Résumé : Le Réseau D’Interactions Bio-Maths de Besançon est un réseau de recherche visant à favoriser les activités de recherche en interactions entre mathématiques, sciences de la vie et de la santé.
Les projets de recherche qui y sont menés sont le fruit de partenariats établis entre chercheurs de différentes communautés scientifique ; il regroupe ainsi des chercheurs de différents laboratoires de l’Université de Franche-Comté.
Le RDI BMB s’appuie sur différentes approches de modélisation et d’analyse mathématiques (systèmes dynamiques, probabilités, statistiques, calcul scientifique) afin d’étudier des problématiques scientifiques relevant des thématiques de recherche suivantes :
Résumé : Ce projet exploratoire s’intéresse à la modélisation mathématique de la délivrance de principes actifs thérapeutiques dans des tissus biologiques par la méthode CED (convection-enhanced delivery). Les enjeux mathématiques sont 1) besoin d’une meilleur compréhension des modèles et leurs discrétisations ; 2) la géométrie complexe et multi-échelle du domaine de calcul. Du côté des applications médicales, l’objectif principal à long terme est de fournir des outils de simulation permettant l’optimisation d’une stratégie thérapeutique pour traiter les tumeurs cérébrales de type Glioblastome grade IV (le plus agressif) en mettant en œuvre des technologies développées à MINT.
Type d’action : Appel à Projets Artistiques (APA) de l’UFC
Partenaires : Olivier Toulemonde (musicien, Besançon), Département de formation en Mathématiques, Service Sciences Arts et Culture, Conservatoire Régional de Besançon, FRAC de Besançon
Période : projet renouvelé annuellement depuis janvier 2015
Résumé : Projet artistique qui associe un cours explorant les relations entre musique et mathématiques et une série de concerts, conférences et performances.
Titre : FLUISP : "Fluid-Structure Interaction in Speech and its Pathologies"
Type d’action : projet bilatéral Franco-Chilien ECOS-Conicyt
Partenaires : Porteurs : Pascal Perrier (France), Erwin Hernandez (Chili). Autres membres : Yohan Payan (TIMC, Grenoble), Marek Bucki (Texisense, Grenoble), Mohammad Ali Nazari (University of Tehran, Iran) et Claudio Lobos (UTFSM, Santiago du Chili).
Résumé : Projet de coopération et d’échanges France-Chili, financé par le comité ECOS-Sud. Concerne la simulation numérique du complexe oro-facial, avec pour principaux aspects la génération de maillages patient-spécifiques et l’interaction fluide structure lors des apnées et du ronflement.
Titre : MethASIM
Type d’action : projet exploratoire PEPS2 de l’AMIES
Partenaire : Société TEXISENSE à Montceau-Les-Mines
Résumé : Le projet a pour objet d’implémenter et de tester des estimateurs d’erreurs pour des modèles éléments finis patient-spécifiques en biomécanique. Ce projet poursuit une collaboration entre le LmB et la société TEXISENSE de Montceau Les Mines.
Titre : MEFASIM : "Méthodes Eléments Finis Adaptatives pour la Simulation Chirurgicale"
Type d’action : projet CNRS "Defi Infiniti" - projets structurants
Partenaires : Projet pluridisciplinaire impliquant 28 membres, dont 12 en analyse numérique, 4 en mécanique numérique, 8 en biomécanique et 4 en informatique, répartis en France et à l’étranger (Chili, Luxembourg, Royaume-Uni, Suisse). Un soutien industriel : Texisense (Grenoble).
Résumé : Il s’agit de contrôler la qualité des calculs pour les méthodes numériques qui interviennent en simulation chirurgicale. Des structures complexes géométriquement (organes) doivent être maillées avant de servir à effectuer des simulations numériques, et nous voulons alors combiner des critères géométriques de qualité du maillage avec des estimateurs d’erreur a posteriori. Ces derniers permettent de connaître la qualité et la précision des calculs pour des quantités pertinentes en biomécanique et en simulation chirurgicale (par exemple l’intensité des contraintes autour d’une cicatrice).
Titre : MeNElas : "Modèles mathématiques et Méthodes Numériques pour l’Elasticité non-linéaire"
Type d’action : projet Région (convention région 2015C-4991)
Partenaires : 21 membres répartis en France (Arts et Métiers ParisTech ; INSA Lyon ; Université de Franche-Comté ; Université Joseph Fourier et Grenoble INP ; Université Paul Sabatier, Toulouse) et à l’étranger (Université du Luxembourg ; UTFSM, Santiago du Chili ; WIAS, Berlin). Deux soutiens industriels : Michelin France (Clermont-Ferrand) et Texisense (Grenoble).
Résumé : Il s’agit de développer des modèles mathématiques et des méthodes numériques performantes, basées sur les éléments finis, pour les problèmes d’élasticité complexes intervenant dans l’industrie ou en biomécanique. A titre d’exemple, ces modèles servent à prédire le comportement d’un pneu lors d’une sollicitation, ou la déformation d’un organe au cours d’une chirurgie. Sont étudiés en particuliers les aspects liés au contact et au frottement, aux phénomènes multi-échelles et aux lois de comportement propres aux tissus vivants.
Résumé : L’objectif principal de la thèse est d’améliorer la précision des estimations mensuelles des trafics de courrier et colis distribués par La Poste en utilisant des sources de données non probabilistes disponibles pour une grande partie des objets délivrés par La Poste mais pas de manière exhaustive et comprenant des erreurs de mesure. Cette thèse est une collaboration entre La Poste avec les experts Alain Dessertaine et Pauline Puech du pôle Méthodologie et expertise Statistique & Data de la Branche Services-Courrier-Colis (BSCC), l’ université de Toulouse 1 Capitole, Anne Ruiz-Gazen, et l’université de Franche-Comté, Camelia Goga, et Statistique Canada avec le chef méthodologiste Jean-François Beaumont.
Titre : Sciences des données appliquées à la sécurité routière dans la Communauté d’Agglomération du Grand Besançon
Type d’action : thèse de Cécile SPYCHALA
Partenaires : Etat Major de la Gendarmerie Nationale à Besançon
Résumé : Cette thèse en statistique appliquée vise à une analyse poussée des données d’accidentologie en sécurité routière détenues par l’Etat-major de la Gendarmerie Nationale à Besançon avec trois objectifs principaux : 1) Établir une cartographie spatiale et temporelle des accidents et des facteurs de risques ; 2) Évaluer l’efficacité des actions menées par la Gendarmerie Nationale ; 3) Développer des outils de prédiction et d’aide à la décision grâce aux techniques modernes d’apprentissage statistique et machine learning. Cette thèse est financée par la Communauté d’Agglomération du Grand Besançon.
Titre : Optimisation robuste en environnement incertain
Type d’action : thèse de Chifaa DAHIK
Partenaires : Jean-Marc Nicod et Zeina Al Masry (équipe PHM, FEMTO-ST)
Résumé : Le développement de méthodes de pronostic permettent de prévoir en anticipation les risques de survenue de pannes sur les équipements industriels. L’information fournie par le pronostic est le temps résiduel avant défaillance (Remaining Useful Life ou RUL) du système surveillé. Cette information permet par exemple à un service de maintenance de planifier une intervention de maintenance (dite maintenance prédictive) rendant la machine concernée indisponible pendant cette opération. L’objectif de la thèse est de proposer des méthodes sur mesure de type stochastique pour les problèmes de décision robuste pour la maintenance prédictive des systèmes de production. Le problème d’ordonnancement sera particulièrement étudié, qui cherche à ordonner les taches de fabrication en tenant compte des contraintes de production et d’indisponibilité. On cherchera à proposer une solution d’ordonnancement qui soit robuste à la variabilité inéluctable de la durée de vie de l’équipement de production afin d’une part de satisfaire aux objectifs de production et d’autre part d’améliorer la disponibilité opérationnelle des équipements de production. Les applications potentielles sont industrielles avec un transfert rapide des résultats envisageable au niveau de l’entreprise SCODER, membre du projet.
Titre : Analyse mathématique de problèmes d’EDP structurées en dynamique des populations : étude d’interactions de types proies-prédateurs et épidémiologiques
Type d’action : thèse de Quentin RICHARD
Partenaire : Antoine Perasso (Chrono-environnement UFC)
Résumé : Il s’agit d’une thèse qui allie analyse mathématique et simulations numériques de modèles issus de la biologie, en particulier en dynamique des populations. Une première partie de la thèse porte sur un système de type proie-prédateur, dont la population de proies est structurée selon une variable d’âge continue, impliquant une formulation du modèle par équations aux dérivées partielles. L’idée est alors d’étudier le comportement asymptotique en temps des solutions par une analyse de bifurcation de certains paramètres du système (mortalité, reproduction, prédation).
Une seconde deuxième partie cible l’étude d’un modèle d’épidémiologie de type SI (Susceptible-Infectés) où les individus infectés sont structurés en charge d’infection et où le modèle contient un terme qui tient compte de la variabilité de l’infection au sein la population infectée. Le travail consiste à étudier le comportement du système dynamique, du point de vue théorique et numérique.
Il s’agit d’une thèse qui s’insère dans le projet collaboratif « Modélisation en écotoxicologie et épidémiologie » (voir ci-dessous) impliquant des chercheurs des deux laboratoires, LMB et Chrono-environnement, dont la direction est assurée par un chercheur de chaque laboratoire, Mostapha Mokthar-Kharroubi pour le LMB, Antoine Perasso pour Chrono-environnement et dont un co-encadrement est assuré par Ulrich Razafison.
Titre : Analyse quasi-temps réel d’images hyperspectrales
Résumé : La thèse s’inscrit à l’interface des mathématiques et du traitement d’image. Le partenaire industriel est l’entreprise Digitalsurf dont l’activité phare est le développement et la commercialisation du logiciel Mountains dont la vocation est de mettre à disposition des utilisateurs des fonctions d’analyse avancées en privilégiant la simplicité d’utilisation. La thèse porte sur le développement d’algorithmes d’analyse des images hyperspectrales qui peuvent être vues comme une superposition d’images bi-dimensionnelles correspondant à différentes longueurs d’onde du spectre lumineux. La taille de tels objets augmentant rapidement, il est essentiel de développer des algorithmes efficaces permettant une mise en œuvre quasi-temps réel adaptée aux besoins des utilisateurs.
Titre :Modélisation statistique et applications décisionnelles pour l’analyse des données aéronautiques issues d’une compagnie aérienne
Résumé : Aymen Amara travaille sur l’implémentation du Safety Management System (SMS en abrégé) dans un contexte de régulation et de mise aux normes du trafic aérien ; à terme il devra proposer des solutions a l’entreprise pour laquelle il travaille (la compagnie Nouvel Air, en Tunisie) car celle ci dispose d’un délai de 3-4 ans pour se plier à ces normes là. C’est une thèse à la fois en Qualité et en Statistique. Pour la partie Qualité, Aymen devra étudier les textes juridiques ainsi que les normes existant déjà et utilisées par les compagnies aériennes dans le monde, et voir comment elles peuvent s’adapter aux compagnies tunisiennes. Concernant la partie Statistique, il va essayer, à partir de données issues d’anomalies sur des vols, de faire de la classification semi supervisée afin de pouvoir décider, lorsqu’une nouvelle anomalie survient, d’une action en accord avec cette norme SMS.
Titre : Epidémiologie de la BPCO en milieu rural
Type d’action : thèse d’Alicia GUILLIEN
Partenaire : Bruno Degano (Directeur de l’Unité de Pneumologie, CHU de Besançon)
Résumé : L’objet de cette thèse est d’étudier le lien entre l’activité professionnelle agricole et une maladie particulière la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO). L’étude se fait au moyen de méthodes statistiques adaptées à l’épidémiologie, tant du point de vue de l’analyse statistique que de la mise œuvre informatique : les données étudiées sont massives (big data). L’objectif de cette thèse sera de mettre en évidence un lien ou une absence de lien entre l’activité professionnelle agricole et le risque de contracter la BPCO.
Titre : Normalisation de la validation psychométrique d’échelles de mesures subjectives
Type d’action : thèse de Mohamad HAMAD
Partenaire : Nathalie Retel-Rude (MC HDR au Laboratoire de Neurosciences, Université de Franche-Comté)
Résumé : L’objet de cette thèse est de valider ou non une échelle de mesure en santé buccodentaire (GOHAI). Il est question de remettre en cause certaines propriétés communément admises pour cette échelle. Cette validation/invalidation se fait au moyen de modèles statistiques adaptés au contexte : le modèle de Rasch.
Titre : Méthodes numériques robustes pour le contact et l’auto-contact en grandes transformations élastiques
Type d’action : thèse CIFRE de Rabii MLIKA
Partenaire : Yves Renard (Institut Camille Jordan et LAMCOS, INSA Lyon), Jean-François Deldon (Centre de Technologie Michelin, Clermont-Ferrand)
Résumé : Il s’agit de mettre au point des méthodes éléments finis qui permettent de traiter le contact et le frottement en grandes transformations élastiques, qui prennent en compte de façon simple et robuste les phénomènes d’auto-contact. L’application visée concerne surtout la simulation numérique pour l’étude, le design et l’optimisation des pneumatiques.
Résumé : Cette collaboration a pour objectif de mettre en évidence ou non l’efficacité de l’approche thérapeutique de l’Approche Centrée sur la Personne, au moyen d’une échelle de mesure multi-item (échelle de Cartwright), c’est à dire une grille d’évaluation. Les données étudiées sont les grilles fournies par un échantillon de patients ayant rempli la grille dévaluation à un intervalle de 6 mois. Malgré le faible volume de données à disposition, il a été mis statistiquement en évidence un effet positif sur les patients de la thérapie Approche Centrée sur la Personne.
Titre : Quel impact pour les taxis si la loi supprimait toute différence règlementaire entre taxis et VTC ? Éléments de réponse à partir d’une modélisation sur l’arrivée aléatoire de nouveaux concurrents
Résumé : Le numérique et plus particulièrement l’usage de téléphones mobiles multifonctions (i.e smartphones) ainsi que l’existence de plateformes sont des modifications majeures, notamment, du marché du transport payant de personnes individuelles. Actuellement la loi française réserve aux taxis le monopole du stationnement sur la chaussée, le maraudage (c’est-à-dire la possibilité d’être hélés sur la voie publique) et le stationnement dédié dans une station située aux abords d’un aéroport, d’une gare ou d’un carrefour urbain. Cet article vise à présenter un essai de modélisation simple de la façon dont les taxis pourraient être financièrement impactés par l’arrivée de nouveaux concurrents dans le cas où la loi viendrait supprimer toute distinction entre les taxis et les VTC (Voiture de Transport avec Chauffeur). Nous distinguons le cas où à chaque pas de temps il y aurait une (ou plusieurs) arrivée(s) certaine(s) de concurrent(s) identique(s) ou distinct(s) des concurrents installés, et le cas où il y aurait à chaque pas temps une (ou plusieurs) arrivée(s) aléatoire(s) de concurrent(s) identique(s) ou distinct(s) des concurrents installés. Cet exercice nous semble intéressant notamment dans l’éventualité où l’on envisagerait de prendre la décision politique de racheter les licences de taxis, mais aussi pour identifier à partir de quel niveau d’augmentation de la demande généré par un tel changement légal celui-ci serait sans effet sur les gains des taxis.
Titre : Modélisation en écotoxicologie et épidémiologie
Type d’action : collaboration
Partenaire : Clémentine Fritsch, Antoine Perasso, Francis Raoul (Chrono-environnement UFC)
Résumé : Ce travail s’inscrit dans une démarche scientifique pluridisciplinaire visant à la modélisation déterministe de certaines dynamiques de populations en épidémiologie et écotoxicologie. Nous nous intéressons entre autres, d’un point de vue applicatif, au transfert de certains pathogènes ou contaminants chimiques au sein de réseaux trophiques. Les modèles construits sont donc de type proie/prédateur et/ou épidémiologique, décrits par équations différentielles ordinaires, à retard ou aux dérivées partielles (par l’intégration de variables structurantes de la population comme l’âge, la charge de contaminant, l’espace…). En lien avec ces modèles, nous étudions de façon analytique et/ou numérique certains problèmes directs, comme le comportement des systèmes dynamiques, ainsi que certains problèmes inverses, comme l’identifiabilité paramétrique. Les interactions disciplinaires de ce projet se trouvent enrichies par la collaboration avec des chercheurs dans le domaine de l’écotoxicologie (Clémentine Fritsch) et de l’épidémiologie (Francis Raoul).
Titre : Calibration des contraintes ponctuelles pour un modèle macroscopique de trafic piétonnier par la méthode multi-agents
Type d’action : collaboration
Partenaire : Massimiliano D. Rosini (Université de Ferrara), Christophe Lang (Femto-ST, UFC), Nicolas Marilleau (UMI 209 UMMISCO, invité Femto-ST)
Résumé : Donadello, Razafison, Rosini et Rolland sont actifs depuis quelques années dans l’élaboration et l’analyse (théorique et numérique) de modèles macroscopiques pour le trafic piétonnier en présence d’obstacles ponctuels au flux. Plus précisément, nos modèles permettent de reproduire une perte de capacité maximale des sorties qu’on observe lorsqu’une foule assez dense s’accumule en amont. Cela est possible en imposant une limitation sur le flux maximal de piétons à travers des points fixés de l’espace : à tout instant le flux au point choisi ne pourra dépasser la valeur d’une fonction qui dépend du temps et de la densité avoisinante des piétons. L’objectif de ce projet est de calibrer les coefficients et les fonctions qui interviennent dans nos modèles et qui décrivent la dynamique de la contrainte, en comparant les résultats des simulations numériques obtenues par la méthode multi agents développée par Lang et Marilleau (qui a été validé contre des données expérimentales) avec les nôtres.
Titre : Voles in our c.laws
Type d’action : collaboration
Partenaire : Michel Duprez (I2M et LSIS à Marseille), Patrick Giraudoux (Chrono-Environnement, UFC), Christophe Lang (Femto-ST, UFC), Nicolas Marilleau (UMI 209 UMMISCO, invité Femto-ST)
Résumé : Notre projet vise à développer des modèles macroscopiques de l’évolution dans le temps et dans le territoire d’une population de campagnols. Cette description en terme de densité de population est pertinente dû au nombre très élevé d’individus. Bien qu’elle peut paraître grossière en premier abord, elle devrait néanmoins permettre de voir des phénomènes de cyclicité dans la dynamique, en particulier l’apparition et la disparition de colonies, ainsi que la relation qui existe entre le mouvement de la population et le relief du terrain. Les échanges avec nos collègues Giraudoux, Lang et Marilleau, qui travaillent depuis longtemps sur la modélisation de cette dynamique avec une autre approche (modèles multi-agents), nous permettront d’un côté de développer notre modèle en respectant au maximum les données d’observation, de l’autre de nous appuyer sur un énorme travail de calibration de paramètres tels que la discrétisation du terrain, les taux de natalité et de mortalité par tranches d’âge, la vitesse de propagation des colonies. En parallèle nous espérons aussi pouvoir développer des modèles hybrides entre EDP et MMA pour capturer des phénomènes (interaction avec les prédateurs, diffusion des parasites ou de maladies) qui semblent très difficiles à saisir par des approches plus classiques.
