Mots clefs : Grossissement de filtration, arbitrage, mathématiques financières, bulles financières.

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1 DS : 1 (Mathématiques et applications) Ecole doctorale de rattachement : Sciences et Ingénierie, ED n 511 Titre : Le rôle de l information en finance Directeurs de thèse : Monique Jeanblanc contact : Equipe de rattachement : Laboratoire Analyse et Probabilités Etablissement : Université d Evry-Val d Essonne Résumé : Le but est d étudier comment les prix peuvent être modifiés lors de l arrivée d information nouvelle sur le marché et comment une information incomplète peut conduire à un phénomène de bulles. Mots clefs : Grossissement de filtration, arbitrage, mathématiques financières, bulles financières. Description : Le problème de la formation des prix est lié à un calcul d espérance conditionelle des payoffs futurs. Le choix de la filtration utilisée représente l information des acteurs financiers. Le but de cette thèse est d étudier le comportement des intervenants en présence de diverses informations. Une des premières étapes consistera à mettre en place des contraintes pour éviter les arbitrages. Un second pas sera une interprétation des différences entre deux prix en termes de bulles. Un troisième volet consistera à l application de cette approche en matière de risque multidéfauts Compétences requises : Le candidat devra maîtriser les outils d arbitrage. du calcul stochastique et les techniques Références: Markus K. Brunnermeier Asset Pricing under Asymmetric Information - Bubbles, Crashes, Technical Analysis and Herding - Sergio Pulido The fundamental theorem of asset pricing, the hedging problem and maximal claims in financial markets with short sales prohibitions

2 DS : 1 (Mathématiques et applications) Thème prioritaire : 1.a Ecole doctorale de rattachement : Sciences et Ingénierie, ED n 511 Titre : «La méthode de la particule prêtée et ses applications à l étude de marchés financiers comportant des sauts» Directeurs de thèse : Laurent DENIS, Stéphane CREPEY contacts: Equipe de rattachement : Equipe «Analyse et Probabilités» Etablissement : Université d Evry-Val d Essonne Résumé : Il s agit de d appliquer la théorie récente de la «méthode de la particule prêtée» en mathématiques financières, à des modèles où les actifs sont dirigés par des processus de Lévy comportant des sauts puis à des modèles en risque de crédit. Mots clefs : Calcul de Malliavin avec sauts, processus de Lévy, formes de Dirichlet, mathématiques financières, risque de crédit. Description : Récemment, N. Bouleau et L. Denis ont développé un nouveau type de calcul de Malliavin basé sur la théorie des formes de Dirichlet. Cette nouvelle approche a permis d établir simplement et naturellement l expression des opérateurs de base du calcul de Malliavin sur l espace de Poisson tels que le gradient ou l opérateur carré du champ, via «la formule de la particule prêtée». Cette méthode a été appliquée afin d établir l existence et la régularité de la densité de solutions d Equations Différentielles Stochastiques dirigées par une mesure de Poisson ou un processus de Lévy. Cette thèse aura pour objet d appliquer cette méthode cette méthode à différents domaines des mathématiques financières : 1/ On considérera un marché financier avec sauts et on appliquera les techniques du calcul de Malliavin pour étudier par exemple la sensibilité de certains paramètres («greeks»). On mettra alors en œuvre une méthode numérique que l on comparera aux résultats obtenus aux travaux existants. 2/ Dans un deuxième temps, on s intéressera à des modèles en risque de crédit et on étudiera là encore la sensibilité du modèle par rapport aux instants de défaut. 3/ Dans une troisième partie, on étudiera le cadre plus théorique de modèles de taux d intérêts mettant en œuvre une mesure de Poisson dont l espace des sauts est un espace de dimension infinie. 4/ Enfin on considérera l applicabilité de ces méthodes à la résolution d équations différentielles stochastiques rétrogrades dirigées par des processus de Lévy, d un point de vue théorique et algorithmique. Les techniques obtenues pourront être mises en œuvre pour résoudre les équations de cette nature qui se posent dans des problèmes de valorisation de risque de contrepartie sur des portefeuilles de produits dérivés dans des modèles multi-courbes de taux d intérêt, (voir référence (4) ci-dessous). Compétences requises : Le candidat devra maîtriser les outils de l analyse fonctionnelle, les outils classiques du calcul stochastique et particulièrement le calcul stochastique avec sauts. Enfin, le candidat devra être capable de mettre en œuvre des simulations numériques. Références: (1) Bouleau N., Denis L. Energy image density property and the lent particle method for Poisson measures, Jour. of Functional Analysis 257 (2009) (2) Bouleau N., Denis L. Application of the lent particle method to Poisson driven SDE's à paraître dans Probability Theory and Related Fields. (4) Crépey S. and Z. Grbac, Counterparty Risk on Interest Rate Derivatives in a Multiple Curve Setup, Prépublication du Laboratoire Analyse et Probabilité de l Université d Evry numéro 318, Janvier 2011.

3 DS : 1 (Mathématiques) ED : Sciences et ingénierie Titre du sujet : Estimation d équations différentielles imparfaitement observées en biostatistique et biologie des systèmes. Directeurs de thèse : Pierre Gilles LEMARIÉ-RIEUSSET (PR, Analyse et Probabilités, 50%) et Nicolas BRUNEL (MCF, Statistiques et Génome, 50%) Laboratoire de thèse : laboratoire Analyse et Probabilités (EA 2172), dans le sein de la Fédération Mathématique d'evry (FR 3409) Établissement de rattachement : Université d'évry Val d'essonne Résumé : Adapter les méthodes de Gradient Matching pour l'estimation de paramètres d'une EDO dans le cas d'une observation partielle, de manière à garder un coût calculatoire faible. Mots clefs : Équations différentielles, Estimation paramétrique, Analyse de données fonctionnelles, Statistique non-paramétrique, Variables manquantes, Inférence de réseaux de régulation, Rythme circadien, Biologie systémique. Description : Une partie de la modélisation en biologie théorique consiste en la construction de systèmes d équations différentielles (le plus souvent des Equations Différentielles Ordinaires, EDO), qui sont souvent de grande taille car impliquant un grand nombre de variables, et contenant de nombreux paramètres difficilement mesurables directement. L utilisation effective de ces modèles nécessite donc l estimation statistique de paramètres à partir des mesures biologiques, notamment pour identifier la structure et la nature des interactions dans les réseaux de régulation de gènes. L existence de mesures temporelles (puces à ADN, qpcr, séquenceurs de nouvelle génération,...) permet d envisager l estimation de modèles définies par une EDO paramétrique x'(t) = f (t; x(t); ) où les observations peuvent être modélisées par y i = h (x(t i )) + i avec h une fonction d observation (connue) et i un bruit de mesure. L expression implicite du modèle limite sérieusement l utilisation des techniques standards telle que l estimation par moindres carrés : celle-ci est rendue difficile par des problèmes intrinsèques d identifiabilité et la présence de nombreux minima locaux qui rendent difficile l optimisation. Ces difficultés ont suscité récemment le développement de méthodes spécifiques dites de gradient matching utilisant des approches non-paramétriques, tels que les estimateurs en deux temps ( two-step estimators ). Le principe de ces estimateurs est de faire une estimation non-paramétrique de la solution X et de sa dérivée, et de trouver le paramètre qui minimise l écart entre cette dérivée X'(t) et le modèle f (t; X(t); ). Si les approches gradient matching sont bien adaptées au cas où toutes les variables du système sont observées, elles ne sont plus directement utilisables pour traiter le cas où le système est partiellement observé au travers d une fonction d observation h quelconque. Cette situation arrive fréquemment en pratique, par exemple dans les réseaux de gènes, où les concentrations de protéines sont rarement mesurées. Un des objectifs de la thèse sera donc d adapter les méthodes de Gradient Matching au cas partiellement observée, de manière à garder un coût calculatoire faible dans le cas d une fonction d observation générale. Un point de départ pourra être l algorithme proposé récemment par [2] ainsi que de l algorithme EM, classiquement utilisé dans le contexte des données manquantes [3], mais en exploitant la structure particulière de l équation différentielle. Ces méthodes seront mises en œuvre pour la modélisation du rythme circadien chez les mammifères. Dans un premier temps, une équation différentielle sera d abord développée en se basant sur une analyse qualitative pour

4 reproduire les caractéristiques observées de l horloge circadienne. Dans un second temps, les paramètres du modèle seront estimés à partir de données circadiennes. [1] S. Donnet and A. Samson. Estimation of parameters in incomplete data models defined by dynamical systems. Journal of Statistical Planning and Inference, 137(9): , [2] H. Liang, H. Miao, and H. Wu. Estimation of constant and time-varying dynamic parameters of HIV infection in a nonlinear differential equation model. Annals of Applied Statistics, 4(1): , [3] G.J. McLachlan and T. Krishnan. The EM algorithm and extensions. Wiley series in probability and statistics. Wiley-Interscience, Collaborations prévues : interaction avec Gérard Benoît (équipe de Génomique Fonctionnelle des Récepteurs Nucléaires, Centre de Génétique et Physiologie Moléculaire et Cellulaire, UMR 5534, Université Claude Bernard Lyon 1) dans le cadre du projet ANR ODESSA.

5 DS : 1 (Mathématiques et applications) École doctorale de rattachement : Sciences et Ingénierie, ED 511 Sujet : «Estimation de la volatilité par méthode de transformée de Fourier : cas des données irrégulières et processus à sauts» Directeur de thèse : Arnaud Gloter Contact ; Équipe de rattachement :Équipe «Analyse et Probabilités» Établissement : Université d'evry-val d'essonne Résumé : Le principal objectif de cette thèse est de préciser l'étude théorique et pratique de l'estimateur de la volatilité par coefficients de Fourier introduit par Malliavin et Mancino. On se concentrera en particulier sur les problèmes spécifiques aux données financières. Mots clefs : Estimation de volatilité, processus à sauts, effet de Epps, modèles stochastiques d'actifs financiers. Description : Dans un travail en commun avec Emmanuelle Clément (Université Paris Est), nous avons démontré que la méthode d'estimation par coefficients de Fourier peut être optimale si l'on observe les valeurs de la diffusions sur une grille régulière. Cependant, nous montrons aussi que si la grille d'observation n'est pas régulière l'estimateur ne peut pas être optimal. Ceci est dû au caractère non local des coefficients de Fourier. 1) Un des premiers objectifs de la thèse est de voir comment cette limitation peut être supprimée. L'utilisation de méthodes de Fourier localisée semble naturelle, cependant pour être optimale nous avons montré que la méthode de Malliavin et Mancino nécessite de calibrer exactement les fréquences de Fourier utilisées avec le pas d'observation. La généralisation a un schéma d'observation quelconque peut donc poser de nombreux problèmes théoriques. 2) Un second objectif concerne l'étude de données asynchrones. Avec E. Clément, nous avons montré que l'estimateur par coefficients de Fourier souffre d'un «effet de Epps» et peut être biaisé pour des données non synchrones. Nous proposons une correction dans le cas simple d'un échantillonnage régulier (mais non synchrone) de deux actifs. Proposer une correction du biais dans un cadre plus général est un objectif du travail proposé. 3) Un troisième objectif est l'étude de l'estimateur dans le cadre plus général o`u le processus des prix comporte une composante avec sauts. Pour les modèles financiers, cette hypothèse est très naturelle mais aucun résultat n'existe sur la méthode d'estimation par Fourier dans ce cadre. Références : P. Malliavin, M. E. Mancino, Fourier series method for measurement of multivariate volatilities, Finance Stoch. 6 (1) (2002) E. Clément, A. Gloter, Limit theorems in the Fourier transform method for the estimation of multivariate volatility, à paraître SPA 2011.

6 DS : 1 (Mathématiques) ED : Sciences et ingénierie Titre du sujet : Optimisation du choix de modèles pour le risque de crédit. Directeurs de thèse : Shiqi SONG (PR, Analyse et Probabilités) Laboratoire de thèse : laboratoire Analyse et Probabilités (EA 2172) Établissement de rattachement : Université d'évry Val d'essonne Résumé : Etudier le problème de la sélection de modèles pour l'analyse du risque de crédit. Mots clefs : mathématiques financières, risques de crédit, risques de modèle. Description : Des modèles mathématiques inadaptés peuvent causer des conséquences graves. Dans la gestion des risques, on exige plus en plus un contrôle spécifique sur les risques liés aux choix des modèles, en parallèle aux contrôles des risques de marché, de crédits, etc. On considère ici les modèles des risques de crédit. Une façon répandue de modéliser le risque de crédit est de prendre une filtration F=(F t ) t 0 et un temps aléatoire représentant l'arrivée d'un défaut (un modèle de défaut simple). L'implantation d'un tel modèle dans la pratique est faite via la surmartingale d'azéma : Z t =P[>t F t ], t 0. Plus précisément, si on écrit la décomposition multiplicative de Z : Z=N exp(- ), où N est une martingale locale et est un processus croissant prévisible, peut être calibré avec les données du marché. Il existe plusieurs sources d'incertitudes (donc des risques) pour le modèle des risques de crédit. La première vient de la martingale locale N, dont on connaît pas de méthode de calibrage. Une seconde incertitude vient de la probabilité P. En effet, dans l'article [3], on démontre que, pour une surmartingale d'azéma Z donnée, on peut construire un temps aléatoire et avoir une infinité de probabilités Q qui satisfont Q F =P F et Z t=q[ >t F t ], t 0. Ceci signifie que, même si on arrive à calibrer complètement la surmartingale Z, la probablité Q du modèle est toujour incertaine. Dès lors, il convient d'étudier le problème de sélection des modèles. Dans un premier temps, il conviendra de déterminer les critères de bons modèles. Une des appoches peut être l'approche par maxmin [2] ou l'approche de la mesure de risque [1]. On résout alors les problèmes d'optimisation selon ces critères de bons modèles. Dans un second temps, on analysera les propriétés des solutions d'optimisation. On mesura la sensibilité des solutions vis à vis les différents facteurs du modèle des risques de crédit : la martingale locale N, le process, la probabilité Q, et d'autres. Enfin, une troisième étape consistera à étendre l'étude au cas de plusieurs défauts. [1] Artzner P. and Delbaen F. and Eber J.M. and Heath D. (1999) "Coherent measures of risk" Math. Finance 9(3), [2] Gilboa and Schmeidler (1989) "Maxmin expected utility with non-unique prior" J. Math. Econ. 18, [3] Jeanblanc M. and Song S. (2010) "Default times with given survival probability and their $\mathbb{f}$martingale decomposition formula". to appear in SPA.

7 DS principale et secondaires : 9, 6 ED de rattachement : ED 511 "Sciences et Ingénierie" Titre du sujet proposé : Planification de comportements construits à partir des fonctions d autonomie propres au robot et de fonctions d autonomie basée sur une coopération robot-environnement. Application au déplacement autonome d un robot d aide à une personne en perte d autonomie ou, à son entourage. - Nom du Directeur de thèse : Etienne Colle - Nom de l'unité de recherche (et de l'équipe si nécessaire) : Laboratoire IBISC (resp. Said Mammar), équipe HANDS (resp. Etienne Colle) - Etablissement de rattachement : Université d'evry Val d'essonne - Résumé : Selon nos partenaires hospitaliers, un robot multiservice (accueil, orientation, activité de stimulation) peut contribuer au soutien psychologique et cognitif des personnes en institution mais aussi aux visiteurs. Un robot de service à la personne doit réaliser des tâches robotiques telles que suivre une trajectoire tout en évitant des obstacles, passer une porte ou aborder des personnes sous des contraintes spatiales et comportementales. Une solution pour garantir une exécution robuste et fiable de ces tâches est de construire des lois de commande référencée capteurs, en boucle fermée à partir des informations fournies par un réseau de capteurs. La variété et le nombre de capteurs nous permettent de faire un choix judicieux de ces informations, qui est une phase cruciale pour une commande efficace et fiable, en fonction des situations rencontrées. Le réseau de capteurs est constitué des capteurs embarqués sur le robot et de capteurs présents dans l environnement. Le déplacement fiable du robot reposerait alors sur des stratégies de planification de comportements qui en cas d échec de la tâche en cours, feraient émerger des solutions de substitution. - Mots clefs : robot ubiquitaire d assistance à la personne, contrôle du comportement du robot, commande référencée réseau de capteurs, adaptation à la situation - Description générale : La réussite de la mission effectuée par le robot dépend de sa capacité à se déplacer d un point de départ vers à une destination de façon fiable et ceci, quelles que soient les situations rencontrées. Les efforts porteront sur deux volets. Le premier concerne la fiabilisation des fonctions d autonomie qui posent, encore à l heure actuelle, problèmes: i) la localisation du robot en environnement dynamique et complexe et ii) la navigation en évitant les obstacles difficiles à détecter. L idée que nous souhaitons développer pour résoudre la localisation, est d ajouter au système de perception du robot, des informations provenant du réseau de capteurs présents dans un environnement domotisé. En ce qui concerne la navigation avec évitement, une solution pour garantir une exécution robuste et fiable de ces tâches est de construire des lois de commande référencée capteurs en boucle fermée sur les informations fournies par un réseau de capteurs. La commande référencée capteurs consiste à exprimer les tâches robotiques à réaliser directement dans l espace du capteur sous la forme d une relation locale entre le robot et son environnement. Cela consiste donc à définir des commandes en boucle fermée sur les signaux provenant des capteurs et non pas sur la configuration du robot. De ce fait les lois de commande généralement synthétisées dans le cadre de cette approche permettent de réaliser les tâches désirées de manière précise et robuste. Le deuxième volet concerne l auto-adaptation à des situations imprévues en s appuyant sur des approches issues de l intelligence artificielle distribuée, approches que nous avons commencées à mettre en oeuvre au cours de travaux précédents. - Collaborations prévues : Ces collaborations apportent des compétences dans le domaine des capteurs et des réseaux de capteurs (TSP, ESIGETEL), et de la définition des besoins (APHP, Broca et SAMU92). Deux réponses à des appels 2011 viennent d être déposées (COPIO, ANR TecSan).

8 Titre du sujeet Modélisation et qualification de la dégradation de la marche chez les patients hémiplégiques Proposée par : M. Naoufel AZOUZ et M. Gilbert PRADEL, laboratoire IBISC, Université d Evry Val d Essonne. Profil : Mécatronique - Intitulé français du sujet de thèse proposé : Modélisation et qualification de la dégradation de la marche chez les patients hémiplégiques - Intitulé anglais du sujet de thèse proposé : Modeling and characterization of the degradation of gait in hemiplegic patients Domaine scientifique principal de la thèse : DSPT9 STIC Secteur : codes RSD 911 (informatique et applications) - Domaine scientifique secondaire de la thèse : DSPT8 SPI - Secteur secondaire : codes RSD 811et 824 (mécanique, biomécanique et bio-ingéniérie) - Thème et sous-thème prioritaire : thème 1, sous-thème 1h : robotique d'aide à la personne Nom et le numéro de l'école doctorale : Sciences et Ingénierie Nom et label de l'unité de recherche : IBISC équipes VASCO et HANDS Localisation laboratoire : laboratoire IBISC, 40 Rue du Pelvoux, Evry cedex (http://www.ibisc.univ-evry.fr) Nom du directeur de thèse : Gilbert Pradel, Adresses courriel des contacts scientifiques : Mots clefs : Optimisation de modèles de marche, conception de système multi-capteurs embarqué. Collaborations : Ce sujet de thèse s adosse sur une proposition de projet ANR TECSAN déposée en mars 2011 en collaboration avec un laboratoire d'analyse de la marche.

9 Sujet : L Accident Vasculaire Cérébral (AVC) est la première cause de lésion du système nerveux central acquise; c est une cause de décès prématuré et d invalidité globale ou partielle. En France, l incidence est de cas par an et l AVC reste la première cause de handicap moteur chez l adulte et la troisième cause de décès. Les anomalies physiopathologiques expliquent que deux tiers des personnes victimes d un AVC présentent des troubles de la marche se caractérisant par une dégradation de l aisance et de la vitesse de marche ne leur permettant plus de déambuler ou de suivre leurs proches de façon confortable dans la vie quotidienne dans ce qu'il sera convenu d'appeler des situations écologiques. Le développement de moyens de compensation et/ou de surveillance prenant en compte les troubles de la marche liés à ces anomalies en vue d améliorer l autonomie des patients hémiplégiques constitue un enjeu majeur de santé publique. La locomotion comporte deux phases (Fig 1) : Figure 1 : Description des différentes phases du cycle de marche (d après Sutherland DH, Kaufman KR, Moitoza JR: Kinematics of normal human walking, in Rose J, Gamble JG [eds]: Human Walking, ed 2. Baltimore, MD: Williams and Wilkins, 1994, pp 23-44) Au cours des dernières décennies, d'importants travaux de recherche ont été menés sur la locomotion. Différents modèles ont été proposés tant sur la locomotion humaine de sujets sains que sur la locomotion des robots humanoïdes. Par contre, beaucoup moins de travaux ont été menés sur les locomotions «pathologiques». Les analyses cinématiques et cinétiques effectuées afin de caractériser les perturbations du mouvement de marche chez les personnes hémiplégiques ont cependant permis de mettre en évidence et d'identifier plusieurs mécanismes rendant compte de ces perturbations. Les conséquences de l'avc conduisent, dans le cas de l'hémiplégie à une perte de flexibilité d'un membre, inférieur en ce qui nous concerne. Ceci conduit inévitablement à une modification des phases du cycle de marche (dissymétrie, durée différente et modification des appuis, etc.) et une mauvaise localisation spatiale du membre par le sujet. Il faut donc modéliser la marche de ce type de population pour quantifier la dégradation dans le temps du cycle de marche et prédire les situations conduisant à un risque important de chute. Objectifs du travail: I- Partie Mécanique : Conception du modèle biomécanique de la locomotion du patient hémiplégique. La méthodologie utilisée dans cette partie s'appuiera sur des modèles existants de la marche humaine et s'attachera à les faire évoluer pour prendre en compte la pathologie étudiée. Ce modèle biomécanique adapté au patient hémiplégique permettra de prédire de manière théorique les situations singulières du corps pouvant amener à des configurations de chute. Des sphères englobantes permettront de délimiter le voisinage de ces configurations. Le modèle analysera notamment la position du pied par rapport au sol, les amplitudes des oscillations du centre de gravité de la personne, le profil du terrain parcouru... L analyse de la marche du patient au cours d un intervalle de temps pourra déceler une dégradation continue de cette marche amenant irrémédiablement le patient vers ces sphères englobantes, ce qui déclenchera un signal d alerte. Ces différentes prédictions doivent être corroborées par les données capteurs de patients équipés ayant subi une chute afin d affiner le modèle. L analyse des invariants de la chute chez un certain nombre de patients permettrait à terme d établir de manière automatique un

10 modèle biomécanique comportant les sphères englobantes des configurations de chute pour un grand nombre de patients hémiplégiques en fonction de leur corpulence et de leur handicap. II- Partie capteurs : En étroite liaison avec les biomécaniciens et les experts du domaine médical, la mise au point d un système multi-capteur embarqué, autonome et communicant, peu encombrant et accepté par ses utilisateurs est nécessaire. Nous disposerons sur les patients le système multi-capteur pour recueillir diverses informations lors des déplacements réalisés en milieu hospitalier et en situations écologiques en intérieur comme en extérieur. Le choix adéquat de ces capteurs (accéléromètres, gyromètres, inclinomètres, télémètres ) et de leur emplacement sera important dans une phase initiale. L analyse des mesures permettra d évaluer la pertinence des informations acquises et conduira à une optimisation du nombre de capteurs par leur suppression ou par une reconstruction des informations fournies. Profil recherché : Le candidat recherché devra posséder une solide formation en mécatronique : sur les plans mécanique et systèmes électronique et informatique embarqués. Le travail comprendra, outre la partie théorique, une partie conception d'un dispositif embarqué et un ensemble d'expérimentations effectuées en situation hospitalière et écologique. Le sujet de thèse est pluridisciplinaire et le candidat devra s'insérer dans une équipe aux compétences dans divers domaines : médical, mécanique, biomécanique, ergonomique, et informatique.

11 DS principale et secondaires: DS 9:922 ED de rattachement: ED S&I Titre du sujet proposé: Etude de l adaptabilité des interactions dans les environnements de réalité mixte Nom du Directeur de thèse: Samir OTMANE (MdC-HDR UEVE) Nom de l'unité de recherche (et de l'équipe si nécessaire) : Laboratoire IBISC / Equipe RATC (Réalité Augmentée & Travail Collaboratif). Etablissement de rattachement : Université d'evry Val d'essonne Résumé : La problématique générale de cette thèse porte sur l étude des interactions en réalité mixte (virtuelle et augmentée) et leurs adaptabilités au contexte de la tâche et des utilisateurs. Il s agit d étudier l assistance qu un système de réalité mixte peut apporter à des utilisateurs pour réaliser efficacement et naturellement leurs interactions 3D. Le caractère adaptatif est envisagé à deux niveaux : 1) Une adaptation à la gestuelle de l utilisateur, en fonction de ses capacités de mouvement et de ses préférences (usage des interfaces de réalité virtuelles ou de réalité augmentée via des interfaces tangibles) ; 2) Une adaptation en temps réel par anticipation de ses gestes. Mots clefs : réalité mixte, réalité virtuelle, techniques d interaction intuitive et adaptatives, interfaces tangibles, reconnaissance de mouvements, apprentissage. Description générale : La réalité mixte (RM) s'appuie à la fois sur les techniques de la réalité virtuelle et de la réalité augmentée afin de concevoir des systèmes capables de faire coexister spatialement et temporellement les deux mondes virtuel et réel. Une problématique majeure en RM est la conception de systèmes d interaction 3D capables d assister en temps-réel l utilisateur dans la réalisation de ses tâches : par exemple en améliorant sa compréhension d un problème ou en augmentant la performance ou le confort d une sélection ou d une manipulation. L objectif de cette thèse est de proposer des méthodes d interaction homme-machine innovantes qui doivent être centrées sur l utilisateur afin que ce dernier puisse être un acteur majeur et au centre des expérimentations virtuelles. Pour ce faire il faut que les trois principales modalités (visuelle, audio et haptique) interviennent d une façon complémentaire et s adaptent en fonction des besoins de l utilisateur et du contexte de la tâche de l interaction (naviguer dans l environnement virtuel/mixte, sélectionner un objet ou un ensemble d objets, manipuler un objet et contrôler l application). La cohérence sensorielle doit être maintenue quelque soit la modalité utilisée. Il s agit d étudier et proposer de nouvelles modalités d interaction et d interfaçage adaptées au contexte de la tâche à réaliser et aux besoins des utilisateurs (interfaçage à la demande). Ces interfaces et ces interactions peuvent exister sous plusieurs formes : 1) interfaces avec interaction 2D multi-touch permettant à un utilisateur d interagir simultanément avec ses deux mains ou encore à un groupe d utilisateurs de travailler ensemble, 2) interfaces de réalité virtuelle avec des interactions 3D multisensorielles (audio, vidéo et haptique), 3) interfaces tangibles permettant de modifier le comportement du système en fonction de la sémantique associée aux objets manipulés. Une question fondamentale se pose : comment faire coexister des interfaces hétérogènes (initialement utilisées séparément pour des applications ciblées) dans un seul système impliquant un fort couplage entre l interaction et la visualisation multiplateforme? Moyens mis à disposition : Plateforme technologique (Environnements Virtuels et de Réalité Augmentée), logiciels Virtools, Matlab, Visual Studio.

12 Collaborations: - Projet européen FP7-SME DigitalOcean : interaction en réalité mixte pour la l exploration des fonds marins. En partenariat avec VIRTUALDIVE (France), MEDIATOUCH (Italie), OCEANSCAN(Portugal), LUDOCRAFT (Finlande), Université de Porto (Portugal), Université de Jyvskyla (Finlande) et EPITA (France). - Action Incitative IRM-BIO depuis 2011: Interactions en Réalité Mixte pour l aide à l analyse en BIOlogie moléculaire. En collaboration avec l équipe TADIB d IBISC.

13 DS : STIC 9/922 ED de rattachement :sciences et Ingénierie 511 Titre du sujet de thèse : Estimation rapide pour la séparation aveugle de mélanges non-linéairement inversibles Fast estimation for blind separation of nonlinear inversible mixtures Directeurs de thèse : V. Vigneron, M. Fliess Co-encadrant : S. Mammar Laboratoire : IBISC/TADIB EA 4526 Etablissement de rattachement : Université d Evry Val d Essonne, UFR-ST 40, rue du Pelvoux, CE1455, EVRY CEDEX Nom : Vigneron Vincent Qualité : MCF-HDR Téléphone : ou Télécopie : Contexte de la collaboration : Nos motivations sont nées de l Ecole d'été d'automatique organisée par M. Fliess en 2006 où l'idée d'utiliser les dérivées pour reconstruire l état d un système nous est apparu comme une solution possible pour séparer des signaux mélangés de façon non-linéaire. A notre connaissance, la séparation aveugle de tels systèmes régis par des équations différentielles n a pas été étudiée auparavant. Résumé : En traitement du signal, l objectif est d extraire les informations utiles sur des phénomènes physiques à partir de mesures généralement perturbées, et d'un modèle d'estimation y=hu, dans lequel les signaux u et y sont respectivement les entrées et les sorties du système H. Est-il besoin de rappeler la difficulté redoutable d obtenir un modèle mathématique fiable dans bien des situations quelque peu complexes? Le travail proposé dans cette thèse concerne d une part, le problème de séparation aveugle de sources et d autre part, celui d estimation de paramètres en aveugle c est-à-dire lorsque les entrées ne sont pas observées [1]. Pour ces deux problèmes, une nouvelle classe de modèles de mélanges sera étudiée, celle des mélanges inversibles, décrits par des équations différentielles [2]. Dans ce cadre, le candidat étudiera la notion de séparabilité selon un modèle d entrées fixé, puis proposera une méthode de séparation basée sur des statistiques des signaux et de leurs dérivées. Les techniques de calcul utilisées exploiteront les résultats obtenus dans le cadre de la théorie des systèmes plats, proposée par M. Fliess [1]. Dans une deuxième étape, le candidat s'interrogera les propriétés structurelle de ces estimateurs, en terme d'efficacité, de convergence et sur le choix a priori d'un modèle d'évolution de l'état du système [3,4]. Enfin, différentes questions peuvent alors être soulevées telles que : la validité des modèles sélectionnés (linéaires ou non), l'influence de la taille du modèle sur la qualité de l'estimation. Soulignons que les modèles de séparation de source sont encore limités à une structure linéaire, verrou que nous chercherons à lever d'ici l'issue de cette thèse. Le candidat sera donc amené à étudier/développer des critères permettant de mettre en compétition plusieurs modèles pour décrire l'évolution de l'état d'un système que l'on cherche à estimer et s'intéressera entre autres à des outils tels que «l'estimation rapide».

14 References [1] M. Fliess, C. Join, et H. Sira-Ramirez. Non-linear estimation is easy, Int. J. Model. Identif. Control, 4 : 12-27, [2] S. Lagrange, L. Jaulin, V. Vigneron, et C. Jutten. Identification en aveugle des paramètres de systèmes non linéaires. Journal Européen des Systèmes Automatisés, 8 : , [3] V. Vigneron. Corrélation, indépendance et modèles inverses. Applications au traitement des biosignaux. Habilitation à diriger des recherches, Université d Evry, [4] S. Lagrange, L. Jaulin, V. Vigneron, et C. Jutten. Nonlinear blind parameter estimation. IEEE Trans. on Automatic Control, 53(3) : , April Profil candidat : Outre les qualités habituelles d'autonomie et d'aptitude à la rédaction (en français et en anglais) nécessaires pour un travail de thèse, les compétences spécifiques attendues pour ce travail de recherche sont : - des connaissances avancées en traitement du signal (théorie de l'estimation, modélisation stochastique), - de bonnes bases mathématiques (algèbre, géométrie différentielle, statistique), - la maitrise des outils classiques de programmation scientifique (matlab ou équivalent). Autonome, il rejoindra une équipe de chercheurs expérimentés du laboratoire IBISC. Il sera amené dès les premiers mois de thèse à faire des séjours à l'étranger, chez les partenaires de notre consortium de recherche: NHTU (Taïwan), I2P (Allemagne), Université de Sherbrooke (Canada), etc. Mots clés : Séparation aveugle de sources, Mélange inversible, Estimation aveugle de paramètres, Dérivées de signaux aléatoires, Séparabilité

15 DS : STIC 9/922 ED de rattachement : Sciences et Ingénierie 511 Titre du sujet de thèse :Analyse de séquences de spikes neuronaux. Applications à la réparation neurofonctionnelle Spike Train Analysis. Applications in Temporal Coding analysis Directeurs de thèse : Vincent Vigneron Co-encadrant: Heiko Luhman Laboratoire : Institute of Physiology and Pathophysiology (I2P) Établissement de rattachement: Johannes Gutenberg-University, Mainz Téléphone : (06131) Nom : Vigneron Vincent Laboratoire : IBISC/TADIB EA 4526 Établissement de rattachement : Université d'évry Val d Essonne, UFR-ST 40, rue du Pelvoux, CE1455, EVRY CEDEX Qualité : MCF-HDR Téléphone : ou Télécopie : Contexte de la collaboration : IBISC et I2P collaborent depuis 2010 sur lles synchronisations qui existent dans les ensemble de neurones et plus particulièrement sur le codage temporel des spikes neuronaux. Résumé : Les régions impliquées dans les fonctions cognitives comme l'hippocampe ou le néo-cortex se présentent comme des systèmes dynamiques non-linéaires à entrées et sorties multiples. La communication entre 2 régions cérébrales s'appuie sur les millions de projections synaptiques. Dans une région donnée, l'information est représentée par l'activation d'ensemble d'une population de neurones [1]. Le but de notre modélisation de l'hippocampe est double. Tout d'abord, construire un modèle quantitatif de l'activité de populations de neurones pour le développement de prothèse hippocampe. L'hippocampe est responsable de la formation d'amnésies sévères : son endommagement empêche la propagation de signaux d'activité spatio-temporels à travers la circuiterie hippocampique. Il est possible de retrouver cette fonction en restaurant la transformation MIMO de l'activité neuronale dans une prothèse, en d'autres termes le modèle devra être capable de prédire le train de spikes de sortie sur la base des trains de spikes d'entrée de la région cérébrale modélisée. Notre deuxième objectif est de mieux comprendre l'organisation fonctionnelle du réseau neuronal hippocampique. Ceci suppose que notre modèle fournisse une représentation interprétable des propriétés non-linéaires du neurone et des connectivités fonctionnelles inter-neurones. Les variables du modèle devront être reliées au moins au principal processus biologique sous-jacent du système. Du fait de ce double objectif, l'étudiant combinera à la fois des méthodes de modélisation paramétriques et nonparamétrique modélisation de spike neuronal et série de Volterra -- pour construire un modèle dynamique nonlinéaire de l'activité d'une population de neurones [2,3]. Le modèle devra capturer non seulement les dynamiques non-linéaires sous-jacentes aux transformations entrées-sorties des trains de spikes, mais devra fournir aussi les

16 variables physiologiques plausibles pouvant être utilisées pour une meilleure compréhension des dynamiques du système observé [4]. L'objectif de cette thèse est au final de proposer une stratégie de modélisation et de décrire les capacités de configuration, d'estimation paramétrique, de validation et de prédiction de modèle. Références/References [1] Song, D., Chan, R.H., Marmarelis, V.Z., Hampson, R.E., Deadwyler, S.A., Berger, T.W., 2007.Nonlinear dynamic modeling of spike train transformations for hippocampal-cortical prostheses. IEEE Trans. Biomed. Eng. 54, [2] Song, D., Chan, R.H., Marmarelis, V.Z., Hampson, R.E., Deadwyler, S.A., Berger, T.W., 2009c. Nonlinear modeling of neural population dynamics for hippocampal prostheses. Neural Netw. 22, [3] Burgess, N., Maguire, E.A., O Keefe, J., The human hippocampus and spatial and episodic memory. Neuron 35 (4), [4] Arnold, P. and Luhman, H. The Subplate and Early Cortical Circuits, Annu. Rev. Neurosci : Profil candidat : Outre les qualités habituelles d'autonomie et d'aptitude à la rédaction (en français et en anglais) nécessaires pour un travail de thèse, les compétences spécifiques attendues pour ce travail de recherche sont : - des connaissances avancées en traitement du signal (théorie de l'estimation, modélisation stochastique), - de bonnes bases mathématiques (algèbre, géométrie différentielle, statistique), - la maitrise des outils classiques de programmation scientifique (matlab ou équivalent). Autonome, il rejoindra une équipe de chercheurs expérimentés du laboratoire IBISC. Il sera amené dès les premiers mois de thèse à faire des séjours à l'étranger, chez les partenaires de notre consortium de recherche: NHTU (Taïwan), I2P (Allemagne), Université de Sherbrooke (Canada), etc. Mots clés : Séparation aveugle de sources, Mélange inversible, Estimation aveugle de paramètres, Dérivées de signaux aléatoires, Séparabilité Collaborations : Heiko Luhman, Laboratoire : Institute of Physiology and Pathophysiology (I2P). Mayence, Allemagne

17 DS : STIC 9/922 ED de rattachement : Sciences et Ingénierie 511 Titre du sujet de thèse : Réparation fonctionnelle neuromusculaire à partir d'un processeur embarqué et apprentissage neuronal pour des données en grandes dimensions sous-représentées. Functional Repairing of Injured Nerves Using Machine Learning For Imbalance and High-Dimensional Data. Directeurs de thèse : Vincent Vigneron Co-encadrant: Pr. Hsin Chen Laboratoire : Neuro-Engineering Lab institution de rattachement : The Dept. of Electrical Engineering, The National Tsing Hua University (NTHU) No.101, Sec.2, Kuang-Fu Road, Hsin-Chu, 30013, Taiwan TEL/FAX : Nom : Vigneron Vincent Laboratoire : IBISC/TADIB EA 4526 Établissement de rattachement : Université d'évry Val d Essonne, UFR-ST 40, rue du Pelvoux, CE1455, EVRY CEDEX Qualité : MCF-HDR Téléphone : ou Télécopie : Contexte de la collaboration : IBISC et le Neuro-Engineering Lab collaborent depuis 2008 en traitement numérique du signal dans le cadre d'un projet PHC ORCHID, sur le thème de la modélisation de signaux EEG. Ils ont publiés ensemble 1 revue (acceptée dans IEEE SIG PRO) et 2 congrès internationaux (ICA 2010 et EANN 2009). Ce travail vise la réalisation d'un dispositif de suppléance fonctionnelle pour rendre possible l'autonomie des personnes (poly-)traumatisés ayant vue leur mobilité réduite : il fonctionne sur la base d'un WIFI connectant le contrôleur neuronal au travers l'influx nerveux avec les organes atteints. Dans l'expérience actuelle, les mouvements d'un rat de laboratoire sont repérés par traitement d'image et doivent être prédits par un modèle de type boite noir prenant en entrée l'influx nerveux. Détail du sujet: Ce sujet de thèse s'inscrit dans un projet mis en œuvre au laboratoire IBISC depuis 3 ans en collaboration avec un groupe de recherche taiwanais pour lequel un stage de Master 2ème année de 6 mois, cofinancé par l'université d'évry et la Région IDF est en cours à la NTHU. Plusieurs difficultés se présentent pour mener à bien un tel projet : extraire les spikes neuronaux des 16 canaux disponibles (un canal étant une électrode implanté dans le cortex du rat), les classer, proposer un modèle de commande, et ensuite valider le modèle dans le cadre de l'expérimentation animale. L'architecture électronique pour l'acquisition du signal dans le cortex de l'animal est déjà développée par nos partenaires. Des travaux préliminaires sont en cours pour optimiser la détection et le tri des spikes neuronaux. La plus grosse difficulté réside en définitive dans la conception du contrôleur neuronal pour lequel plusieurs scénarios devront être proposés par le doctorant. Plusieurs idées ont été suggérées : un modèle d'état prenant comme vecteur d'état l'influx nerveux et comme sortie la position du rat un modèle d'état prenant comme vecteur d'état la position du rat et comme sortie observée l'influx

18 neveux. Un modèle de type estimation rapide (proposé par Fliess)[1,2] Ces contrôleurs seront implémentés et évalués dans les conditions expérimentales précitées, et une architecture électronique pourra être mis en œuvre. L'objectif de cette thèse est au final de proposer une stratégie de modélisation et de prédiction MIMO (multiple inputs multiple outputs) et de décrire les capacités de configuration, d'estimation paramétrique, de validation et de prédiction du modèle. Références/References [1] M. Fliess, C. Join, et H. Sira-Ramirez. Non-linear estimation is easy, Int. J. Model. Identif. Control, 4 : 12-27, [2] V. Vigneron. Corrélation, indépendance et modèles inverses. Applications au traitement des bio-signaux. Habilitation à diriger des recherches, Université d'évry, Profil candidat : Outre les qualités habituelles d'autonomie et d'aptitude à la rédaction (en français et en anglais) nécessaires pour un travail de thèse, les compétences spécifiques attendues pour ce travail de recherche sont : - des connaissances avancées en traitement du signal (théorie de l'estimation, modélisation stochastique), - de bonnes bases mathématiques (algèbre, géométrie différentielle, statistique), - la maitrise des outils classiques de programmation scientifique (Matlab ou équivalent). Une bonne connaissance de l'électronique embarquée serait un plus. Autonome, il rejoindra une équipe de chercheurs expérimentés du laboratoire IBISC. Il sera amené dès les premiers mois de thèse à faire des séjours à l'étranger, chez les partenaires de notre consortium de recherche: NHTU (Taïwan), I2P (Allemagne), Université de Sherbrooke (Canada), etc. Mots clés : détection de signaux, filtrage de Kalman, classification, tri automatique Collaborations :

19 DS principale et secondaires : 9 ED de rattachement : Sciences et Ingénierie Le titre du sujet proposé : Identification de l adhérence du contact pneumatique chaussée sur véhicule électrique à moteur roue Le nom du directeur de thèse : Sébatien Glaser (CR HDR) et Saïd Mammar (PR) Le nom de l unité de recherche : IBISC et LIVIC IFSTTAR Etablissement de rattachement : Université d Evry Val d Essonne : Les mots clefs : dynamique véhicule, voiture électrique, aide à la conduite, modélisation, évaluation Résumé et contexte : Les véhicules récents offrent une sécurité accrue pour le conducteur et les autres usagers de la route. Les systèmes d aide à la conduite peuvent réguler la vitesse, alerter le conducteur lorsqu une situation à risque se présente, voire freiner de manière autonome en cas de dangers avérés. Les réactions possibles pour les systèmes autonomes et les alertes émises pour le conducteur dépendent fortement du contact entre le pneumatique et la chaussée et plus particulièrement de l adhérence que le conducteur ou l aide à la conduite peuvent mobiliser. Ce paramètre est particulièrement difficile à obtenir, les systèmes actuels cherchent à identifier une situation de conduite et une classe d adhérence plutôt qu une valeur précise. L une des contraintes à l'estimation précise de cette variable est la connaissance du couple moteur. Avec l augmentation du coût des carburants et la prise de conscience de l impact sur l environnement des déplacements, la solution «véhicule électrique» est promue à la fois par l opinion et par les pouvoirs publics. Parmi ces véhicules, ceux disposant de «moteur roue» sont particulièrement intéressants. Dépourvus de la chaine de transmission mécanique des efforts moteurs, le couple produit, et transmis au sol, peut être connu avec une grande précision. L identification de l adhérence est alors possible dans des gammes de précision et de robustesse qui permettent le développement ultérieur d'assistance d'alerte et de contrôle actif. Sujet : Le candidat devra développer des méthodes permettant l'estimation du contact entre le pneumatique et la chaussée et particulièrement de l adhérence disponible en utilisant un véhicule électrique à moteur roue. La méthodologie proposée est la suivante : Etat de l art sur l estimation du contact pneumatique chaussée et sur la modélisation du véhicule électrique à moteur roue. Développement d un estimateur de l adhérence mobilisée, c'est à dire de l adhérence actuellement utilisée au niveau du contact pneumatique chaussée. Estimation de la raideur du pneumatique. Développement d un estimateur de l adhérence mobilisable, ou adhérence disponible Intégration et test des développements sur véhicule.

20 DS principale et secondaires : 9 ED de rattachement : Sciences et Ingénierie Le titre du sujet proposé : Modélisation et évaluation de système de copilote de la voiture intelligente Le nom du directeur de thèse : Saïd Mammar (PR) et Feng Chu (PR) Le nom de l unité de recherche : IBISC Etablissement de rattachement : Université d Evry Val d Essonne : Le résumé : Le développement de la future voiture intelligente s'inscrit dans une perspective européenne. Dans une voiture intelligente, un système automatisé (copilote) agit pour aider à la conduite et éviter les éventuelles erreurs du conducteur. Le bon fonctionnement de la voiture intelligente dépend de la performance de la coopération (système coopératif) entre le copilote et le conducteur. L objectif de cette thèse est de proposer un nouvel outil formel de modélisation et d'évaluation du système coopératif. Les mots clefs : voiture intelligente, copilotes, aide à la conduite, modélisation, évaluation La description générale : La mondialisation industrielle et économique a énormément intensifié le flux de trafic dans les réseaux de transport. Aussi, l urbanisation et l augmentation du nombre de véhicules aggravent sans discontinuer la situation de trafic dans des grandes villes. On compte plus de 1,3 milliard de véhicules dans le monde en 2009 selon le rapport des Nations Unies. Une des conséquences directes est la congestion récurrente aux heures de pointe et au moment grands départs en vacances. Certains évènements récents ont montré que le réseau peut être paralysé pour une longue durée. L autre conséquence importante est l augmentation globale des accidents et du nombre de blessés. Pour assurer l efficacité et la sécurité du réseau de transport sur long terme, une des pistes privilégiées est conception de véhicules intelligents qui éviteront les erreurs humaines et soulageront la tâche du conducteur. De nombreux projets européens (PReVENT et HAVE IT) dont lesquels l'équipe VASCO de l IBISC est impliquée ont pour objectif le développement de la future voiture intelligente et de ses fonctions associées. La voiture intelligente fonctionne simultanément avec un conducteur et un copilote (système automatisé). Définir les tâches du conducteur et du copilote, les moments de partage de tâches et enfin leur coopération (système coopératif) est un de points clés pour le bon fonctionnement du futur véhicule intelligent. D'après l étude bibliographie, les travaux théoriques existants sont essentiellement fondés sur les approches des systèmes homme machine et multi agents. Devant la complexité de la tâche de conduite, il apparaît que le problème est lion d être résolu dans la pratique. L objectif de cette thèse est de proposer un nouvel outil de la modélisation et l évaluation du système coopératif qui permettra réduire le gap entre la théorie et la pratique dans ce domaine. Les collaborations prévues : IFSTTAR, Guangdong University of Technology (Chine)

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