Academic literature on the topic 'Modélisation spatiale et spatio-Temporelle'

Les travaux présentés concernent la modélisation des systèmes membranaires à micro-organismes immobilisés. La modélisation est basée sur le système expérimental de la fermentation anaérobie du glucose par des bactéries Escherichia coli immobilisées dans des membranes d'agar. Une méthodologie de la modélisation du système de fermentation en suspension a été développée puis adaptée au système immobilisé. Après validation du modèle, une étude systématique des paramètres influençant ces systèmes qui développent une hétérogénéité de la répartition spatiale des micro-organismes immobilisés a été réalisée. Ces résultats permettent de mieux comprendre l'évolution dynamique des systèmes en diffusion-réaction-croissance et d'envisager le contrôle et l'optimisation des bioprocédés existants

Depuis les années 1970, les pays du Pacifique sont de plus en plus fréquemment touchés par des maladies vectorielles telles que la Dengue, le Chikungunya ou le Zika. Le contrôle de ces maladies nécessite la connaissance de leur distribution spatio-temporelle au sein de la population ainsi que la compréhension des facteurs et mécanismes, souvent multiples, régissant cette distribution. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation spatio-temporelle des déterminants de la dynamique spatiale de la dengue à l'échelle régionale du Pacifique, l'échelle territoriale de la Nouvelle-Calédonie, et l'échelle d'une ville, Nouméa, capitale de la Nouvelle-Calédonie.Dans le Pacifique, la dengue survient sous la forme de vagues épidémiques successives dues à l'introduction et à la diffusion régionale d'un nouveau sérotype tous les cinq à sept ans. En Nouvelle-Calédonie, la dengue présente une dynamique épidémique saisonnière, le sérotype dominant étant celui circulant dans la région. L'émergence d'une épidémie nécessite des conditions climatiques précises, et un indicateur annuel prédictif du risque d'émergence est maintenant utilisé de manière opérationnelle par les autorités de santé. Sur le plan spatial, au cours d'une épidémie, en moyenne, la circulation du virus est plus intense dans les zones où la température moyenne ainsi que les densités locales de population sont élevées. Que ce soit sur le territoire entier ou dans la ville de Nouméa, lors de la ré-émergence d'un même sérotype, la diffusion spatiale du virus paraît limitée par l'immunité de population créée par les épidémies précédentes. Cette thèse permet de mettre en évidence la nature complexe et multi-factorielle des maladies vectorielles, et de souligner l'intérêt d'analyses multi-échelles pour l'étude de leur épidémiologie. Au-delà des résultats obtenus sur la dengue dans la région Pacifique, notre volonté était de développer un cadre méthodologique pour l'analyse spatio-temporelle des données de surveillance épidémiologique applicable à d'autres contextes géographiques ou épidémiologiques<br>Since the 1970's, the frequency of vector-borne diseases such as Dengue, Chikungunya or Zika has significantly increased in the Pacific region. Understanding the factors and mechanisms underlying the spatio-temporal distribution of these diseases provides useful information regarding their control and prevention. In this thesis, we identified dengue spatio-temporal patterns and used modeling tools to identify the factors associated to an increased epidemiological risk at a regional scale (Pacific), a territorial scale (New-Caledonia), and a city scale (Noumea, the capital of New-Caledonia).Every five to seven years, dengue spreads over the entire Pacific as large epidemics caused by the introduction and regional diffusion of one of the four dengue virus serotypes. In New Caledonia, dengue has a seasonal epidemic pattern. The emergence of an epidemic requires specific climatic conditions. The identification of these conditions led to the implementation of an operational early warning system to predict dengue annual epidemic risk. Spatially, at the territorial scale, during epidemic years, high levels of viral circulation are found in areas with higher mean temperature and higher local population densities. Whether at the territorial scale or at the city scale, the spatial diffusion of the virus during epidemics caused by the re-emergence of the same serotype seems limited by the population immunity created by past epidemics. This thesis highlights the complexity and the multi-factorial aspect of vector-borne diseases, and discusses the usefulness of a multi-scale approach in modelling their epidemiology. Besides enhancing our understanding of dengue epidemiology over the Pacific area, we also developed a methodological framework that can be used in other geographical or epidemiological settings for the spatio-temporal analysis and modeling of epidemiological surveillance data

L'objectif de ce travail est de comprendre les rapports entre l'organisation du territoire, détectable dans le paysage, et la gestion des ressources renouvelables. L'étude est appliquée aux paysages de châtaigneraies en Cévennes. La démarche d'analyse a une entrée spatiale. Elle part d'un état des lieux qui conduit à choisir, dans le domaine d'étude, l'entité spatiale la plus pertinente pour expliquer les aspects naturels et sociaux de la mise en valeur du territoire par l'homme. Pour les Cévennes, l'entité choisie est le quartier rural, qui est le motif élémentaire d'organisation des paysages. Il est composé d'éléments de paysage en interaction. Il peut être combiné à d'autres motifs pour former les paysages. Cela relie le quartier aux autres niveaux d'organisation spatiale. Pour comprendre les aspects spatiaux de la mise en valeur du territoire, une analyse spatiale de type hypothético-déductif suit cet état des lieux. Le motif de quartier est modélisé suivant les principes de la modélisation graphique. Les hypothèses d'organisation spatiale sont validées en partie grâce à la mise en œuvre d'un SIG. La règle spatiale fondamentale de la mise en valeur du territoire est un modèle centre-périphérie, avec une dualité marquée entre l'espace de mise en valeur intensive (bâti, terrasses, prairies, vergers) et l'espace de mise en valeur extensive (châtaigneraies, landes, boisements divers). Cette structure élémentaire est déformée par un système de pente jouant au niveau régional par des gradients d'altitude, et au niveau local par la topographie qui contraint la mise en valeur des terres. L'analyse spatiale est raccordée à une analyse en profondeur des éléments de paysage, par laquelle sont étudiés l'histoire, le fonctionnement et les dynamiques de chacun d'eux, considérés dans leurs aspects spatiaux. Cela permet de valider des hypothèses de mise en valeur du territoire et d'en faire émerger de nouvelles. L'étude des éléments de paysage permet d'établir des modèles de gestion des ressources. En particulier, une typologie des châtaigneraies est proposée, selon des critères spatiaux. Des modèles de fonctionnement sont construits pour chaque type. L'articulation entre le modèle spatial du quartier et le fonctionnement des éléments de paysage permet de comprendre les rapports entre l'organisation du territoire et les pratiques rurales. Des modèles graphiques spatio-temporels sont proposés pour les pratiques de gestion des ressources renouvelables qui s'exercent sur les paysages à châtaigneraie cévenol (élevage, gestion du feu, récoltes, cueillettes, chasse). Ces modèles synthétisent la transcription spatiale de ces pratiques au cours de l'année. Leur mise en correspondance permet de déceler les enjeux spatiaux de la gestion des ressources et les confrontations entre acteurs qu'ils génèrent. Enfin, les rapports entre l'organisation du territoire et la gestion des ressources sont considérés sous l'angle de leurs dynamiques. Pour comprendre l'évolution de la mise en valeur de petits territoires cévenols, trois méthodes d'analyse sont mises en œuvre : la comparaison par un SIG de deux états successifs d'un même territoire ; la mise en relation par un SIG d'un état de référence du territoire avec la chronique des événements qui l'ont modelé ; le croisement des modèles de fonctionnement des types de châtaigneraies avec une matrice d'évolution des surfaces au cours du temps. Une synthèse montre comment ces trois méthodes peuvent être intégrées pour la gestion de l'espace rural.

Les maladies infectieuses ont des conséquences sanitaires, mais aussi sociales et économiques. L’objectif de cette thèse est l’analyse de différentes stratégies de prévention et de contrôle des maladies infectieuses à travers l’utilisation de modèles mathématiques dans le temps et dans l’espace. Des modèles déterministes compartimentaux et stochastiques individu-centrés ont été mis en oeuvre dans des environnements spatiaux divers évoluant d’un système théorique en « patchs » à un système où tous les éléments du modèle sont précisément localisés dans l’espace. Ces modèles ont été appliqués à trois maladies infectieuses : une maladie vectorielle (le paludisme), une épizootie (la fièvre aphteuse) et une zoonose (la grippe aviaire hautement pathogène). L’utilisation de ces modèles a permis de simuler la dynamique épidémique et de quantifier l’impact des stratégies de contrôle en illustrant i) l’importance de la formation professionnelle afin de permettre une alerte précoce, ii) l’importance de la préparation à la gestion de foyers afin de permettre une réponse rapide et iii) l’impact des mesures de contrôle en anneau.

Les jeux vidéo sont étudiés à partir d'un point de vue analytique. Notre travail de recherche est fortement axé sur la méthodologie actuelle d'écriture utilisée dans l'industrie. Cette méthode d'écriture spatiale n'est pas formalisée et le manque d'outils spécialisés complique son processus de création et d'analyse. Nous proposons l'application de techniques formelles pour la définition des rapports spatio-temporels existants dans les scénarii de jeu. L'analyse est effectuée en deux phases réciproquement dépendantes prenant compte les relations entre l'ordre des actions du joueur et l'univers du jeu. Les réseaux de Pétri sont utilisés pour décrire l'ordonnancement des actions. La topologie des niveaux du jeu est représentée par des hypergraphes. Nous avons montré comment notre modèle permet l'analyse et la validation de la cohérence des rapports spatio-temporels dans les niveaux de jeu. Enfin, nous avons présenté une possibilité d'intégration de ce modèle dans le processus de conception<br>Video games are studied from an analytical point of view. Our research work is strongly centred on the writing methodology currently used in industry. This original space-writing method is not formalized and the absence of specialized tools complicates its design process and analysis. We propose the application of formal techniques for definition of existing space-time relationships in the game scenario. The analysis is carried out in two interdependent phases taking into account the relationships between player's actions order and the game universe. Petri Nets are used to describe action sequencing. For game level topologic representation, we used hypergraphs. We have showed how our model allows analysis and validation of coherence for space-time relationships in game 1evels. As for design tools, we presented how this model can be integrated in the existing process of Game Design

Les sciences qui traitent de la réalité, qu'elles soient naturelles, de la société ou de la vie, fonctionnent avec des modèles. Une partie de ces modèles décrivent les relations entre certaines grandeurs mesurables de la réalité, sans aller jusqu'au détail des interactions entre les éléments qui la composent. D'autres modèles décrivent ces interactions en prenant le point de vue des individus qui constituent le système, le comportement global n'est alors plus décrit à priori, mais observé à posteriori. Nous faisons le constat que dans les deux cas le scientifique a peu de liberté pour décrire les structures, en particulier spatiales, susceptibles de porter ces interactions. Nous proposons une approche de modélisation que l'on peut situer à mi-chemin entre les deux, et qui incite à étudier un système à travers la nature de ses interactions et des structures de graphes qui peuvent les porter. En plaçant au même niveau les relations spatiales, fonctionnelles, sociales ou hiérarchiques, nous tentons aussi de nous affranchir des contraintes induites par le choix effectué souvent à priori d'une forme de représentation de l'espace. Nous avons formalisé les concepts de base de cette approche, et ceux-ci ont constitué les éléments d'un langage métier, nommé Ocelet, que nous avons défini. Les outils permettant la mise en œuvre de ce langage ont été développés et intégrés sous la forme d'un environnement de modélisation et de simulation. Enfin nous avons pu expérimenter notre nouvelle approche de modélisation et le langage Ocelet à travers la réalisation de plusieurs modèles présentant des situations variées de dynamiques paysagères

Les sciences qui traitent de la réalité, qu'elles soient naturelles, de la société ou de la vie, fonctionnent avec des modèles. Une partie de ces modèles décrivent les relations entre certaines grandeurs mesurables de la réalité, sans aller jusqu'au détail des interactions entre les éléments qui la composent. D'autres modèles décrivent ces interactions en prenant le point de vue des individus qui constituent le système, le comportement global n'est alors plus décrit à priori, mais observé à posteriori. Nous faisons le constat que dans les deux cas le scientifique a peu de liberté pour décrire les structures, en particulier spatiales, susceptibles de porter ces interactions. Nous proposons une approche de modélisation que l'on peut situer à mi-chemin entre les deux, et qui incite à étudier un système à travers la nature de ses interactions et des structures de graphes qui peuvent les porter. En plaçant au même niveau les relations spatiales, fonctionnelles, sociales ou hiérarchiques, nous tentons aussi de nous affranchir des contraintes induites par le choix effectué souvent à priori d'une forme de représentation de l'espace. Nous avons formalisé les concepts de base de cette approche, et ceux-ci ont constitué les éléments d'un langage métier, nommé Ocelet, que nous avons défini. Les outils permettant la mise en œuvre de ce langage ont été développés et intégrés sous la forme d'un environnement de modélisation et de simulation. Enfin nous avons pu expérimenter notre nouvelle approche de modélisation et le langage Ocelet à travers la réalisation de plusieurs modèles présentant des situations variées de dynamiques paysagères<br>Sciences dealing with reality be it related to nature, society or life, use models. Some of these models describe the relations that exist between measurable properties of that reality, without detailing the interactions between its components. Other models describe those interactions from the point of view of the individuals that form the system, in which case the overall behaviour is not defined a priori but observed a posteriori. In both cases, it can be noted that the scientist is often limited in its capacity to describe the structures, especially those spatial, which support the interactions. We propose a modelling approach that can be considered intermediate, where the system is studied by examining the nature of the interactions involved and the graph structures needed to support them. By unifying the description of spatial, functional, social or hierarchical relationships, we attempt to lift constraints induced by the form of spatial representation that are often chosen a priori. The basic concepts of this approach have been formalized, and were used to define and build a domain specific language, called Ocelet. The tools related to the implementation of the language have also been developed and assembled into an integrated modelling and simulation environment. It was then possible to experiment our new modelling approach and the Ocelet language by developing models for a variety of dynamic landscapes situations

Dans la première partie de cette thèse, nous avons mis en place un métamodèle de transmission du paludisme basé sur la modélisation compartimentale susceptible-infecté-résistant (SIR) et prenant en compte les flux de mobilité humaine entre différents villages du Centre Sénégal. Les stratégies d’intervention géographiquement ciblées, s’étaient avérées efficaces pour réduire l’incidence du paludisme aussi bien dans les zones d’intervention qu’à l’extérieur de ces zones. Cependant, des actions combinées ciblant à la fois le vecteur et l’hôte, coordonnées à large échelle sont nécessaires dans les régions et pays visant l’élimination du paludisme à court/moyen terme.Dans la deuxième partie nous avons évalué différentes méthodes d’estimation de la mobilité humaine en l’absence de données individuelles. Ces méthodes incluaient la traçabilité spatio-temporelle des téléphones mobiles ainsi que les modèles mathématiques de gravité et de radiation. Le transport de l’agent pathogène dans l’espace géographique, par la mobilité d’un sujet infecté est un déterminant majeur de la vitesse de propagation d’une épidémie. Nous avons introduit le modèle d’impédance qui minimise l’erreur quadratique moyen sur les estimations de mobilité, en particulier dans les contextes où les ensembles de population sont caractérisés par leurs tailles hétérogènes.Nous avons enfin élargi le cadre des hypothèses sous-jacentes à la calibration des modèles de gravité de la mobilité humaine. L’hypothèse d’une distribution avec excès de zéros a fourni un meilleur ajustement et une meilleure prédictibilité, comparée aux hypothèses classiques n’assumant pas un excès de zéros : Poisson, Quasipoisson<br>In the first part of this thesis, we have developed a malaria transmission metamodel based on the susceptible-infected-resistant compartmental modeling framework (SIR) and taking into consideration human mobility flows between different villages in the Center of Senegal. Geographically targeted intervention strategies had been shown to be effective in reducing the incidence of malaria both within and outside of intervention areas. However, combined interventions targeting both vector and host, coordinated on a large scale are needed in regions and countries aiming to achieve malaria elimination in the short/medium term.In the second part we have evaluated different methods of estimating human mobility in the absence of real data. These methods included spatio-temporal traceability of mobile phones, mathematical models of gravity and radiation. The transport of the pathogen through the geographical space via the mobility of an infected subject is a major determinant of the spread of an epidemic. We introduced the impedance model that minimized the mean square error on mobility estimates, especially in contexts where population sets are characterized by their heterogeneous sizes.Finally, we have expanded the framework of assumptions underlying the calibration of the gravity models of human mobility. The hypothesis of a zero inflated distribution provided a better fit and a better predictability, compared to the classical approach not assuming an excess of zeros: Poisson, Quasipoisson

La resolution couramment atteinte par les donnees pluviometriques derivees des mesures satellitales ou des sorties de modeles de circulation generale atmospherique (m. C. G. A) sur la zone sahelienne, est de l'ordre de 1 1, sur des pas de temps correspondant a la duree de vie des systemes convectifs. Ces echelles sont incompatibles avec les echelles de la modelisation hydrologique, particulierement dans cette region, ou les pluies principalement d'origine convective, presentent une forte variabilite spatiale et temporelle. Le travail presente a consiste a developper et valider un modele des champs de pluie saheliens, permettant d'utiliser l'information de grande echelle fournie par un satellite ou un m. C. G. A, pour simuler de champs de pluie a une plus haute resolution. Les bases de ce modele proviennent de l'analyse du jeu de donnees de l'experience epsat-niger. Il s'appuie sur trois composantes : (i) une representation geostatistique des champs spatiaux au pas de temps de l'evenement, (ii) un modele de la cinematique des systemes convectifs, (iii) un modele statistique a quatre parametres des hyetogrammes. Ce modele est developpe dans un cadre mathematique qui maintient une coherence entre les proprietes observees a differentes echelles. De ce fait, il peut etre utilise pour realiser des simulations conditionnees par des valeurs pluviometriques de grande echelle.