méta-paramètres de l'architecture seront commentés. Des exemples de mises en œuvre seront analysés.
On définira également les modèles stochastiques de type modèles de Markov cachés (HMM : Hidden Markov Models) et leur utilisation en reconnaissance de formes. Les algorithmes clés associés à leur manipulation seront présentés : Forwad-Backward, Viterbi et Baum-Welch.
De nombreux exemples seront introduits, ils illustreront des systèmes à la pointe de l'état de l'art et concerneront le domaine de la reconnaissance de l'écriture manuscrite. On abordera des exemples de complexité croissante en s'intéressant d'abord à la reconnaissance de caractères isolés, puis à des mots cursifs, et enfin à des textes manuscrits où, au delà de la forme, des connaissances contextuelles définies par un modèle de langage viendront renforcer le système de reconnaissance.

 

STIM20 - Information quantique et calcul quantique

Intervenant(s) : François CHAPEAU-BLONDEAU
Email : francois.chapeau-blondeau@univ-angers.fr
Téléphone : 02 44 68 75 11
Volume horaire (Cours / TD /Pratique) : 15h de cours
Période, planning : le 22 mars et le 29 mars 2017
Lieu : ISTIA, École d'Ingénieurs de l'Université d'Angers, 62 avenue Notre Dame du Lac, 49000 Angers - salle 12 (RDC)
Mots-clé : Information quantique, Calcul quantique, Sciences et technologies de l'information.

Contexte, problématique :
            Pour les sciences et technologies de l'information et de la communication, l'information quantique et le calcul quantique constituent actuellement des domaines de recherche de pointe, présentant de larges potentialités à explorer pour le traitement de l'information et le calcul.

Objectifs pédagogiques :
            Proposer une introduction, au niveau doctoral, sur l'information quantique et le calcul quantique, dans le contexte des sciences et technologies de l'information et de la communication.

Description détaillée du contenu de la formation :
               En sciences et technologies de l'information, le quantique intervient lorsque l'on pousse les dispositifs physiques vers leurs limites, par la miniaturisation et autres avancées technologiques, comme avec les nanotechnologies par exemple. On se tourne aussi vers le quantique afin de tirer parti de propriétés spécifiques inexistantes en classique, qui offrent des possibilités radicalement nouvelles pour le traitement de l'information, et que l'on cherche à maîtriser pour les ordinateurs quantiques notamment.

              Dans ce cours seront exposées, de façon progressive, des notions de base pour l'information quantique et le calcul quantique, avec des illustrations de leurs potentialités et apports spécifiques pour le traitement de l'information [1-4]. Seront aussi évoqués des questions actuellement ouvertes dans ce domaine de recherche, ainsi que des résultats récents d'information quantique obtenus au laboratoire LARIS de l'Université d'Angers [5-9].

              Le cours de 12 heures se structurera selon le programme indicatif suivant : 
        - Espace de Hilbert des états quantiques. Mesures projectives. Observables. Le qubit.
        - Évolutions unitaires. Portes et circuits quantiques. Parallélisme, intrication. 
        - Algorithme de Deutsch-Jozsa pour le test parallèle d'une fonction.
        - Codage superdense. Téléportation. Cryptographie quantique.
        - Algorithme de recherche de Grover. Algorithme de Shor pour la factorisation.
        - Corrélations quantiques non locales : expérience EPR, inégalités de Bell, états intriqués GHZ.
        - Opérateur densité. Mesures généralisées.
        - évolutions non unitaires. Décomposition de Kraus. Décohérence et bruits quantiques.
        - Détection et estimation sur les états quantiques.
        - Formulation quantique de la théorie statistique de l'information de Shannon.

[1] M. A. Nielsen, I. L. Chuang, "Quantum Computation and Quantum Information", Cambridge University Press, 2000.
[2] E. Desurvire, "Classical and Quantum Information Theory - An Introduction for the Telecom Scientist", Cambridge University Press, 2009.
[3] M. M. Wilde, "Quantum Information Theory", Cambridge University Press, 2013.
[4] C. H. Bennett, P. W. Shor, "Quantum information theory", IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, pp. 2724-2742, 1998.
[5] F. Chapeau-Blondeau; "Quantum state discrimination and enhancement by noise"; Physics Letters A, vol. 378, pp. 2128-2136, 2014.
[6] F. Chapeau-Blondeau; "Tsallis entropy for assessing quantum correlation with Bell-type inequalities in EPR experiment"; Physica A, vol. 414, pp. 204-215, 2014.
[7] F. Chapeau-Blondeau; "Optimized probing states for qubit phase estimation with general quantum noise"; Physical Review A, vol. 91, n° 052310,1-13, 2015.
[8] F. Chapeau-Blondeau; "Optimization of quantum states for signaling across an arbitrary qubit noise channel with minimum-error detection"; IEEE Transactions on Information Theory, vol. 61, pp. 4500-4510, 2015.
[9] F. Chapeau-Blondeau; "Détection quantique optimale sur un qubit bruité"; Actes du 25ème Colloque GRETSI sur le Traitement du Signal et des Images, Lyon, France, 8-11 sept. 2015.

 

3MPL123 -  L'énergie nucléaire, l'environnement et la médecine

Intervenant : Gilles Montavon
Email : gilles.montavon@subatech.in2p3.fr
Téléphone : 02.51.85.84.20
Volume horaire : 15 h de cours / 2 jours
Période, planning : (à définir)
Lieu : Ecole des Mines de Nantes - salle H222

Contexte, problématique :
Il s'agit d'un séminaire d'introduction présentant les activités de recherche effectuées dans le cadre de l'utilisant du nucléaire dans le domaine médical et pour la production d'électricité.

Descriptif de la formation :
Il s'agit d'un séminaire d'introduction présentant les activités de recherche liées à l'utilisation de l'énergie nucléaire dans le domaine médical et pour la production d'électricité.

Les objectifs de cet exposé sont (i) de présenter les deux principales activités utilisant la radioactivité (production d'électricité et domaine médical) et (ii) de présenter dans ce contexte les activités de recherches qui sont développées notamment dans le domaine de la chimie/biologie. L'exposé se découpera en trois parties :

Partie 1 : Qu'est-ce que l'énergie nucléaire?

Partie 2 : L'énergie nucléaire comme source d'électricité.
L'exposé sera structuré de manière à répondre aux questions suivantes :
- En France, près de 80% de l'électricité est d'origine nucléaire. Pourquoi la France a-t-elle fait ce choix ?
- L'énergie nucléaire produit des déchets. Quelle gestion à long terme pour ces déchets ? Quel est le rôle des organismes de recherche dans ce contexte ?
- L'énergie nucléaire, énergie du futur ?

Partie 3 : Le nucléaire et la médecine.
- L'énergie nucléaire est utilisée pour des activités de diagnostique et de thérapie. Ces activités seront présentées.
- La radio-immunothérapie est une méthode potentielle pour le traitement de certains cancers. La technique sera présentée et les grandes activités de recherche associées à cette thématique seront exposées. Un lien sera notamment fait avec l'arrivée du cyclotron ARRONAX à Nantes.

 

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