L'évolution historique des types et techniques de production agricole a causé celle de l'organisation paysagère, via les parcellaires notamment. Les bordures de parcelles créent des discontinuités dans les processus d'érosion-dépôt de sol. L'objectif est ici de comprendre l'effet du parcellaire et de son évolution sur la distribution actuelle des sols et la morphologie des versants. Un versant cultivé (16 ha) dans le SW du Bassin Parisien a été étudié. La distribution spatiale de figures morphologiques linéaires et de l'épaisseur des sols a été analysée. Les deux types de figures identifiés correspondent à des épaississements de sols (dépôts) induits par des bordures de parcelles, pérennes depuis plusieurs siècles pour les premières, et disparues en 1967 (remembrement) pour les secondes. Ces épaississements ont été cartographiés grâce à une analyse statistique (CART) de la morphologie du versant. L'étude de traceurs granulométriques et minéralogiques (SEDI) a permis d'identifier les processus d'érosion-dépôt impliqués. La solifluxion périglaciaire puis le ruissellement auraient affecté l'ensemble du versant avant la pérennisation d'un parcellaire. Puis, des processus hydriques et aratoires ont agi dans des unités (parcelles) fixées par des bordures : les plus pérennes (1000 ans) montrent les dépôts les plus marqués (banquettes). La distribution spatiale du 137Cs et sa conversion en taux d'érosion (modélisation numérique) ont permis d'évaluer l'implication relative des processus hydriques (15%) et aratoires (85%) depuis 1954. Le remembrement parcellaire de 1967 s'avère avoir favorisé l'érosion des sols, convertissant des zones de rétention en zones sources (ondulations).

Les sécheresses exceptionnelles observées ces dernières années, ont montré la vulnérabilité de certaines activités humaines face à une pénurie de la ressource en eau. Le retour d'expérience de la sécheresse de 2003 a montré que cette situation aurait pu être mieux anticipée, incitant les services qui ont à charge la gestion des cours d'eau à se doter d'outils de prévision des étiages. Cette recherche porte sur l'analyse des étiages des cours d'eau de l'est de la France situés dans les bassins du Rhin et de la Meuse. L'objectif est de proposer une modélisation conceptuelle applicable pour la prévision opérationnelle. Un des intérêts réside dans le choix d'un nombre élevé de bassins, situés dans un contexte climatique homogène, mais aux caractéristiques géologiques diversifiées. Cet échantillonnage permet d'aborder une étude comparée du comportement des bassins et d'en expliquer la variabilité spatiale des écoulements en étiage. Dans un souci de transposabilité nous avons cherché à orienter notre démarche vers des méthodes uniques, applicables et reproductibles pour l'ensemble des bassins. Au final, malgré la diversité des milieux géologiques des bassins étudiés, des modèles uniques, aux paramètres descripteurs d'une réalité de terrain sont adoptés. Enfin, les incertitudes liées à la démarche conceptuelle ont pu être réduites grâce à l'analyse statistique, en proposant un compromis entre les fondements conceptuels et les applications employant les approches probabilistes.

L'objectif de cette recherche est de montrer qu'il est possible d'intégrer un outil qui permette de décomposer et de quantifier le ressenti émotionnel du consommateur par rapport à un produit ou une représentation intermédiaire d'un produit dans le processus de conception afin d'optimiser celui-ci. En effet, de nos jours, face à un environnement économique en forte croissance, il ne peut pas y avoir de conception de produit sans désir de communication entre les concepteurs et les consommateurs. Cette volonté de communiquer entraîne de la part du consommateur, des comportements et réactions véritables. Il est donc pertinent de s'intéresser aux réactions des consommateurs, de pouvoir mesurer et prendre en compte leurs émotions dans le processus de conception de produit. L'intérêt scientifique de cette recherche est d'explorer de nouvelles voies, par la combinaison de différentes techniques issues de plusieurs domaines (Ingénierie, Ergonomie, Psychologie, Marketing...). Nous résumons notre apport en recherche par la quantification et la décomposition du ressenti émotionnel du consommateur par rapport à un produit. Pour cela, nous proposons un outil utilisable transversalement dans le processus de conception et générique car il est utilisable indépendamment du secteur industriel. Les résultats de cet outil peuvent être exploités par l'ensemble de l'équipe projet. Notre travail s'appuie sur des actions en conception et innovation, accomplies dans le cadre d'un projet européen, et de deux projets de mastères recherches avec des partenaires industriels.

Texte remanié de: Thèse--Sc. écon.--Paris I, 1973. / Bibliogr. p. 201-205.

Ce travail de thèse porte sur une meilleure compréhension de la croissance de nanoparticules d'oxyde de zinc élaborées à partir d'une approche organométallique. Au cours de ce travail, une analyse de la taille des nanoparticules en utilisant un outil simple basée sur une représentation bidimentionnelle couplée à une analyse statistique multivariée. Elle permet d'extraire la corrélation éventuelle entre la longueur et la largeur des nanoparticules. Cette approche permet de traiter un ensemble de nanoparticules homogène ou hétérogène en taille et en forme. Comparée à l'approche statistique usuelle qui analyse individuellement la distribution de la longueur et celle de la largeur, notre démarche met très facilement en évidence les différents types de nanoparticule et leur anisotropie (ou non). Pour chaque classe de nano-objets considérée, la relation entre la longueur et la largeur, c'est-à-dire les corrélations fortes ou faible entre ces deux paramètres, fourni des informations concernant le(s) mécanisme(s) de nucléation-croissance des nanoparticules. Par exemple, cette approche permet de suivre l'effet sur la taille et la forme de nanoparticules préparées par différents procédés (chimiques ou physique). A partir de différentes images de microscopie électronique extraites de la bibliographie ou de nos travaux de recherche, nous avons démontré l'efficacité et la simplicité de cette approche. De plus, nous avons pu revisiter la synthèse organométallique de nanoparticules de ZnO à la lumière de cette nouvelle méthode de traitement des données. Les nanoparticules anisotropes obtenues par hydrolyse du dicyclohexyl zinc comme précurseur organométallique en présence d'alkyl amine uniquement ont donc été analysées. Le mécanisme de formation a été étudié par analyse systématique des images de microscopie électroniques à transmission et une croissance par attachement orienté a pu être mise en évidence. De plus, nous avons montré que la taille des nanabatonnets d'oxyde de zinc peut être facilement contrôlée en modulant la vitesse d'hydrolyse, le temps de maturation du mélange précurseur organométallique et ligand alkyl amine avant le début de l'hydrolyse, la nature du ligand et la quantité d'eau introduite. Enfin, pendant ce travail, nous avons observé la gélification des milieux réactionnels. L'étude de ce phénomène a permis de développer une approche originale permettant de mettre en forme des matériaux hybride organique-inorganiques. En effet, à partir d'un ensemble d'expériences utilisant la rhéologie, la RMN, la MET, des calculs théoriques, le WAXS ... nous avons pu mettre en évidence une réaction d'oligomérisation entre le précurseur organométallique et les ligands alkyl amine. Cette oligomérisation entre les centres métalliques conduit à la formation de gels, qui peuvent être mise en forme en utilisant des seringues, des tampons ou encore des moules. Des matériaux hybrides d'oxydes métalliques sont ensuite obtenus par hydrolyse du gel. Cette nouvelle approche a été développée pour l'oxyde de zinc puis a été étendue aux oxydes d'étain et de fer. Il s'agit donc d'une approche générale qui ouvre des perspectives intéressantes dans l'utilisation de ces matériaux notamment comme couches sensibles pour des capteurs de gaz. / This work is focused on the better understanding of the formation of zinc oxide anisotropic nanoparticle through an organometallic synthesis. To start on this project, the development of a statistical tool to analyze nanoparticle sizes and shapes was mandatory. A simple 2D plot with a multivariate statistical analysis is proposed in order to extract, in particular, the correlation between length and width in a collection or a mixture of anisotropic particles. Compared to the usual statistics on the length associated to a second and independent statistical analysis of the width, this simple plot easily points out the various types of nanoparticles and their (an)isotropy. For each class of nano-objects, the relationship between width and length (i.e. the strong or weak correlations between these two parameters) may suggest information concerning the nucleation-growth processes. It allows one to follow the effect on the shape and size distribution of physical or chemical processes such as simple ripening. Various electronic microscopy pictures from the literature or from our own syntheses are used as examples to demonstrate the efficiency and simplicity of such an analysis. Furthermore, following the organometallic approach, well defined crystalline zinc oxide nanorods are obtained through the hydrolysis reaction of dicyclohexyl zinc precursor without solvent in presence of primary fatty amine only. Their mechanism of formation is studied through a multivariate analysis of TEM results and an oriented attachment process is demonstrated. Taking advantage of this mechanism, the size of the ZnO nanorods can be easily adjusted tuned by controlling adjusting the hydrolysis rate, the aging time before hydrolysis, the nature of ligand, and/or the amount of water. During such experiments, a gelification of the chemical media are for the first time observed. This is the origin of the last part of our work, which put forward an original approach for outstanding processable and reshapable hybrid materials. Indeed, we unequivocally demonstrate through various complementary experiments (rheology, NMR, TEM, theoretical calculation, WAXS...) the formation of oligomeric structures in a mixture of fatty amine with organometallic compounds. This oligomerization reaction between the metallic centers induces the formation of a gel which can be processed into fibers, stamped patterns or molded pieces. Metal oxide hybrid materials are obtained merely by hydrolysis of the organometallic gel, which are furthermore liquid crystal. This unprecedented route towards easily processable hydrid and metal oxide materials is demonstrated for zinc oxide and extended to other metal oxides such as tin oxide and iron oxide, proving the universality of the method and paving the way, for example, to new sensitive gas sensors layers.

Les applications de l'Internet des objets (IdO/IoT) se composent de divers objets en grande partie mobiles et avec des ressources limitées ou riches. Des tels dispositifs exigent des interactions légères et faiblement couplées en termes de temps, d'espace et de synchronisation. Les protocoles au niveau middleware de l'IoT prennent en charge un ou plusieurs types d'interaction assurant la communication entre objets. De plus, ils supportent différents niveaux de Qualité de service (QDS) pour cette communication par rapport aux ressources disponibles sur les dispositifs et les réseaux. Les dispositifs utilisant le même protocole middleware interagissent de manière homogène, car ils exploitent les mêmes caractéristiques fonctionnelles et de QDS. Cependant, la profusion de protocoles middleware pour l'IoT se traduit par des objets très hétérogènes. Cela nécessite des solutions d'interopérabilité avancées intégrées à des techniques de modélisation et d'évaluation de la QDS. La principale contribution de cette thèse est d'introduire une approche et de fournir une plate-forme pour la synthèse automatique des artefacts logiciels permettant l'interopérabilité. De tels artefacts permettent l'interconnexion entre des objets mobiles qui utilisent des protocoles hétérogènes au niveau middleware. Notre plate-forme prend en charge l'évaluation de l'effectivité de l'interconnexion en termes de la QDS de bout en bout. Plus précisément, nous dérivons des conditions formelles pour des interactions réussies, et nous permettons la modélisation et l'analyse des performances ainsi que le réglage du système de bout en bout, tout en considérant plusieurs paramètres système pour l'IoT mobile. / Internet of Things (IoT) applications consist of diverse Things including both resource-constrained/rich devices with a considerable portion being mobile. Such devices demand lightweight, loosely coupled interactions in terms of time, space, and synchronization. IoT middleware protocols support one or more interaction types (e.g., asynchronous messaging, streaming) ensuring Thing communication. Additionally, they introduce different Quality of Service (QoS) features for this communication with respect to available device and network resources. Things employing the same middleware protocol interact homogeneously, since they exploit the same functional and QoS features. However, the profusion of developed IoT middleware protocols introduces technology diversity which results in highly heterogeneous Things. Interconnecting heterogeneous Things requires mapping both their functional and QoS features. This calls for advanced interoperability solutions integrated with QoS modeling and evaluation techniques. The main contribution of this thesis is to introduce an approach and provide a supporting platform for the automated synthesis of interoperability software artifacts. Such artifacts enable the interconnection between mobile Things that employ heterogeneous middleware protocols. Our platform further supports evaluating the effectiveness of the interconnection in terms of end-to-end QoS. More specifically, we derive formal conditions for successful interactions, and we enable performance modeling and analysis as well as end-to-end system tuning, while considering several system parameters related to the mobile IoT.

L’analyse statistique de la forme de structures anatomiques est un enjeu essentiel pour de nombreuses applications: modélisation de la variabilité normale et pathologique, prédiction de paramètres cliniques et biologiques à partir de données anatomiques… Ces dernières années ont vu l’émergence de grandes bases de données en neuroimagerie, offrant une puissance statistique considérablement accrue. Cette thèse a pour thème l’étude statistique de la variabilité anatomique de l’hippocampe sur de grandes populations. Après un état de l’art, la première partie de la thèse porte sur l’étude d’une variante anatomique appelée inversion incomplète de l’hippocampe (IHI). Pour ce faire, nous avons mis au point une échelle de cotation de ces IHI. Elle a été ensuite appliquée à 2000 sujets sains et jeunes de la base de données IMAGEN. Les résultats ont permis de montrer que les IHI sont fréquentes chez les sujets sains, avec une prédominance à gauche. C’est la première fois que les IHI sont étudiés sur une telle population. La seconde partie de la thèse porte sur la mise au point d’une méthode d’analyse statistique de formes utilisant les grandes déformations difféomorphiques et les courants mathématiques, utilisable pour l’analyse de grandes populations. Nous avons en particulier introduit une nouvelle approche rapide pour construire des prototypes anatomiques. Cette approche a été validée sur 1000 sujets sains jeunes de la base de données IMAGEN et 294 sujets (sujets sains âgés et patients atteints de maladie d’Alzheimer) de la base ADNI. Les résultats montrent que la méthode permet de représenter la variabilité anatomique de l’hippocampe avec un nombre raisonnable de dimensions. / Statistical shape analysis of anatomical structures is a key challenge for many applications: modeling of the normal and pathological variability, prediction of clinical or biological parameters from anatomical data... Recent years have seen the emergence of large databases in neuro-imaging, potentially increasing the statistical power of new studies. This thesis is about the statistical analysis of the anatomical variability of hippocampi in large populations. After a state of the art, the first part of the thesis focuses on the study of an anatomical variant named Incomplete Hippocampal Inversion (IHI). We developed a new robust scale for IHI assessments. We then applied the evaluation to 2000 young healthy subjects from the European database IMAGEN. Results show that IHI are frequent on healthy population, with a left side predominance. This is the first time that IHI are studied on a large database composed of healthy subjects. The second part of this thesis develops a method for the statistical analysis of shapes based on Large Diffeomorphic Deformations Metric Mapping and mathematical currents, applicable for the analysis of large datasets. In particular we have introduced a new fast approach for the estimation of anatomical templates. This approach has been validated on 1000 young healthy subjects of the IMAGEN database and on 294 subjects from the ADNI database (healthy aging subjects and patients with Alzheimer disease). Results show that the method allows the modeling of the anatomical variability of hippocampi with a reasonable number of dimensions.

Dans cette thèse nous présentons quatre applications en bioinformatique avec des modèles de Markov. Ces modèles sont particulièrement répandus car la structure Markov permet de modéliser des indépendances conditionnelles complexes tout en permettant une inférence efficace. Nous atteignons une variété d’objectifs tels que l'alignement, la classification, la segmentation et la quantification, par inférence dans différents types de modèles de Markov. De cette manière nous montrons que les modèles de Markov peuvent être utilisés pour générer de nouvelles connaissances dans diverses applications liées à une variété de champs de recherche en biologie. / In this thesis we present four applications in bioinformatics with Markov models. Such models are especially popular since the Markov structure allows for complex conditional independences to be modelled while still allowing for efficient inference. We achieve a variety of aims, ranging from alignment, classification, segmentation and quantification, through inference in different types of Markov models. In this way we show that Markov models can be used to generate new knowledge in diverse applications relating to multiple domains of biological research.

Les bioprocédés ont connu un essor considérable au cours de ces dernières années et sont promis à un bel avenir. Qu'il s'agisse de la production de vaccins, de la fermentation de levures pour l'industrie alimentaire ou encore de l'épuration biologique des eaux usées, les applications sont nombreuses et les produits sont d'un intérêt capital pour l'être humain. Étant donnés le coût et le temps de mise en oeuvre de ces procédés, il est particulièrement utile de construire des simulateurs permettant de reproduire le comportement macroscopique des cultures cellulaires utilisées. Ces simulateurs peuvent servir à déterminer des conditions optimales de fonctionnement (en fonction des critères de l'utilisateur) et à tester certains outils (régulateurs, capteurs logiciels, etc.). Par ailleurs, il est nécessaire, pour le suivi et la régulation de ces procédés, de disposer de grandeurs mesurées (concentrations cellulaires, en substrats, en le produit d'intérêt, etc.). Les problèmes liés à la mesure matérielle de ces grandeurs sont nombreux: coût des capteurs, destruction des échantillons, longues périodes d'échantillonnage, temps d'analyse élevés, etc. Il est dès lors utile de construire des observateurs d'états (ou capteurs logiciels) fournissant une estimation en temps continu de grandeurs non mesurées sur la base d'un modèle mathématique et de certaines mesures matérielles. Les modèles mathématiques sont nécessaires pour la synthèse des deux types d'outils envisagés dans ce travail (simulateurs et capteurs logiciels). Les modèles utilisés consistent en les bilans massiques des constituants apparaissant dans le schéma réactionnel, ce dernier contenant les réactions essentielles pour la description des phénomènes à l'échelle macroscopique. Au sein de ces bilans massiques, une nouvelle structure générale de modèle cinétique est proposée, possédant un certain nombre de propriétés intéressantes, telles l'interprétation physique des paramètres cinétiques, les concentrations définies positives sous certaines conditions, la garantie de stabilité entrées bornées - états bornés, ou encore la possibilité de linéarisation en les paramètres à estimer. Une méthodologie générale d'estimation paramétrique est proposée, afin d'identifier les coefficients pseudo-stoechiométriques, les coefficients cinétiques et certains paramètres expérimentaux (concentrations initiales des cultures). Cette méthodologie possède un caractère systématique, prend en compte les erreurs de mesure sur l'ensemble des signaux (y compris à l'instant initial), fournit à l'utilisateur la covariance des erreurs d'estimation paramétrique, prend en compte intrinsèquement les contraintes de signe sur les paramètres, fournit une estimation des erreurs de simulation, permet de réduire le nombre d'équations différentielles au sein du modèle, etc. La mise en oeuvre et l'intérêt de ces outils sont illustrés en simulation (cultures bactériennes) et dans le cas d'une application réelle (cultures de cellules animales CHO). La première catégorie d'observateurs d'états étudiée dans ce travail est celle des observateurs utilisant pleinement le modèle cinétique. L'observation d'états basée sur l'identification des conditions initiales les plus vraisemblables est plus particulièrement analysée. Elle consiste à estimer en temps continu l'entièreté de l'état par intégration d'un modèle de simulation au départ des conditions initiales les plus vraisemblables. Ces dernières sont identifiées à chaque nouvel instant de mesure sur la base de toute l'information disponible jusqu'à cet instant. Certaines propriétés mathématiques sont étudiées (dont une comparaison avec le filtre de Kalman) et un certain nombre d'extensions de la méthode sont proposées (dont une version récurrente qui ne nécessite plus de résoudre un problème d'optimisation non linéaire à chaque nouvel instant de mesure). Ces outils sont à nouveau illustrés dans le cadre des cultures de cellules animales CHO, et se basent sur les modèles de simulation développés dans la première partie du travail. Étant donné les risques de divergence des observateurs de cette première catégorie lorsque la qualité du modèle cinétique n'est pas suffisante, une seconde catégorie est envisagée, constituée des observateurs utilisant partiellement le modèle cinétique. Dans ce contexte, un nouvelle technique est proposée consistant en un observateur hybride entre le filtre de Kalman étendu (utilisant pleinement le modèle cinétique) et l'observateur asymptotique de Bastin et Dochain (n'utilisant pas du tout le modèle cinétique). Cette structure estime (conjointement avec l'état du système) un degré de confiance en le modèle cinétique. Elle est capable d'évoluer de façon progressive, en fonction de ce degré de confiance, entre les deux solutions extrêmes (filtre de Kalman et observateur asymptotique), tirant ainsi parti des avantages respectifs de ces deux méthodes selon les conditions opératoires et la qualité du modèle cinétique. Ces outils sont validés sur des cultures bactériennes simulées.

L'un des enjeux dans la compréhension des relations Soleil-Terre est l'étude de la dynamique des régions internes de la magnétosphère. Dans ce contexte, l'objectif de mon travail a été de poser les bases d'un modèle opérationnel de détection et de suivi des régions frontières de la magnétosphère à partir du réseau de radars SuperDARN, qui sonde l'ionosphère à haute latitude. L'élaboration d'un tel modèle requiert une réduction de données. Pour cela, une méthode de décomposition en valeurs singulières (SVD) a été appliquée sur la mesure brute (une fonction d'autocorrélation) afin de définir trois nouveaux paramètres statistiques. L'interprétation de ces trois nouveaux paramètres montre que cette approche, bien qu'empirique, offre une description bien plus complète des échos radar que les modèles physiques habituellement utilisés. L'utilisation de ces paramètres avec une méthode de décision Bayésienne permet d'améliorer la détection de la frontière des lignes de champ géomagnétiques ouvertes/fermées. L'introduction d'un formalisme Bayésien comporte plusieurs avantages : il permet de valider le résultat en estimant une erreur sur la localisation, et de plus, il facilite l'introduction de nouvelles connaissances provenant de différents instruments. Ceci est loin d'être négligeable pour compléter les observations des radars SuperDARN. Par ailleurs, les propriétés de ce nouveau modèle ont permis l'élaboration d'un nouvel algorithme de prétraitement et d'analyse des mesures brutes.