Dissertations / Theses on the topic 'Modèle numérique de terrain intégré'

Dans ce travail, on considère la modélisation des écoulements dans des hydro-systèmes comprenant des sols et des aquifères géologiquement complexes et hétérogènes. On considèrera par exemple le cas d’un aquifère côtier soumis à l’intrusion saline, avec couplage densitaire (eau douce / eau salée), phénomène auquel peuvent se greffer d’autres couplages (écoulements à saturation variable, couplages surface / souterrain). On choisit une approche ayant les caractéristiques suivantes : - le modèle est spatialement distribué afin de représenter l’hétérogénéité du milieu ; - le modèle est fortement couplé afin d’appréhender les écoulements dans leur complexité physique. On utilise dans ce but un modèle fortement intégré, à une seule équation générique de type EDP, basée sur une loi de Darcy généralisée permettant de décrire différents "régimes" d’écoulements la co-existant dans un même domaine, tout en conservant robustesse et efficacité. Le travail est divisé en trois parties : dans une première partie on élabore un nouveau modèle numérique 3D, pour la modélisation des écoulements en milieux poreux à densité variable dans l’hypothèse d’une interface abrupte. Ce nouveau modèle est basé sur des relations ‘effectives’ non linéaires de saturation et de perméabilité, dans une équation d’écoulement de type Richards modifiée. La seconde partie correspond à l’élaboration et l’implémentation d’un modèle verticalement intégré d’intrusion saline en aquifère côtier, permettant d’étudier l’effet de l’hétérogénéité stochastique de l’aquifère. Le modèle, basé sur l’hypothèse ‘interface abrupte’, est implémenté comme un module ‘2D’ dans le code volumes finis BigFlow2D/3D. Le nouveau module 2D est utilisé pour analyser la variabilité de l’interface eau douce / eau salée par simulations stochastiques de type Monte Carlo à échantillonnage spatial (réalisation unique). Ces résultats sont comparés à nouvelle théorie, où l’interface aléatoire auto-corrélée est analysée par transformation de variable, combinée à une méthode de perturbation et à une représentation spectrale (Fourier / Wiener-Khinchine). Dans la troisième et dernière partie, on présente un modèle de couplage fortement "intégré" pour la modélisation des écoulements de surface et souterrain en hypothèses d’écoulement plan, verticalement hydrostatique. On s‘intéresse au cas d’une vallée fluviale avec cours d’eau, plaine d’inondation, et nappe d’accompagnement. L’écoulement en surface est modélisé par l’équation d’onde diffusante et l’écoulement souterrain par l’équation de Dupuit-Boussinesq. Ce modèle couplé est appliqué à la vallée fluviale de la Garonne dans la région de Toulouse - Moissac (France). Cette application a nécessité l’élaboration d’une méthode d’interpolation géostatistique adaptée à l’élaboration d’un Modèle Intégré Numérique de Terrain (‘MINT’), de façon à inclure le fond de la rivière au MNT topographique en haute résolution. Enfin, au-delà de cette application particulière, le modèle d’écoulement couplé surface / souterrain est généralisé au cas d’un couplage densitaire eau douce / eau salée, lorsque la nappe est sujette à l’intrusion saline au voisinage d’une embouchure ou d’un estuaire.

Les milieux humides littoraux sont des systèmes écologiques complexes qui résultent des interactions entre des processus hydrologiques, géomorphologiques et biologiques. Ils sont généralement très convoités pour leurs intérêts tant écologiques qu’économiques. Plusieurs approches ont été employées pour mieux comprendre leurs évolutions spatiotemporelles en fonction de perturbations aussi bien naturelles qu’anthropiques qu’ils subissent. Les outils de la télédétection et des potentialités des Systèmes d’Informations Géographiques (SIG) ont été largement développés. Ainsi dans cette étude, on propose une approche cartographique de deux milieux humides, basée sur la classification orientée-objet des photographies aériennes et les images satellitaires multidates et multi-résolutions et utilisant un modèle numérique de terrain (MNT) topo-bathymétrique intégré pour étudier ces perturbations. Cette approche a permis d’étudier l’évolution de deux milieux humides situés dans deux contextes climatiques et géographiques différents qui sont l’estuaire de la Rance situé à l’ouest de la France dans un contexte tempéré océanique et ayant subi la construction d’un barrage marémoteur (aménagement hydraulique majeur) en 1966. Le deuxième milieu est le lac de l’Ichkeul situé au nord de la Tunisie, un des milieux humides les plus importants de la méditerranée qui est sujet à des aménagements hydrauliques continus et fortement dépendant des perturbations climatiques. Pour l’exemple de l’estuaire de la Rance, l’étude des évolutions géomorphologiques a été effectuée en utilisant des comparaisons du MNT intégré réalisé dans le cadre de cette étude à partir de données bathymétriques et topographiques acquises avant la construction du barrage marémoteur avec des données bathymétriques acquises en 1982 puis en 1998. On a par exemple confirmé localement les évolutions de la topo-bathymétrie. On révèle la déviation du chenal principal, ainsi que l’érosion des zones situées à l’aval à proximité du fort courant ou bien au contraire leur sédimentation dans les zones protégées de l’action des courants. L’étude de l’évolution de la végétation du schorre (herbus) a été effectuée par deux méthodes : une cartographie surfacique multidate de la végétation à partir des photographies aériennes acquises en 1953, 1961, 1966, 1978, 1982, 1996 et une orthophotographie aérienne acquise en 2002 et une cartographie de la végétation du schorre faite en exploitant les capacités de segmentation des images à haute- résolution spatiale offertes par la méthode de classification orientée-objet et le modèle topobathymétrique intégré. Cette étude comparative a montré que la surface globale du schorre a augmenté suite à la mise en place du barrage marémoteur, une tendance à l’équilibre des surfaces est observée depuis 1978. Un nouvel équilibre global s’est instauré dans l’estuaire douze ans après la construction du barrage marémoteur. Dans le cas de l’étude du milieu humide du lac Ichkeul, correspondant au deuxième exemple étudié ici, la méthode de classification orientée-objet a été utilisée pour la cartographie de l’évolution de la végétation en utilisant des images satellitaires multisources, multi-résolutions et multidates (MSS-Landsat (1972), TM-Landsat (1987), ETM+ Landsat (2001) and Aster-Terra (2007)) et le MNT topobathymétrique intégré. Cette méthode a permis d’identifier les principales communautés végétatives caractéristiques des marais de l’Ichkeul, à savoir la communauté à base de Sarcocornia fruticosa, la communauté à base d’Hordeum Marinum, la communauté à base de Visnaga Daucoides et la communauté à base de Bolboschoenus. L’évolution morphologique du lac est étudiée en comparant le MNT topo-bathymétrique intégré réalisé à partir de données topographiques et bathymétriques acquises en 2003 avec des données bathymétriques acquises en 1967, 1983, 1986 et 1993. Elle fait apparaître le déplacement des zones d’accrétion et de sédimentation dans le lac suite aux aménagements hydrauliques ainsi on relève : (1) une érosion dans la partie est du lac entre 1967 et 1982 (2) un engraissement aux alentours de l’écluse entre 1982 et 1986 et (3) un déplacement des zones les plus profondes vers le sud-ouest du lac et un comblement de la partie du lac située au pied (nord-est) du Djebel Ichkeul depuis 1993. Cette étude a montré que les modifications drastiques des apports d’eau et les perturbations climatiques constituent les principales causes des altérations physiques du milieu humide de l’Ichkeul. Le retour à une dynamique naturelle est loin d’être atteint et dépend fortement des interventions humaines et des facteurs climatiques. La méthode utilisée ici a permis d’étudier deux milieux humides différents et leurs évolutions en se basant sur le degré de complexité de chacun d’eux ainsi que sur le type de la perturbation qu’ils subissent, permettant ainsi de différencier les tendances d’évolution actuelles (stabilité ou évolution) de chaque milieu. L’étude du contexte géomorphologique associant (1) les évolutions de la végétation des milieux humides, et (2) l’exploitation de la classification orientée-objet, multidates et multi-résolutions, à partir d’une approche intégrée de télédétection utilisant les SIG présente par conséquent un fort potentiel pour proposer et optimiser les modes de gestion adaptés aux objectifs de préservation des zones humides et de développement durable en général
Coastal wetlands are an important component of the natural environment of the coastal zone. Wetlands are affected by hydrologic and geomorphic controls that must be taken into consideration when attempting to understand wetland responses to disturbance, provide information for better wetland management, or aid in the restoration of lost habitat. The functioning of coastal wetlands is a result of complex linking of distinct biological, geomorphologic and human factors interacting in varying scales. Natural water circulation and water quality can altered the natural behaviours of that ecosystem. Remote sensing techniques (pixel based classification methods) and geographic information system are well used herein in monitoring coastal wetlands areas. But they are confronted to many difficulties such as combing together both onshore and offshore data and process and discriminate wetlands from uplands areas. The overall goal of our study is to develop improved methods for wetland monitoring and management in two cases studies those are located in different areas and climate zones, which are : - The Rance estuary in Western France is subject to many morphologic and biological modifications due to the management of the Rance tidal power station since 1966. The construction had required isolating completely open sea from the Rance estuary for more three years. Since that time, some environmental changes took place in the Rance estuary area, such as modifications and disappearance of sandbanks in some areas, leading to a new equilibrium since 1978. - The Ichkeul Lake in the North of Tunisia is one of the most important wetlands in the Mediterranean region. However, the decreasing of water discharge into the lake caused by the damming of three of the six major rivers feeding the lake coincided with severe drought periods, restricting supplies of fresh water, and modifying saltmarsh vegetation communities and other significant wetland degradation. Furthermore, one specific objective of our work is to investigate the capabilities of the object oriented classification methods combined to integrated topographic-bathymetric digital terrain model in those areas. In the case study of the Rance estuary morphological evolution after the settlement of the tidal power station is done by the comparison of the integrated Topographic-Bathymetric Digital Terrain Model (DTM), combining the 1953 bathymetric data, and 1957 topographic ones, with bathymetric profiles acquired in 1982 and 1998. It shows that increase of topography corresponding to accretion is frequently observed in coves characterised by low current energy. In contrast, the places exposed to high currents present generally strong eroded features, which decrease and erode the topography. The meandering of channels has also observed through time. The use of object-oriented classification of aerial photographs, acquired between 1953 and 2002 and the integrated DTM of salt marshes area in the Rance estuary, enhanced their surface regression from 1953 to 1978. It shows their stability since, due to hydrologic modifications induced in the Rance estuary after the tidal power plant management such us the change of tidal range and the period of slack water. In the case study of the Ichkeul, the application of object-oriented classification approach to identify Ichkeul wetland vegetation is based on the following multi-spectral imagery: the MSSLandsat (1972), TM-Landsat (1987), ETM+ Landsat (2001) and Aster-Terra (2007) acquired in growth period of vegetation. Results show the declining of vegetation communities in Ichkeul wetlands exposed to alternative fresh and salt-water diversion. Sarcocornia fruticosa, communities, Hordeum communities are the largest units in the study area. The Bolboschoenus communities is absent in the 1987 and 2001 vegetation maps. This is conformed by previews studies witch are showing that due to dry periods and rivers damming the Bolboschoenus disappeared for many years. The monitoring the lake Ichkuel sedimentation process was done by comparison of five sets of bathymetric data taken in 1967, 1983, 1986, 1993 and 2003. It shows the alteration of sedimentation process in the Ichkeul Lake as behaviour of the coastal zone after the settlement of dams. To conclude, owing to difference of climatic and hydrodynamic characteristics the responses of coastal wetland to natural and human will vary according to difference of their geomorphology and ecology. The Rance estuary seams to have new ecology balance ten years after the settlement of the tidal power station. However, the Ichkeul Lake is still affected by anthropogenic and climatic factors. Therefore, the used methodology provides detailed information on wetland vegetation and adjacent land-use/land-cover types in schorre wetland areas in the cases of the Rance estuary, and the Ichkeul marches areas. This technique is combining both integrated DTM and remote sensing data that is a useful tool for wetland vegetation monitoring and for resolve some major classification confusions that occur in such wetland areas

La vallée glaciaire est une forme de relief associée aux montagnes qui ont été affectées par une glaciation régionale. L’étude de cette forme de relief aide les chercheurs à mieux connaitre le développement du système glaciaire régional qui reflète les changements climatiques globaux. La tâche d’identification de ces formes sur un modèle numérique de terrain est primordiale pour toutes les études géomorphologiques ou environnementales. Avec le développement desSystèmes d’Information Géographique et des outils informatiques, l’automatisation de cette tâche devient une solution pour la diminution de la durée et du coût exigés par la méthode manuelle. Cependant, les méthodes automatiques actuelles comme la classification morphométrique ou l'analyse d’images par objets (Object Based Image Analysis) sont limitées pour l'identification d'une forme de relief entière comme la vallée glaciaire. Ces méthodes sont basées en général sur des approches de classification du terrain en éléments de relief sans la prise en considération du contexte géomorphologique. À cet égard, nous avons comme objectif le développement d'une méthode automatique d'extraction des formes des vallées glaciaires. Notre méthode est basée sur l’idée de la saillance issue de la cognition humaine en matière des formes de relief. Nous admettons que la vallée glaciaire est définie par l’assemblage spatial du fond et des versants dans un contexte géomorphologique donné. L’identification de ces formes est réalisée à partir de l’identification des cours d’eau et des contreforts comme éléments saillants de ces composants et par leur assemblage autour d’une saillance globale, le talweg. Nous avons appliqué notre méthode automatique sur des modèles numériques de terrain de différentes zones glaciaires parmi lesquelles la vallée Jacques-Cartier au Québec. Nous avons obtenu des entités spatiales qui caractérisent l'étendue géographique de la vallée glaciaire et de ses éléments composants accompagnées de leurs indicateurs de forme.
La vallée glaciaire est une forme de relief associée aux montagnes qui ont été affectées par une glaciation régionale. L’étude de cette forme de relief aide les chercheurs à mieux connaitre le développement du système glaciaire régional qui reflète les changements climatiques globaux. La tâche d’identification de ces formes sur un modèle numérique de terrain est primordiale pour toutes les études géomorphologiques ou environnementales. Avec le développement desSystèmes d’Information Géographique et des outils informatiques, l’automatisation de cette tâche devient une solution pour la diminution de la durée et du coût exigés par la méthode manuelle. Cependant, les méthodes automatiques actuelles comme la classification morphométrique ou l'analyse d’images par objets (Object Based Image Analysis) sont limitées pour l'identification d'une forme de relief entière comme la vallée glaciaire. Ces méthodes sont basées en général sur des approches de classification du terrain en éléments de relief sans la prise en considération du contexte géomorphologique. À cet égard, nous avons comme objectif le développement d'une méthode automatique d'extraction des formes des vallées glaciaires. Notre méthode est basée sur l’idée de la saillance issue de la cognition humaine en matière des formes de relief. Nous admettons que la vallée glaciaire est définie par l’assemblage spatial du fond et des versants dans un contexte géomorphologique donné. L’identification de ces formes est réalisée à partir de l’identification des cours d’eau et des contreforts comme éléments saillants de ces composants et par leur assemblage autour d’une saillance globale, le talweg. Nous avons appliqué notre méthode automatique sur des modèles numériques de terrain de différentes zones glaciaires parmi lesquelles la vallée Jacques-Cartier au Québec. Nous avons obtenu des entités spatiales qui caractérisent l'étendue géographique de la vallée glaciaire et de ses éléments composants accompagnées de leurs indicateurs de forme.
The glacial valley is a landform associated with mountains that have been affected by regional glaciation. The study of this kind of valley helps researchers to better understand the development of the regional glacial system that reflects global climate change. The task of identifying these forms on a digital elevation modelis essential for all geomorphological or environmental studies. With the development of GIS and IT tools, the automation of this task becomes a solution for reducing the time and cost required by the manual method.However, current automatic methods like morphometric classification or Object Based Image Analysis are limited when trying to identify an entire landform such as the glacial valley. These methods are generally based on land classification approaches of terrain elements without taking into consideration the geomorphological context. In this respect, we aim to develop an automatic method for extracting glacial valleys. Our method is based on the idea of salience resulting from human cognition of relief. We admit that the glacial valley is defined by the spatial assembly of the bottom and slopes in each geomorphological context. The identification of these forms is based on the identification of streams and foothills as salient elements of its components and their assembly around a global salience, the thalweg. We applied our automatic method on digital terrain models of different glacial zones, including the Jacques-Cartier Valley in Quebec. We obtained spatial entities that characterize the geographic extent of the glacial valley and its component elements accompanied with form indicators.
The glacial valley is a landform associated with mountains that have been affected by regional glaciation. The study of this kind of valley helps researchers to better understand the development of the regional glacial system that reflects global climate change. The task of identifying these forms on a digital elevation modelis essential for all geomorphological or environmental studies. With the development of GIS and IT tools, the automation of this task becomes a solution for reducing the time and cost required by the manual method.However, current automatic methods like morphometric classification or Object Based Image Analysis are limited when trying to identify an entire landform such as the glacial valley. These methods are generally based on land classification approaches of terrain elements without taking into consideration the geomorphological context. In this respect, we aim to develop an automatic method for extracting glacial valleys. Our method is based on the idea of salience resulting from human cognition of relief. We admit that the glacial valley is defined by the spatial assembly of the bottom and slopes in each geomorphological context. The identification of these forms is based on the identification of streams and foothills as salient elements of its components and their assembly around a global salience, the thalweg. We applied our automatic method on digital terrain models of different glacial zones, including the Jacques-Cartier Valley in Quebec. We obtained spatial entities that characterize the geographic extent of the glacial valley and its component elements accompanied with form indicators.

L'intégration d'une simulation à un modèle de terrain nécessite l'élaboration d'un modèle topologique et numérique reposant sur les concepts mathématiques des graphes et des hypergraphes, ainsi qu'une structuration orientée objet grâce à l'outil HBDS. Sa réalisation est donnée en 2d et 3d et couvre les thèmes suivants : la topographie, la géologie, l'hydrologie, la végétation et le climat. Le temps est la dimension nécessaire à l'évolution du modèle sous la contrainte de phénomènes divers tels que l'érosion et la propagation d'un flux sur un réseau hydrographique. Un phénomène est appréhendé par un ensemble de processus discrets. Le modèle de terrain se transforme en modèle dynamique de terrain. Son évolution utilise une simulation discrète de processus gérés en quasi-parallélisme, transcrivant les interactions et le déroulement simultané pour chaque phénomène naturel considéré. L'élaboration d'une animation en 3d est nécessaire pour visualiser l'état du modèle à tout moment.

La thèse porte sur la compréhension analytique des modèles numériques du terrain topographique, ainsi que sur l'analyse post-compensation des canevas observés ramenés à la géométrie simplifiée d'un "Espace Topométrique". Son exposé présente diverses possibilités d'apport des méthodes statistiques pour une meilleure évaluation qualitative post compensation de ces modèles et proposé une méthode de correction des variances-covariances qui tient compte de l'effet des appuis fixes soumis à variance. Compensation et analyse de variances des grandeurs observées sont traitées dans l'esprit probabiliste de la régression linéaire et de la théorie des erreurs d'observations. Une application numérique, traitée par informatique sur la base des propositions de l'étude, complète cet exposé. Cette application révèle l'influence considérable de l'effet variant des appuis sur le modèle statistique, et met en évidence la nécessité de lui appliquer les corrections préconisées pour assurer la vraisemblance de l'évaluation qualitative post-compensation.

Ce memoire de these decrit un systeme de generation de trajectoires pour robot mobile d'exploration de la planete mars a partir de modeles numeriques du terrain (m. N. T. ) issus d'images supposees prises par un orbiteur. Le m. N. T. Est d'abord filtre pour supprimer le bruit specifique au modele. Des points (cols) et lignes (talwegs) privilegies pour le deplacement du robot sont extraits automatiquement du m. N. T. Les cols sont detectes par une analyse de chaque point du m. N. T. Et de son voisinage. Les talwegs sont ensuite construits a partir de ces cols par application de regles heuristiques de comportement. Le resultat est un reseau connexe de segments de talwegs, stocke dans une base de donnees de type relationnelle. Une topologie du terrain en est deduite a partir des informations disponibles. Un graphe de recherche est ensuite construit a partir de ce reseau, en ponderant les arcs par une fonction de cout representative de l'effort et du risque necessaires a la traversee d'un segment du reseau par le vehicule. Un parcours de ce graphe par un algorithme heuristique nous fournit une premiere trajectoire. Une partition du terrain en regions de cout de navigation homogene est ensuite effectuee. Celle-ci nous permet de rechercher des raccourcis a l'interieur de regions, ameliorant ainsi des portions du chemin localement sous-optimales

La reconstruction tridimensionnelle d'une surface à partir de deux images prises de points de vue différents nécessite d'une part la connaissance de la géométrie du capteur (géométrie interne et position spatiale), et d'autre part la reconnaissance de points homologues (corrélation). L'objet de cette thèse est la production de modèles numériques de terrain (MNT) à partir d'images du satellite européen SPOT. La modélisation géométrique est fondée sur l'approche de Guichard qui aboutit à des équations simples et rigoureuses. Les mêmes équations peuvent être utilisées pour l'orientation absolue du modèle (si l'on connaît des points d'appui) ou l'orientation relative en partant simplement de points homologues. L'aboutissement de la modélisation permet de générer un redressement des images sur un plan spécifique (épipolaire), permettant de faciliter la phase suivante de mise en correspondance. La corrélation est abordée selon des approches purement numériques (corrélation de vignettes à partir de considérations statistiques globales) ou selon une approche plus topologique, essayant de mettre en correspondance des éléments de frontières. Quelques applications des MNT sont présentées (représentation en courbes de niveaux perspectives)

La sous-estimation des hauteurs LiDAR est très largement connue, mais n’a jamais été étudiée pour plusieurs capteurs et diverses conditions forestières. Cette sous-estimation varie en fonction de la probabilité que le faisceau atteigne le sol et le sommet de la végétation. Les principales causes de cette sous-estimation sont la densité des faisceaux, le patron de balayage (capteur), l'angle des faisceaux, les paramètres spécifiques du survol (altitude de vol, fréquence des faisceaux) et les caractéristiques du territoire (pente, densité du peuplement et composition d’essences). Cette étude, réalisée à une résolution de 1 x 1 m, a d’abord évalué la possibilité de faire un modèle d’ajustement pour corriger le biais du modèle numérique de terrain (MNT) et ensuite un modèle d’ajustement global pour corriger le biais sur le modèle de hauteur de canopée (MHC). Pour cette étude, le MNT et le MHC ont été calculés en soustrayant deux jeux de données LiDAR: l’un avec des pixels comportant un minimum de 20 retours (valeur de référence) et l’autre avec des pixels à faible densité (valeur à corriger). Les premières analyses ont permis de conclure que le MNT ne nécessitait pas d’ajustement spécifique contrairement au MHC. Parmi toutes les variables étudiées, trois ont été retenues pour calibrer le modèle d’ajustement final du MHC : la hauteur du point le plus haut dans le pixel, la densité de premiers retours par mètre carré et l’écart type des hauteurs maximales du voisinage à 9 cellules. La modélisation s'est déroulée en trois étapes. Les deux premières ont permis de trouver les paramètres significatifs et la forme de l'équation (modèle linéaire mixte (1) et modèle non linéaire (2)).La troisième étape a permis d’obtenir une équation empirique à l’aide d’un modèle non linéaire mixte (3) applicable à un MHC d’une résolution de 1x 1m. La correction de la sous-estimation du MHC peut être utilisée comme étape préliminaire à plusieurs utilisations du MHC comme le calcul de volumes et la création de modèles de croissance ou d’analyses multi-temporelles.

Archipel mondialement connu, les îles Galápagos recèlent encore des « secrets ». La dynamique de l'eau douce reste l'une des grandes inconnues ! L'état des connaissances au début de l'étude, 2003, est quasi-nul, limité à un inventaire de points d'eau. De plus, aucune appréciation du fonctionnement du système n'existe. Quel modèle conceptuel d'écoulement proposer pour les îles volcaniques de l'archipel des Galápagos? Classiquement, deux modèles d'écoulement pour les îles volcaniques sont proposées : un aquifère de base relayé à l'intérieur des terres par un système d'aquifères perchés (Hawaii) ou un unique aquifère de base continu (Canaries). Ni l'un ni l'autre de ces deux modèles ne peut être appliqué sans réserve aux Galápagos et la résolution de cette question scientifique se pose comme gage de solutions pérennes et de règles de gestion à apporter aux autorités locales en charge de la gestion des eaux. Dans le milieu volcanique insulaire unique et fragile des Galápagos, le développement socio-économique est galopant depuis les 25 dernières années. En conséquence, la pression exercée sur le milieu naturel et sur les ressources est croissante, c'est le cas en particulier de l'eau douce. Une approche intégrée de la gestion de l'eau est une nécessité inévitable aujourd'hui. Or, celle-ci nécessite que la connaissance du fonctionnement du cycle de l'eau soit acquise. Notre collaboration étroite avec quatre institutions locales: Fondation Charles Darwin (recherche), Parc National Galápagos (protection des écosystèmes), Municipalités (exploitation de la ressource), Institut National Galápagos (planification dans l'archipel) assure la continuité entre résultats scientifiques produits et utilisation de ceux-ci pour la gestion rationnelle de l'eau
A world renowned archipelago, the Galapagos Islands, still conceal its secrets. Among them the dynamics of fresh water remains as one of the great unknowns. The status of knowledge at the beginning of this study, 2003, was almost nil, limited to an inventory of water source points. Moreover, no appreciation of the functioning of the system exists. What conceptual flow model could be proposed for the volcanic islands of the Galapagos archipelago? Classically two flow models for volcanic islands exist: a basal aquifer relayed inland by dike impounded perched aquifers (Hawaii) or a unique continuous basal aquifer (Canary Islands). Neither one nor the other of these two models can be applied without reservation to Galapagos. The resolution of this scientific question is posed as a means of obtaining long-term solutions and management rules for the local authorities in charge of water management. In the unique and fragile volcanic environment of the Galapagos Islands social- economic development has run wild for the past 25 years. As a consequence, the pressure on the natural environment and on the resources is growing accordingly; this is especially true in the case of fresh water. An integrated approach to the management of water is an inevitable necessity today. This in itself requires that the understanding of the water cycle be acquired. Our close collaboration with four local institutions: the Charles Darwin Research Station (research), the Galapagos National Park System (protection of the ecosystems), the municipalities (exploitation of the resource), and the Galapagos National Institute (planning archipelago wide) ensure continuity between the scientific results produced and their use for rational water management

Le radar imageur à ouverture synthétique (SAR) étant un système à visée latérale, l'acquisition des données se fait avec une géométrie très spécifique et hautement sensible au relief de la zone à imager. Le problème qui nous intéresse plus particulièrement concerne la déformation radiométrique de l'image due à la variation de la taille de la cellule de résolution radar en fonction du type de relief étudié. Il est indispensable de quantifier ces déformations et de les corriger afin de fournir une image décorrélée de cet effet de géométrie de la mesure et d'avoir alors accès aux paramètres physiques dont dépend le coefficient de rétrodiffusion. La technique utilisée consiste à simuler la réponse radar à partir d'un modèle numérique de terrain. Dans un premier temps, on étudie la variation de la résolution locale en fonction de la pente et de l'orientation du sol. Cette étude nécessite une modélisation du relief qui est abordée succcessivement au premier ordre par assimilation du relief à son plan localement tangent, et au deuxième ordre par la prise en compte de la courbure locale. Cette deuxième approximation nécessite la mise en œuvre d'une méthode de calcul de dérivées multidirectionnelles par passage dans l'espace de Fourier. On présente ensuite le simulateur fabriquant une image constituée uniquement de l'effet de relief en prenant en compte l'éventualité d'ambiguités radiales et d'ombres. Cette image est utilisée pour effectuer une correction simple de cet effet sur une image SAR réelle du radar Seasat. Quelques simulations à partir de paramètres différents de ceux de Seasat sont enfin présentées.

Pour réduire les couts de développement, augmenter la qualité, et capitaliser les connaissances des systèmes de production, une solution est de pérenniser leur processus d'ingénierie. L’objectif de nos travaux est donc de contribuer à la modélisation des systèmes intégrés de production (S. I. P. ) de niveau terrain par la proposition de modèles de référence. Les systèmes décrits par ces modèles mettent en œuvre des architectures reparties qui assurent la distribution de l'intelligence dans différents équipements. En conséquence, la première partie de ce mémoire présente l'approche de modélisation systémique de ces systèmes que nous dénommons S. I. P. I. D. (systèmes intégrés de production a intelligence distribuée). Cette approche est caractérisée par la description fonctionnelle, organisationnelle et opérationnelle de leur contrôle distribué, et par l'ouverture de ce contrôle vers un système d'information technique pour son intégration avec la maintenance et la gestion technique. Une deuxième partie expose la formalisation de cette approche de modélisation par des modèles de référence. Afin d'être valides, ces modèles sont appliques par dérivation à un S. I. P. I. D. Particulier de régulation de niveau. Une troisième partie propose, sur la base de ces apports, la spécification par des modèles d'un prototype d'outil méthode, dont le rôle est d'automatiser partiellement l'approche de modélisation de tout S. I. P. I. D.

Cette recherche s'inscrit dans la lignée de nombreuses études ayant porté sur les Hautes Chaumes des Monts du Forez. Elle consiste à mettre en place une méthodologie permettant d'expliquer dans quelle mesure un certain nombre de variables physiques (comme les pentes, les expositions, les courbures...) et anthropiques (pratiques pastorales) exercent des contraintes sur la distribution du couvert végétal. Une réflexion sur la notion de paysage nous conduit à l'utilisation de la méthode d'analyse du paysage PEGASE s'est imposée. Il s'agit d'une procédure divisive multivariée basée sur les principes de la Théorie de l'information. Loin de n'être qu'une simple application de l'algorithme, cette recherche se veut innovante. Tout d abord, c'est la première fois que Pegase est utilisé pour traiter des bases de données de grandes tailles (méta-bases de données Pegase). Cet aspect a induit le développement de deux outils complémentaires annexes à Pegase facilitant et automatisant la structure de bases de données. Outre la construction des bases de données, Asc2Peg permet l'utilisation de Pegase dans un contexte S.I.G., puisque qu'il fonctionne à partir de fichiers d'échange ESRI ASCII Grid. D'autre part, un grand nombre de variables ont des effets potentiels sur la distribution de la végétation. Un des aspects de notre travail a consisté à les identifier et à homogénéiser la formulation mathématique de différents indices géomorphométriques, dérivées des modèles numériques de terrains (pentes, expositions, courbures...). Enfin, notre méthodologie est basée sur une approche multi-échelle prenant en compte étendue et résolution et nous a conduit à mettre en évidence un certain nombre de variables que nous avons qualifiées de dominantes. Une multitude d'applications sont envisageables. Notre travail a permis de placer Pegase comme outil potentiel d'aide à la mise en place de cartographies par classification automatique en télédétection.

Dans cette thèse, nous abordons le problème SLAM pour des robots évoluant en 3D dans de grands environnements, en utilisant la stéréovision. Une implémentation complète des différentes fonctionnalités nécessaires a été conçue, développée et expérimentée dans différents contextes. La première partie de la thèse traite du problème d'association des données :elle présente un algorithme de mise en correspondance de points d'intérêt détectés dans les images, qui est robuste par rapport au bruit et aux changements de point de vue. La deuxième partie de la thèse est dédiée au développement d'une approche du problème SLAM basée sur le filtrage de Kalman. Les amers sont les points d'intérêt détectés dans les images, dont les coordonnées 3D sont fournies par la stéréovision. La dernière partie de la thèse présente et analyse des résultats obtenus dans différents contextes~: sur des trajectoires de plusieurs centaines de mètres effectuées par un ballon dirigeable évoluant à faible altitude, avec un robot évoluant en environnement naturel non structuré, et avec un robot évoluant en environnements intérieurs. Lorsque la trajectoire ``ferme une boucle'', une méthode rapide de correction de l'estimée des différentes positions par lesquelles le robot est passé permet de reconstruire un modèle numérique du terrain.

Le travail présenté ici s'inscrit dans le cadre de l'évolution des systèmes de CAO/CFAO vers une meilleure intégration des différentes fonctions mises en œuvre lors du processus de conception et de fabrication d'une pièce mécanique (ingénierie simultanée). Nous formulons ici, après avoir montré l'insuffisance des systèmes actuels, une approche de résolution du maillage automatique tridimensionnel proposant une pré-optimisation basée sur l'évaluation à priori d'un modèle dual de l'objet (CSG - Brep Exact) de manière à identifier directement et automatiquement les caractéristiques de forme pouvant être à la source de gradients de contraintes élevés. Cette approche permet également de réaliser l'intégration complète de la phase de calcul de comportement physique d'un objet au processus global de conception et de fabrication contribuant ainsi à concrétiser d'avantage le concept de l'ingénierie simultanée. Nous établissons les spécifications et la structure d'un système intégré de conception assistée par ordinateur ainsi qu'une stratégie de discrétisation basée sur les méthodes frontales permettant de rencontrer ces objectifs. L’ensemble de ces concepts fait ensuite l'objet d'une maquette de validation et nous présentons une série de résultats démontrant l'intérêt de notre approche

A l’heure où la distribution de l’énergie électrique reste encore en discussion pour les nouvelles générations d’avions de transports civils ou militaires, une remise en cause du niveau des tensions continues disponibles pourrait porter les bus de tension de 270Vdc à 540Vdc. De fait, les équipementiers devront proposer des produits facilement adaptables à ces deux niveaux de tension. Par ailleurs, la course au rendement nécessite de revoir les systèmes actuels en proposant des versions plus compactes, fonctionnant à des meilleurs niveaux de rendement. L’atteinte de ces objectifs peut passer par une rupture technologique qui devrait s’opérer dans le domaine de la conversion d’énergie avec l’avènement, d’une part, des composants « grand gap », d’autre part, l’exploitation de structures innovantes de convertisseurs de puissance autore configurables. Les systèmes associant plusieurs convertisseurs et plusieurs machines, appelés communément Systèmes Multi-Convertisseurs Multi-Machines (SMCMM), jouent également un rôle prépondérant grâce aux avantages qu’ils présentent tels que, la modularité, la sûreté et l’accroissement de puissance. Néanmoins, si a priori, l’innovation technologique porte sur le convertisseur statique, le rendement d’un système électromécanique alliant convertisseur et machine ne correspond pas en général au produit des rendements de chacun des composants qui le constituent. En effet, le fonctionnement global fait apparaître de nouvelles problématiques. Dans ce contexte, la ligne directrice de ces travaux de recherche porte sur une méthodologie générale et le développement d’outils qui permettent d’étudier ces systèmes dans leur globalité. L’enjeu scientifique de cette étude consiste à adapter au mieux la machine à son convertisseur, optimiser la qualité du couple (amplitude et ondulations), donc à dimensionner et optimiser une machine qui réponde non seulement à la fonction principale visée par l’application, produire un couple mécanique à une vitesse donnée, mais qui satisfasse aussi une, voire plusieurs fonctionnalités requises pour l’utilisation d’onduleurs reconfigurables en tension. Afin de constituer une palette d’outils qui permettra de développer une méthodologie générale d’analyse des SMCMM, un outil de génération et de caractérisation systématique des bobinages et des aimants permanents est développé. Ce premier outil couplé à un modèle de type champ, basé sur la résolution analytique des équations du champ magnétique, est capable de fournir les performances électromagnétiques de la machine en fonction des critères du concepteur. Ensuite, un second outil qui permet d’appliquer la théorie d’une vision de conception par l’adéquation des sources du champ dans une machine, est développé. Nous pouvons alors rechercher la possibilité de maximiser le couple en adaptant, soit les bobinages, soit les aimants permanents. Pour étendre les précédents résultats à un cas général, un problème d’optimisation est formulé. Pour cela, un problème inverse à variables mixtes, relations complexes et non linéaires, est résolu avec un algorithme de type « boîte noire ». Les travaux se focalisent ensuite sur l’intégration de la fonction coupleur magnétique, puis sur la mise en évidence des conditions de fonctionnement optimal d’une machine synchrone à aimants permanents montés en surface et à double étoile (MSAPDE), alimentée par deux convertisseurs en parallèle reconfigurables en tension à commande entrelacée. Cette démarche est une première approche concrète de l’intégration machine convertisseur. Les courants induits dans les parties conductrices de la machine en mouvement sont modélisés afin de vérifier en fonction de la fréquence, leurs effets sur la fonction de coupleur magnétique. Finalement, après des simulations numériques qui permettent d’analyser et de classifier les avantages et les inconvénients de plusieurs solutions de machines, la réalisation de deux démonstrateurs de MSAPDE à coupleur intégré est initiée

La télédétection ouvre des perspectives nouvelles pour l’étude et la surveillance des volcans. Dans le cadre de cette thèse, différentes approches ont été abordées. L’imagerie satellite optique et thermique permet d’avoir une vue synoptique sur une large surface. La compréhension des changements d’état de surface est particulièrement importante dans le suivi de l’activité des volcans actifs. Plusieurs questions se posent : • Quels avantages offrent les satellites optiques d’observation de la Terre pour les calculs des volumes de lave émis ? • Quelles sont leurs limites ? • Les calculs de débits réalisés par télédétection sont-ils fiables ? • Quel est l’intérêt d’une approche multi-outils et multi-source ? Ces questions ont été abordées en prenant le Piton de la Fournaise pour cible. Plusieurs méthodes ont été mises en oeuvre et testées : 1) L’extraction automatique des contours de coulées de lave, 2) la création de modèle numérique d’élévation (MNE) par imagerie satellite, 3) le calcul de débits à partir d’images thermiques, 4) le suivi post éruptif d’une coulée par la modélisation de son refroidissement et la mesure des déformations observées in-situ. La plus-value de ce travail est la capacité de valider les résultats des modèles issus de la télédétection par des mesures in situ du fait de la proximité des sites étudiés. L’utilisation de ces techniques a permis d’obtenir des débits moyens d’écoulement des laves pour plusieurs éruptions et de suivre l’évolution topographique du volcan et de ses grandes structures. Les mesures thermiques par satellite fournissent le moyen de contraindre les variations du débit des éruptions dans le temps, tandis que les MNE ont permis d’obtenir un volume total dans le cas de coulées présentant de fortes épaisseurs. Grâce à ces techniques, il a été possible de définir deux types d’éruptions avec des évolutions semblables à celles observées sur différents volcans comme l’Etna (Italie) ou le Krafla (Islande). Les problèmes de nébulosité étant récurrent sur notre zone d’étude, la complémentarité des techniques est particulièrement intéressante pour obtenir une information fiable. Toutes les techniques utilisées dans cette thèse sont applicables à d’autres volcans ou à d’autres thématiques
Remote sensing opens new perspectives for the study and monotoring of volcanoes. In this thesis, different approaches were discussed. optical and thermal satellite imagery provides a synoptic view over a wide area. The understanding of surface state changes is particulary important in the monotoring of the activity of active volcanoes. Several, questions arise: • What advantages offer optical observation satellites of the Earth for calculations of lava volumes issues? • What are their limits? • Calculations of flow by remote sensing are reliable? • What is the interest of a multi-tool and multi-source approach? These issues were addressed by taking the Piton de la Fournaise to target. Several methods have been implemented and tested: 1) automatic extraction of the contours of flows of lava, 2) the cretion of numerical model of elevation (DEM) imaging satellite, 3) the calculation of flows from thermal images, 4) follow-up post eruptive flow modelling of cooling and the observed deformations in-situ measurement. The added value of this work is the ability to validate the results of remote sensing measurements from models because of the proximity of the sites studied in situ. The use of these techniques to obtain the average flow rates of lavas to several eruptions and follow topographic evolution of the volcano and its large structures. Satellite thermal measurements provide the means of forcing changes in the flow of eruptions over time, while Dems helped to obtain a total volume in the case of flows with high thicknesses. With these techniques, it was possible to define two types of erutions with changes similar to those observed on different volcanoes

Le domaine maritime littoral constitue un milieu fragile, placé à l'interface Terre/Mer où s'exercent de nombreuses pressions issues des milieux terrestres, maritimes et atmosphériques. Les approches globales de Gestion Intégrée des Zones Côtières (GIZC) ont pour but de pallier les lacunes des politiques précédentes au niveau des interactions simultanées des différents acteurs du littoral. Cette approche requiert un Modèle Numérique de Terrain (MNT) littoral continu ainsi que des données maritimes et terrestres cohérentes entre elles. En raison d'acquisitions ou de productions différentes pour les MNT terrestres et maritimes, l'ensemble du relief n'est pas traité de manière ni homogène ni continue. De plus les techniques d'intégration des MNT actuelles entraînent des lissages des reliefs, voire la perte des éléments caractéristiques. Des outils et une nouvelle méthodologie d'intégration de MNT ont donc été définis. Les outils utilisent la distance de Fréchet pour calculer une distance maximale d'écartement entre les points homologues de deux lignes. La valeur de cette distance donne une mesure de ressemblance de forme qui sert de base à leur appariement ultérieur. La méthodologie de fusion proposée dans cette thèse se veut générique tout en s'appuyant sur les lignes caractéristiques spécifiques du paysage. Elle effectue un enchaînement de traitements répartis en trois étapes majeures : 1) transformations cartographiques et analyse des zones de recouvrement ; 2) segmentation et extraction de lignes caractéristiques ; 3) appariement et fusion à l'aide de déformations élastiques. Ces outils d'intégration ont été testés sur des données réelles en 2D pour la comparaison du trait de côte, puis validés sur des MNT simulés 3D.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'évolution des Systèmes d'Informations Géographiques (SIG) et de leur capacité à répondre à des problématiques environnementales qui s'expriment de manière globale et transversale. Dans un contexte ou l'information géographique est en plein essor et où la quantité de données disponible ne cesse de croitre, le besoin en terme d'outil d'aide a la décision n'a jamais été aussi fort. Cette étude s'attache tout particulièrement au cadre de la résolution de problématiques liées à l'eau et l'environnement lorsque les données deviennent trop volumineuses pour être traitées par des moyens de calculs séquentiels classiques. Nous proposons une plateforme de calculs répartis sur une grappe d'ordinateurs qui parallélise le calcul de la délimitation des bassins versants des grands fleuves et la détermination des flots d'accumulation. A cette fin nous introduisons une technique de calcul parallèle d'une forêt d'arbres couvrants minimums représentant le parcours de l'eau de chaque point du Modèle Numérique de Terrain (MNT) vers la mer. Cette technique débute par une délimitation des cuvettes (ensemble de points allant vers le même minimum local) contenues dans le MNT. Ensuite une hiérarchie de déversement des cuvettes les unes dans les autres est construite jusqu'à obtenir les bassins versants des fleuves. L'étude se poursuit par la description d'un algorithme parallèle pour le calcul très couteux des flots d'accumulation en chaque point du MNT. Enfin cette thèse présente une version ≪out-of-core≫ de nos algorithmes parallèles afin d'étendre la portée de nos travaux a des grappes de dimensions modestes qui ne peuvent pas charger en mémoire la totalité du MNT traite.

Le but de ce travail est d'analyser les effets du drainage comme moyen de stabilisation des pentes naturelles et artificielles. On propose une méthodologie en deux phases : premièrement, reconstitution par simulation numérique des écoulements tridimensionnels à surface libre créés par les systèmes confortatifs classiques ; puis, calcul de l'équilibre du talus en tenant compte du champ complet des potentiels. L'analyse en rupture circulaire est utilisée à 2 et à 3 dimensions. Des calculs systématiques montrent qu'entre deux ouvrages drainants successifs, le coefficient de sécurité minimum est obtenu pour une rupture cylindrique. La prise en compte d'un écoulement très localisé permet de mettre en évidence l'existence d'un volume critique

Ce travail vise à étendre les méthodes d'analyse d'images satellitaires de crues au-delà de la détection des limites d'inondation afin d'estimer des niveaux d'eau distribués dans l'espace et d'aider la modélisation hydraulique.Inspirée des travaux de Raclot (2003) sur photographies aériennes qui fournissent des incertitudes moyennes de ±20cm, la méthode d'estimation des niveaux d'eau utilise des images satellitaires RADAR de crue et un MNT fin. Elle repose sur 1) une phase de télédétection pour cartographier l'inondation et analyser la pertinence de ses limites pour l'estimation des niveaux d'eau, 2) une phase d'analyse spatiale dans laquelle les niveaux d'eau sont estimés par croisement entre les limites pertinentes et un MNT fin, puis contraints par le schéma de circulation des eaux. Les estimations de niveaux d'eau obtenues ont une incertitude moyenne de ±38cm pour une image RADARSAT-1 d'une crue de la Moselle (France, 1997). Des travaux de validation ont permis de calculer une RMSE de l'ordre de 13cm pour une image ENVISAT de l'Alzette (Luxembourg, 2003).Pour aider la modélisation hydraulique, la démarche proposée vise à réduire le phénomène d'équifinalité grâce aux images satellitaires. Pour cela, un calage "traditionnel" à partir d'hydrogrammes observés est complété par la comparaison entre résultats du modèle et surfaces inondées ou niveaux d'eau extraits des images. Pour cerner les incertitudes du calage, des simulations Monte-Carlo ont été mises en place. En perspective, la prévision de l'évolution d'une crue après acquisition d'une image devrait bénéficier de modèles mieux contraints grâce à l'utilisation des images comme condition initiale ou donnée de calage.

La télédétection ouvre des perspectives nouvelles pour l'étude et la surveillance des volcans. Dans le cadre de cette thèse, différentes approches ont été abordées. L'imagerie satellite optique et thermique permet d'avoir une vue synoptique sur une large surface. La compréhension des changements d'état de surface est particulièrement importante dans le suivi de l'activité des volcans actifs. Plusieurs questions se posent : * Quels avantages offrent les satellites optiques d'observation de la Terre pour les calculs des volumes de lave émis ? * Quelles sont leurs limites ? * Les calculs de débits réalisés par télédétection sont-ils fiables ? * Quel est l'intérêt d'une approche multi-outils et multi-source ? Ces questions ont été abordées en prenant le Piton de la Fournaise pour cible. Plusieurs méthodes ont été mises en oeuvre et testées : 1) L'extraction automatique des contours de coulées de lave, 2) la création de modèle numérique d'élévation (MNE) par imagerie satellite, 3) le calcul de débits à partir d'images thermiques, 4) le suivi post éruptif d'une coulée par la modélisation de son refroidissement et la mesure des déformations observées in-situ. La plus-value de ce travail est la capacité de valider les résultats des modèles issus de la télédétection par des mesures in situ du fait de la proximité des sites étudiés. L'utilisation de ces techniques a permis d'obtenir des débits moyens d'écoulement des laves pour plusieurs éruptions et de suivre l'évolution topographique du volcan et de ses grandes structures. Les mesures thermiques par satellite fournissent le moyen de contraindre les variations du débit des éruptions dans le temps, tandis que les MNE ont permis d'obtenir un volume total dans le cas de coulées présentant de fortes épaisseurs. Grâce à ces techniques, il a été possible de définir deux types d'éruptions avec des évolutions semblables à celles observées sur différents volcans comme l'Etna (Italie) ou le Krafla (Islande). Les problèmes de nébulosité étant récurrent sur notre zone d'étude, la complémentarité des techniques est particulièrement intéressante pour obtenir une information fiable. Toutes les techniques utilisées dans cette thèse sont applicables à d'autres volcans ou à d'autres thématiques.

Ce travail vise à étendre les méthodes d'analyse d'images satellitaires de crues au-delà de la détection des limites d'inondation afin d'estimer des niveaux d'eau distribués dans l'espace et d'aider la modélisation hydraulique. Inspirée des travaux de Raclot (2003) sur photographies aériennes qui fournissent des incertitudes moyennes de ±20cm, la méthode d'estimation des niveaux d'eau utilise des images satellitaires RADAR de crue et un MNT fin. Elle repose sur 1) une phase de télédétection pour cartographier l'inondation et analyser la pertinence de ses limites pour l'estimation des niveaux d'eau, 2) une phase d'analyse spatiale dans laquelle les niveaux d'eau sont estimés par croisement entre les limites pertinentes et un MNT fin, puis contraints par le schéma de circulation des eaux. Les estimations de niveaux d'eau obtenues ont une incertitude moyenne de ±38cm pour une image RADARSAT-1 d'une crue de la Moselle (France, 1997). Des travaux de validation ont permis de calculer une RMSE de l'ordre de 13cm pour une image ENVISAT de l'Alzette (Luxembourg, 2003). Pour aider la modélisation hydraulique, la démarche proposée vise à réduire le phénomène d'équifinalité grâce aux images satellitaires. Pour cela, un calage "traditionnel" à partir d'hydrogrammes observés est complété par la comparaison entre résultats du modèle et surfaces inondées ou niveaux d'eau extraits des images. Pour cerner les incertitudes du calage, des simulations Monte-Carlo ont été mises en place. En perspective, la prévision de l'évolution d'une crue après acquisition d'une image devrait bénéficier de modèles mieux contraints grâce à l'utilisation des images comme condition initiale ou donnée de calage
The Thesis aims at deploying methods of flood satellite image analysis beyond 2D flood area delineation in order to estimate water levels and to help hydraulic modelling. Based on Raclot (2003) works with aerial photographs, which provide ±20cm mean uncertainty, the water level estimation method uses satellite RADAR images of flood and a fine DEM. The method is composed of two steps : i) flood cartography and analysis of image hydraulic relevance for water level estimation, ii) fusion between relevant information resulting from the image with a fine Digital Elevation Model (DEM) and constraining the water levels extracted from image by concepts of coherence with respect to a hydraulic flow through a plain. It provides water level estimations with a ±38cm mean uncertainty for a RADARSAT-1 image of a Mosel Flood (1997, France). In addition, validation works with an ENVISAT image of an Alzette river flood (Luxembourg, 2003) allowed us to calculate a Root Mean Square Error of 13 cm on the estimates of water levels. To help hydraulic modelling, the PhD aims at reducing equifinality thanks to satellite images of flood. To meet this aim, a "traditional" step of calibration thanks to hydrographs is completed by comparison between simulation results and flood extends or water levels extracted from images. To deals with calibration uncertainties, Monte-Carlo simulations have been used. In perspective, the results of the thesis imply great benefits for flood evolution forecasting after acquisition of flood satellite images because the use of these images as initial conditions or calibration data provide better-constrained models

Les Systèmes d'Information Géographique (SIG) gèrent des informations complexes localisées dans un espace géographique. Durant la dernière décennie, ces systèmes ont vu l'émergence d'une part des SIG en trois dimensions et plus particulièrement des modèles numériques de terrain (MNT) et d'autre part de l'intégration de données temporelles. Les travaux de recherche en informatique présentés dans ce manuscrit s'attaquent à ces deux thématiques et sont appliqués au domaine maritime. En termes de MNT, ces recherches ont essentiellement porté sur l'intégration de MNT terrestre et maritime. Une méthode de fusion générant un MNT continu a été définie. Elle est basée sur l'appariement d'éléments caractéristiques linéaires (crêtes, talwegs, lignes de rupture de pente). Elle emploie des distances linéaires discrètes introduites par Fréchet. Ces distances fournissent des vecteurs d'appariement autorisant la fusion de MNT à l'aide d'une technique de déformation élastique. En ce qui concerne les SIG spatio-temporels, ces travaux concernent les déplacements d'objets mobiles et plus particulièrement les navires. Dans le cadre de la navigation maritime, les SIG ont une place prépondérante via les aides à la navigation, les systèmes de surveillance du trafic et les simulateurs de formation. Dans ce cadre, un nouveau modèle de représentation des déplacements, la vue relative, a été formalisé. Ce formalisme s'appuie sur la perception humaine de l'espace spatio-temporel et des objets mobiles. Cette représentation est complémentaire de la représentation absolue. Les déplacements relatifs vis-à-vis d'un objet référent sont ainsi plus facilement analysables. Les évolutions des distances et des vitesses relatives sont mieux perçues. Parallèlement, une simulation des activités de navires à l'aide de systèmes multi-agents a été conçue. Les déplacements simultanés d'un grand nombre de navires dans un environnement maritime sont ainsi simulés. Elle prend en compte les différentes activités concurrentes des objets mobiles et les contraintes géographiques. Qui plus est, elle intègre des raisonnements à base de patrons pour reproduire les raisonnements humains. Finalement, à partir des bases de données historiques des positions d'objets mobiles dans un environnement ouvert, des techniques d'extractions des trajectoires et de fouille de données spatio-temporelles ont été réalisées. Elles permettent pour chaque itinéraire et chaque type d'objets de définir des routes types spatio-temporelles et de détecter à la volée des comportements inhabituels. Ces travaux, bien qu'appliqués au domaine maritime, sont génériques. Les méthodes de fusion de MNT peuvent être appliquées à tous types de MNT ayant des zones de recouvrement. De même, les travaux de modélisation, d'analyses et de simulation sur les objets mobiles sont adaptables à tous les déplacements d'objets mobiles dans des espaces ouverts.

Les modèles numériques de terrains (MNT) permettent de représenter efficacement la topographie d'une zone géographique donnée. Ces MNT peuvent être issus d'une télé acquisition à l'aide de radars embarqués ou de levés manuels sur le terrain à l'aide d'un tachéomètre. Les MNT constituent le contexte thématique de cette thèse qui est composée en trois parties.

Dans un premier temps, nous nous intéressons à la création de ces modèles à partir d'une source importante de données topographiques constituée par les cartes topographiques. Nous présentons une chaîne complète de traitements permettant de générer un MNT à partir d'une carte topographique numérisée. Nous détaillons particulièrement de nouvelles méthodes de reconstruction des courbes de niveaux et d'interpolation de ces courbes pour générer un MNT. Les différents travaux effectués dans cette thématique s'intègrent au sein de la plate-forme logicielle AutoDEM que nous avons développée durant cette thèse.

Puis, dans une deuxième partie, nous présentons une nouvelle technique permettant de visualiser des MNT en 3D sur une large gamme de dispositifs allant de stations de travail reliées à de grands écrans jusqu'à des terminaux mobiles (TM) à faibles capacités tels que les PDA ou les téléphones portables. L'intérêt majeur de la technique présentée, qui repose sur un mode connecté client-serveur, réside dans l'adaptation dynamique du modèle 3D aux capacités d'affichage du terminal. Nous nous intéressons également à des techniques de rendu à distance et présentons deux techniques permettant d'offrir d'une part une visualisation interactive temps réel et d'autre part un panorama virtuel à l'utilisateur.

Enfin, dans un troisième temps, nous décrivons des techniques nouvelles permettant à un utilisateur mobile disposant d'un TM de naviguer et d'interagir avec des données géographiques (cartes ou plans 2D et scènes 3D). La première est une technique d'interaction tangible et bi-manuelle reposant sur la détection par analyse du flux vidéo d'une cible décrivant un code couleur. La deuxième est une technique de sélection à deux niveaux adaptée aux TM ne disposant pas de dispositif de pointage continu.

Lors de la construction de l'autoroute A31 (Nancy-Metz) d'importants travaux de drainage furent exécutés au droit du lieu-dit Chateau-sous-Clevant (Meurthe-et-Moselle) pour assurer la stabilité du remblai autoroutier construit sur un versant instable. Ce mémoire présente une nouvelle étude du site, entreprise afin de définir ce que pourrait être, aujourd'hui, une méthodologie adaptée à ce type de problèmes. Il est proposé une étude géologique et structurale à grande échelle, une étude de la piézométrie reposant sur l'analyse de mesures anciennes ainsi que sur un suivi des variations du champ des pressions interstitielles. Les résultats ont été synthétisés au travers d'une modélisation numérique des écoulements et ont permis de proposer une explication générale des phénomènes qui engendrent l'instabilité

Cette thèse aborde quelques-uns des problèmes qui surviennent dans la conception d'un système complet de vision par ordinateur : de l'échantillonnage à la détection de structures et leur interprétation. La motivation principale pour traiter ces problèmes a été fournie par le CNES et la conception des satellites d'observation terrestre, ainsi que par les applications de photogrammétrie et vidéo-surveillance chez Cognitech, Inc. pendant les étapes finales de ce travail, mais les techniques développées sont d'une généralité suffisante pour présenter un intérêt dans d'autres systèmes de vision par ordinateur. Dans une première partie nous abordons une étude comparative des différents systèmes d'échantillonnage d'images sur un réseau régulier, soit carré soit hexagonal, à l'aide d'une mesure de résolution effective, qui permet de déterminer la quantité d'information utile fournie par chaque pixel du réseau, une fois que l'on a séparé les effets du bruit et du repliement spectral. Cette mesure de résolution est utilisée à son tour pour améliorer des techniques de zoom et de restauration basées sur la minimisation de la variation totale. Ensuite l'étude comparative est poursuivie en analysant dans quelle mesure chacun des systèmes permet d'éliminer les perturbations du réseau d'échantillonnage dues aux micro-vibrations du satellite pendant l'acquisition. Après une présentation des limites théoriques du problème, nous comparons les performances des méthodes de reconstruction existantes avec un nouvel algorithme, mieux adapté aux conditions d'échantillonnage du CNES. Dans une deuxième partie nous nous intéressons à l'interpolation de modèles d'élévation de terrain, dans deux cas particuliers: l'interpolation de lignes de niveau, et l'étude des zones dans lesquelles une méthode de corrélation à partir de paires stéréo ne fournit pas des informations fiables. Nous étudions les liens entre les méthodes classiques utilisées en sciences de la terre tels que Krigeage ou distances géodésiques, et la méthode AMLE, et nous proposons une extension de la théorie axiomatique de l'interpolation qui conduit à cette dernière. Enfin une évaluation expérimentale permet de conclure qu'une nouvelle combinaison du Krigeage avec l'AMLE fournit les meilleures interpolations pour les modèles de terrain. Enfin nous nous intéressons à la détection d'alignements et de leurs points de fuite dans une image, car ils peuvent être utilisés aussi bien pour la construction de modèles d'élévation urbains, que pour résoudre des problèmes de photogrammétrie et calibration de caméras. Notre approche est basée sur la théorie de la Gestalt, et son implémentation effective récemment proposée par Desolneux-Moisan-Morel à l'aide du principe de Helmholtz. Le résultat est un détecteur de points de fuite sans paramètres, qui n'utilise aucune information a priori sur l'image ou la caméra.

L'imagerie par Radar à Synthèse d'Ouverture (ROS) offre de nombreux axes de recherche en télédétection. Les capteurs ROS satellitaires peuvent fournir des images haute résolution, de jour comme de nuit, par tout temps. Parmi toutes les utilisations possibles de ces images radar, nous nous intéressons ici à l'obtention de Modèles Numériques de Terrain (MNT) à partir de couples d'images ROS stéréoscopiques : la radargrammétrie. Une application radargrammétrique nécessite la maîtrise de la géométrie de la prise de vue, de la mise en correspondance (ou appariement) des images ainsi que de la reconstruction géométrique par résolution des équations de localisation multi-scènes. L'appariement se fait par corrélation, de façon similaire aux méthodes de photogrammétrie utilisées en imagerie optique. Pour améliorer les performances lors de l'appariement, il est intéressant de mettre en oeuvre un filtrage du speckle (bruit multiplicatif propre aux images radar), ainsi qu'une technique pyramidale afin d'accélérer les traitements et de réduire les erreurs d'appariement. De plus, l'utilisation de la mise en géométrie épipolaire permet de réduire la zone de recherche. Dans la zone d'étude à forts reliefs qui nous concerne, ces méthodes permettent de générer un MNT satisfaisant mais encore imprécis. Les méthodes tirées de la photogrammétrie ne sont pas suffisantes pour être directement appliquées sur les images radar. Des méthodes spécifiques sont nécessaires et nous proposons alors une nouvelle approche, qui consiste à utiliser des fenêtres de corrélation de tailles différentes : l'approche multi-fenêtre. Nous procédons notamment à une dilatation en distance de la taille de ces fenêtres, afin de compenser le phénomène de compression d'une image à l'autre. Nous montrons que cette nouvelle méthode permet de fiabiliser l'appariement et d'améliorer les résultats de reconstruction altimétrique.

La cartographie des dépôts quaternaires sur le Bouclier canadien peut parfois s'avérer complexe à cause de la forte densité du couvert forestier qui cache plusieurs formes géomorphologiques. L'utilisation de données provenant d'un survol LiDAR permet de générer un modèle numérique de terrain (MNT) en éliminant numériquement la végétation, permettant ainsi de modéliser le sol et ce, avec une résolution de moins d'un mètre par pixel et avec une marge d'erreur inférieure à 25 cm. Dans le cadre d'un projet d'étude de foresterie opéré par la papetière Smurfit-Stone en Haute-Mauricie, une couverture LiDAR continue de plus de 1300 km2 a été réalisée dans le secteur nord-est du réservoir Gouin. L'absence de travaux portant sur le Quaternaire de cette région et l'accès privilégié à une couverture LiDAR ont orienté le choix de ce territoire d'étude. Le MNT LiDAR a été utilisé afin de réaliser une cartographie des dépôts meubles du secteur, à une échelle de 1:50 000. Le mouvement glaciaire dominant associé à la période pléniglaciaire, suit un patron d'écoulement orienté vers le SSO dans la partie ouest du terrain et vers le sud dans la partie est. Cet écoulement est appuyé par la compilation de l'orientation des drumlins rocheux, des formes profilées, des trainées morainiques derrière abri, ainsi que par des données relevées sur le terrain tels que les stries, sillons, cannelures et roches moutonnées. On observe aussi à quelques endroits des recoupements dans les stries montrant la présence d'un mouvement glaciaire ancien orienté vers le SSE. Le secteur d'étude est marqué par la présence de dépôts glaciaires, de dépôts fluvioglaciaires, de sédiments glaciolacustres, d'alluvions, de sédiments éoliens et de dépôts organiques. Le till en couverture mince et discontinue occupe 15% de la région et sa morphologie est conditionnée par la topographie du roc sous-jacent. Le till en couverture continue occupe plus de 57% du territoire. Par endroit, il peut être fuselé ou côtelé. Les sédiments fluvioglaciaires de contact occupent 3,5% du secteur. Ces dépôts sont présents sous forme d'eskers, de deltas juxtaglaciaires ou de moraines mineures. La mise en place de ces formes juxtaglaciaires a débuté lorsque la marge glaciaire a atteint le sud du terrain d'étude, vers 10,2 ka cal (Dyke, 2003). À partir du calcul de l'espacement moyen entre les crêtes morainiques, il est possible de proposer un taux de recul annuel de 75 m dans la portion est du territoire. On peut aussi associer aux sédiments fluvioglaciaires, les chenaux de fonte juxtaglaciaires, proglaciaires et sous-glaciaires. En considérant l'orientation des eskers, des crêtes morainiques et des chenaux de fonte juxtaglaciaires et proglaciaires, on a défini l'allure est-ouest de la marge glaciaire, avec une légère tendance vers le ONO-ESE alors que le front atteint le centre de la région. On estime que la glace se serait complètement retirée de la région d'étude vers 9,5 ka cal (Dyke, 2003). Suite au retrait de la glace, les eaux de fonte ont mis en place des sédiments d'épandage proglaciaire qui couvrent 6,5% du secteur, formant localement des plaines d'épandage. L'accumulation des eaux de fonte dans les dépressions a permis la formation de lacs proglaciaires. On trouve donc des sédiments glaciolacustres deltaïques sur 6% de la superficie cartographiée, sous forme de vastes plaines entourant plusieurs lacs actuels du secteur. Des sédiments littoraux et prélittoraux occupent moins de 3% de la région et sont identifiés localement par des crêtes de plages allongées et découpées en terrasses. On observe aussi des reliefs aplanis où gisent des sédiments glaciolacustres profonds, massifs ou parfois rythmés, recouvrant moins de 1% du secteur. Les sédiments alluviaux, souvent trouvés sous forme de chenaux anastomosées, couvrent eux aussi moins d'un pourcent de la région. On compte aussi de quelques dunes, mises en place par un vent provenant du NO. Elles sont observées sur les sédiments deltaïques et les littoraux. Finalement, les sédiments organiques couvrent environ 2,5% du territoire, en remplissant les dépressions naturelles du secteur sous formes de tourbières ombrotrophes ou minérotrophes. Il existe cinq secteurs où il est possible d'observer des dépôts et formes d'origine glaciolacustre; la plus vaste étendue glaciolacustre était localisée à l'ouest et est ici nommée lac glaciaire Obedjiwan. À partir du MNT LIDAR, les lignes de rivages présentes sous forme de limites de délavage du till ont été identifiées et mesurées, et ont permis de modéliser avec précision l'étendue du lac Obedjiwan lors de son extension maximale. Ces données permettent d'établir un gauchissement des lignes de rivages de 0,78 m/km, vers le NNO (352°). Ce gauchissement a été appliqué à l'ensemble de la région du réservoir Gouin par interpolation de la tendance calculée. Afin de comprendre le mécanisme de retenue des eaux et de déterminer les exutoires possibles lors de l'extension maximale du lac Obedjiwan, nous avons réalisé un modèle numérique de la bathymétrie du réservoir Gouin qui a été annexé au MNT régional gauchi. Le modèle numérique a permis de déterminer que les eaux du lac Obedjiwan étaient retenues par l'enfoncement isostatique différentiel. Trois exutoires ont été identifiés à partir de ce même MNT. Un premier exutoire était localisé au sud, vers l'actuelle rivière Saint-Maurice. Le second aurait possiblement permis une très faible vidange vers l'ouest, dans le bassin versant du lac Ojibway, via une série de dépressions sinueuses. Finalement, le dernier exutoire était localisé au nord et a permis aux eaux glaciolacustres de s'écouler aussi vers le bassin versant du lac Ojibway. Le drainage par ce corridor a permis un abaissement du plan d'eau d'environ 5 à 10 mètres. Des sédiments sublittoraux marquant la fin du drainage vers le nord ont été datés par luminescence optique à 8,1 ka cal. La remontée isostatique a ensuite permis de drainer progressivement les eaux vers le sud, via l'exutoire actuel qu'est la rivière Saint-Maurice. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : LiDAR, MNT, Haute-Mauricie, Gouin, Quaternaire, Lac glaciaire, Obedjiwan, Exutoire.

La rupture des versants rocheux est une source de risque majeur dans toutes les régions montagneuses. Les terrains métamorphiques anisotropes présentent tout l'éventail des mécanismes de déformation, lesquels sont analysés dans la première partie de ce travail à partir d'exemples européens. L'étude pluridisciplinaire des" Ruines de Séchilienne ", présentée en seconde partie, revêt un intérêt particulier du fait de la complexité du phénomène et par l'ampleur des moyens d'auscultation et de surveillance mis en oeuvre pendant une décennie (1988-1998). L'approche géologique a permis une description fine de la structure du versant à toutes les échelles. L'approche géomécanique a consisté à élaborer un modèle structural simplifié et à tester numériquement différentes hypothèses par la méthodes des éléments distincts. Ceci nous autorise à proposer un mécanisme en accord qualitatif avec les observations de terrain et les mesures de déplacement. Ce mécanisme de "rupture interne ", contrôlé par les grandes familles de discontinuités préexistantes, induit des concentrations de contrainte et des efforts de traction pouvant provoquer un endormmagement progressif et irréversible du massif. Enfin, l'approche hydrogéologique s'est attachée à analyser le débit, la température ainsi que la composition chimique et isotopique des eaux du massif, pour préciser leur origine et leur mode d'écoulement. En couplant les trois approches, on a pu proposer un modèle hydromécanique global expliquant l'influence de la pluviométrie sur le rythme de la déformation du versant. Des pistes sont avancées pour étudier la géométrie probable de la rupture. Par contre, la prévision de la date de la rupture reste hors d'atteinte. Enfin, l'observation du versant sud de la Toura, à Saint Christophe- en-Oisans, suggère que le mécanisme de " rupture interne" pourrait s'appliquer à d'autres sites que Séchilienne. Mots clés Versants - massifs rocheux - déformation

L'objectif de ce mémoire est de développer et d'étudier un nouveau type de filtre particulaire appelé le filtre de Kalman-particulaire à noyaux (KPKF). Le KPKF modélise la densité conditionnelle de l'état comme un mélange de gaussiennes centrées sur les particules et ayant des matrices de covariance de norme petite. L'algorithme du KPKF utilise une correction de l'état de type Kalman et une correction de type particulaire modifiant les poids des particules. Un nouveau type de ré-échantillonnage permet de préserver la structure de cette mixture. Le KPKF combine les avantages du filtre particulaire régularisé en terme de robustesse et du filtre de Kalman étendu en terme de précision. Cette nouvelle méthode de filtrage a été appliquée au recalage de navigation inertielle d'un aéronef disposant d'un radio altimètre. Les résultats obtenus montrent que le KPKF fonctionne pour de grandes zones d'incertitude initiale de position.