L'apprentissage statistique vise à prédire, mais aussi analyser ou interpréter un phénomène. Dans cette thèse, nous proposons de guider le processus d'apprentissage en intégrant une connaissance relative à la façon dont les caractéristiques d'un problème sont organisées. Cette connaissance est représentée par une structure arborescente à deux niveaux, ce qui permet de constituer des groupes distincts de caractéristiques. Nous faisons également l'hypothèse que peu de (groupes de) caractéristiques interviennent pour discriminer les observations. L'objectif est donc de faire émerger les groupes de caractéristiques pertinents, mais également les caractéristiques significatives associées à ces groupes. Pour cela, nous utilisons une formulation variationnelle de type pénalisation adaptative. Nous montrons que cette formulation conduit à minimiser un problème régularisé par une norme mixte. La mise en relation de ces deux approches offre deux points de vues pour étudier les propriétés de convexité et de parcimonie de cette méthode. Ces travaux ont été menés dans le cadre d'espaces de fonctions paramétriques et non paramétriques. L'intérêt de cette méthode est illustré sur des problèmes d'interfaces cerveaux-machines.

Dans cette thèse on a développé des algorithmes semi-implicites procédures partagées et monolithiques pour l'interaction entre un fluide gouverné par le modèle de Navier Stokes et une structure. Dans le premier chapitre, on présente un algorithme semi-implicite procédures partagées pour l'interaction entre un fluide et une structure gouvernée soit par les équations d'élasticité linéaire ou soit par le modèle de Saint-Venant Kirchhoff non linéaire. Dans le second chapitre, on propose un algorithme semi-implicite procédures partagées pour l'interaction entre un fluide et une structure de modèle linéaire et on montre un résultat de stabilité inconditionnelle en temps de l'algorithme. Un problème d'optimisation est résolu dans les deux algorithmes précédents, afin de satisfaire les conditions de continuité des vitesses et d'égalité des contraintes à l'interface. Durant les itérations de BFGS pour résoudre le problème d'optimisation, le maillage fluide reste fixe et la matrice fluide n'est factorisée qu'une seule fois, ce qui réduit l'effort de calcul. Dans le troisième chapitre, un algorithme semi-implicite monolithique pour l'interaction entre un fluide et une structure de modèle linéaire est proposé. L'algorithme utilise un maillage global pour le domaine fluide structure. La condition de continuité des vitesses à l'interface est automatiquement satisfaite et celle de l'égalité des contraintes n'apparaît pas explicitement dans la formulation faible. A chaque pas de temps on résout un système monolithique d'inconnues vitesse et pression définies sur le domaine global. Le temps CPU est réduit quand l'approche monolithique est utilisée à la place des procédures partagées.

Cette thèse se place dans le domaine de la modélisation et de la reconnaissance d'objets par leur apparence. Chaque objet est modélisé par une collection d'images et la reconnaissance est obtenue par l'appariement d'une nouvelle image avec une image modèle. Les images sont modélisées par des mesures sur des caractéristiques locales. Plusieurs bases de descripteurs locaux sont évaluées théoriquement et expérimentalement et la base des dérivées de Gaussiennes est sélectionnée pour ses propriétés de discriminabilité avec une description très concise et son paramétrage en orientation et en échelle. Une invariance à l'orientation de la caméra par rapport à l'objet est obtenue par un calage des dérivées sur la direction du gradient et une invariance à l'échelle est obtenue par une technique novatrice qui consiste à sélectionner en chaque point une échelle caractéristique pour décrire son voisinage. Cette échelle caractéristique correspond au maximum en échelle d'un opérateur Laplacien. Ces invariances sont validées par des expérimentations systématiques. Dans notre système, une image est décomposée en une grille de fenêtres recouvrantes puis représentée par une grille de descripteurs locaux calculés sur ces fenêtres. Cette représentation très redondante nous a permis de définir deux stratégies de reconnaissance robustes~: l'une fondée sur un vote et l'autre fondée sur une stratégie par prédiction--vérification qui consiste à découper la reconnaissance en une phase de génération d'hypothèses d'appariement pour une fenêtre suivi d'une phase de vérification de ces hypothèses sur les fenêtres voisines en incluant des contraintes de cohérence spatiale à cette vérification.

Les processus ponctuels spatiaux forment une branche de la statistique spatiale utilisée dans des domaines d'application variés (foresterie, géo-marketing, sismologie, épidémiologie...) et développée par de récents travaux théoriques. Nous nous intéressons principalement dans cette thèse à l'apport de la théorie des processus ponctuels spatiaux pour des problèmes de positionnement optimal, ainsi que pour la définition de nouveaux indices de concentration basés sur les distances en économétrie. Le problème de positionnement optimal s'écrit souvent comme un problème d'optimisation prenant en compte des données geo-référencées auxquelles peuvent être associées des caractéristiques. Pour prendre en compte l'aléa, nous considérons ces données issues d'un processus ponctuel spatial pour résoudre un problème de positionnement stochastique plus réaliste qu'un modèle déterministe. A travers l'étude du positionnement optimal d'une nouvelle caserne de pompiers dans la région toulousaine, nous développons une méthode de résolution stochastique permettant de juger de la variabilité de la solution optimale et de traiter des bases de données volumineuses. L'approche implémentée est validée par des premiers résultats théoriques sur le comportement asymptotique des solutions optimales empiriques. La convergence presque sure des solutions optimales empiriques de l'étude de cas précédente est obtenue dans un cadre i.i.d. en utilisant la théorie de Vapnik-Cervonenkis. Nous obtenons aussi la convergence presque sure des solutions optimales empiriques, dans un cadre plus général, pour un problème de positionnement dérivé du problème de transport de Monge-Kantorovich. Nous nous intéressons ensuite à des indices de concentration basés sur des distances en économétrie. Ces indices de concentration peuvent s'écrire comme des estimateurs de caractéristiques du second ordre de processus ponctuels marqués. Nous définissons ensuite un estimateur non-paramétrique d'une nouvelle caractéristique d'un processus ponctuel spatial marqué définissant ainsi un nouvel indice de concentration améliorant ceux déjà existants. Dans un cadre asymptotique avec fenêtre d'observation bornée, notre estimateur est asymptotiquement sans biais.

Le bassin versant de la Sebkha d'Oran , allongé du Nord-Est au Sud-Ouest ,forme un bassin sédimentaire sublittoral ; bordé au Nord par les massifs littoraux (Murdjadjo) et au Sud par les monts Tessalas. L'étude hydro climatologique confirme un climat de type seml aride. Les données de la pluviométrie, de l'évapotranspiration et du ruissellement, ont permis l'établissement d'un bilan hydrologique. La structure géologique détermine deux grands ensembles: - un substratum ante-synchro-nappe affleurant dans Ies zones hautes. - un remplissage néogène dans le bassin. Les calcaires messiniens constituent le meilleur réservoir hydrogéologique de la région. La corrélation des forages nous a permis de confirmer l'absence de leur continuité sous la sebkha. Dans la plaine de Mleta ceci a été confirmé par des sondages électriques. L'étude piézométrique de la nappe alluviale révèle une importante sédimentation par les calcaires messiniens au Nord de la sebkha et une alimentation par les cônes de déjection des oueds dans la Mleta.L'écoulement de la nappe se fait globalement en direction de la sebkha. L' interprétation des résultats des essais de pompage a permis de déterminer partiellement les caractéristiques hydrodynamiques de certains aquifères. L'étude physico-chimique des eaux de la nappe entre Oran et Boutlelis permet une bonne distinction entre les eaux peu minéralisées, à faciès bicarbonaté calcique ou magnesien des calcaires et les eaux très minéralisées, à faciès chloruré soidique des alluvions . L'étude des sources indique la forte in fluence des évaporites dans les Tessalas. Les analyses de teneur en Tritium des eaux de certaines sources nous ont renseigné sur leur mode de circulation. Les mécanismes contrôlant la salinisation du bassin versant ont été détaillés; il en ressort que la sebkha n'est pas à l'origine de cette salinisation mais en serait plutôt la conséquence.

Mes travaux de thèse s'inscrivent dans le cadre du projet ANR GRAPHEM1 (Graphemebased Retrieval and Analysis for PaleograpHic Expertise of Middle Age Manuscripts). Ilsprésentent une contribution méthodologique applicable à l'analyse automatique des écrituresanciennes pour assister les experts en paléographie dans le délicat travail d'étude et dedéchiffrage des écritures.L'objectif principal est de contribuer à une instrumetation du corpus des manuscritsmédiévaux détenus par l'Institut de Recherche en Histoire des Textes (IRHT - Paris) en aidantles paléographes spécialisés dans ce domaine dans leur travail de compréhension de l'évolutiondes formes de l'écriture par la mise en place de méthodes efficaces d'accès au contenu desmanuscrits reposant sur une analyse fine des formes décrites sous la formes de petits fragments(les graphèmes). Dans mes travaux de doctorats, j'ai choisi d'étudier la dynamique del'élément le plus basique de l'écriture appelé le ductus2 et qui d'après les paléographes apportebeaucoup d'informations sur le style d'écriture et l'époque d'élaboration du manuscrit.Mes contributions majeures se situent à deux niveaux : une première étape de prétraitementdes images fortement dégradées assurant une décomposition optimale des formes en graphèmescontenant l'information du ductus. Pour cette étape de décomposition des manuscrits, nousavons procédé à la mise en place d'une méthodologie complète de suivi de traits à partir del'extraction d'un squelette obtenu à partir de procédures de rehaussement de contraste et dediffusion de gradients. Le suivi complet du tracé a été obtenu à partir de l'application des règlesfondamentales d'exécution des traits d'écriture, enseignées aux copistes du Moyen Age. Il s'agitd'information de dynamique de formation des traits portant essentiellement sur des indicationsde directions privilégiées.Dans une seconde étape, nous avons cherché à caractériser ces graphèmes par desdescripteurs de formes visuelles compréhensibles à la fois par les paléographes et lesinformaticiens et garantissant une représentation la plus complète possible de l'écriture d'unpoint de vue géométrique et morphologique. A partir de cette caractérisation, nous avonsproposé une approche de clustering assurant un regroupement des graphèmes en classeshomogènes par l'utilisation d'un algorithme de classification non-supervisé basée sur lacoloration de graphe. Le résultat du clustering des graphèmes a conduit à la formation dedictionnaires de formes caractérisant de manière individuelle et discriminante chaque manuscrittraité. Nous avons également étudié la puissance discriminatoire de ces descripteurs afin d'obtenir la meilleure représentation d'un manuscrit en dictionnaire de formes. Cette étude a étéfaite en exploitant les algorithmes génétiques par leur capacité à produire de bonne sélection decaractéristiques.L'ensemble de ces contributions a été testé à partir d'une application CBIR sur trois bases demanuscrits dont deux médiévales (manuscrits de la base d'Oxford et manuscrits de l'IRHT, baseprincipale du projet), et une base comprenant de manuscrits contemporains utilisée lors de lacompétition d'identification de scripteurs d'ICDAR 2011. L'exploitation de notre méthode dedescription et de classification a été faite sur une base contemporaine afin de positionner notrecontribution par rapport aux autres travaux relevant du domaine de l'identification d'écritures etétudier son pouvoir de généralisation à d'autres types de documents. Les résultats trèsencourageants que nous avons obtenus sur les bases médiévales et la base contemporaine, ontmontré la robustesse de notre approche aux variations de formes et de styles et son caractèrerésolument généralisable à tout type de documents écrits.

L'estimation de la pose du corps humain ou son suivi grâce à la vision par ordinateur se heurte à la diffi culté d'explorer un espace de grande dimension. Les approches par apprentissage et particulièrement celles qui font appel aux régressions vers des espaces de dimension réduits comme les LLE [RS00] ou les GPLVM [Law03] permettent de résoudre cette diffi culté dans le cas de gestes cycliques [UFF06] sans parvenir à généraliser le suivi pour des poses quelconques. D'autres techniques procèdent directement par la comparaison de l'image test avec une base d'apprentissage. Dans cet esprit, le PSH [SVD03] permet d'identi fier rapidement un ensemble de poses similaires dans une grande base de données. Cependant, même en intégrant des techniques d'extrapolation qui permettent de générer d'autres poses à partir de celles apprises, les approches uniquement basées sur l'apprentissage ne parviennent généralement pas à couvrir de façon assez dense l'espace des poses [TSDD06]. D'autres voies consistent à mettre en oeuvre une méthode déterministe ou stochastique. Les méthodes déterministes [PF03] fournissent souvent une solution sous-optimale en restant piégées sur un optimum local du fait des ambiguïtés issues de la vision monoculaire. Les approches stochastiques tentent d'explorer la probabilité a posteriori mais là encore, la grande dimension de l'espace des poses, notamment dans le cas des méthodes à base de simulation par échantillonnage, exige de multiplier le nombre des tirages a n d'avoir une chance d'explorer le mode dominant. Une solution intéressante consiste à utiliser un modèle de corps à membres indépendants [SBR+04] pour restreindre l'exploration aux sous espaces dé nis par les paramètres de chacun des membres. L'infl uence d'un membre sur les autres s'exprime grâce à la propagation des croyances [KFL01] pour fournir une solution cohérente. Dans ce travail de thèse, cette dernière solution est retenue en l'associant au fi ltre à particules pour générer un espace discret où s'e ectue la propagation des croyances [BCMC06]. Ce procédé est préférable à la modélisation paramétrique des messages par un échantillonneur de Gibbs, un procédé coûteux en ressources dérivé de l'algorithme PAMPAS [Isa03]. Parallèlement à cette solution, le développement d'un suivi robuste du haut du corps, même en 2D [NB07b], exige une fusion de plusieurs indices extraits de l'image. La vraisemblance des hypothèses émises vis-à-vis de l'image est évaluée à partir d'indices tirés des gradients et de la couleur combinés avec une soustraction de fond [NB06] et une détection du mouvement. L'interprétation de la profondeur pour le passage en 3D constitue une di fficulté majeure du suivi monoculaire. La fusion d'indices évoquée précédemment devient insu sante pour contraindre la pose. Cependant, du fait des contraintes articulaires, l'espace réel des poses occupe un sous-espace très réduit dans l'espace théorique. Le codage de ces contraintes dans l'étape de propagation des croyances associé à la fusion d'indices permet alors d'aboutir à de bonnes performances, même dans les cas d'environnements non contraints (lumière, vêtements...) [NB07a]. Une meilleure gestion des occultations est mise en oeuvre en ajoutant un terme de compatibilité des hypothèses basé sur l'apprentissage. Avec le modèle utilisé [SBR+04], ce sont des membres indépendants plutôt que des poses complètes qui sont stockées dans la base d'apprentissage. Ceci permet d'obtenir une couverture satisfaisante de l'espace des poses avec un nombre raisonnable d'exemples appris. La propagation des croyances assure un assemblage cohérent des membres pour arriver au résultat et le processus de sélection des exemples dans la base peut-être accéléré grâce au PSH [SVD03].

Le Bassin versant du Mazafran, forme la plaine sublittorale de la Mitidja ouest. Le recouvrement Quaternaire est formé de graviers avec des intercalations de lentilles argileuses. Le substratum imperméable est formé de marnes bleues plaisanciennes, de marnes miocènes ou de marno-calcaires crétacés. On distingue deux réservoirs aquifères. Le réservoir Astien gréseux et le réservoir alluvionnaire du Quaternaire. Le Bassin versant reçoit une tranche d'eau de 740 On distingue deux réservoirs aquifères. Le réservoir Astien gréseux et le réservoir alluvionnaire du Quaternaire. Le bassin versant reçoit une tranche d'eau de 740 mm par an, soit un volume moyen de 1,4 milliards de m3 dont seulement 1,4 % contribuent à la recharge souterraine. L'étude hydrodynamique montre que l'écoulement général des eaux de la nappe se fait du Sud vers le Nord, l'interprétation des essais de pompage a permis de déterminer les caractéristiques hydrodynamiques. L'eau la plus probable que l'on puisse rencontrer dans le réservoir alluvial a un faciès bicarbonate calcique, faiblement magnesien, cependant les eaux fluviales qui alimentent la partie Ouest de la plaine induisent un faciès sulfate calcique dans cette région de la nappe. Les eaux du réservoir astien, très fortement minéralisées sont bicarbonatées sodiques. Le dosage de certains éléments métalliques (Cu, Fe, Zn, Cd, Cr, Hg ...) et nutritifs (nitrates, matières organiques...) nous a révélé que le milieu aquatique et les eaux souterraines présentent localement de sérieux indices de pollution

Après avoir décrit le cadre géologique de la région d'étude située à cheval sur le bouclier ouest africain et le bassin sédimentaire côtier, sont tout d'abord, traitées les données hydroclimatologiques nécessaires à l'établissement du bilan hydrologique du bassin versant témoin du Gbangbo. Les résultats des essais de pompages effectués, ainsi que la mesure directe de la perméabilité par essais d'infiltration sur le terrain ont permis de déterminer les caractéristiques hydrodynamiques (T, S et K) de la nappe du continental terminal et des aquifères du socle métamorphique . L'interprétation de l'évolution des niveaux piézométrlques et des cartes piézométriques a permis de mettre en évidence les divers types d'écoulement et les zones d'alimentation de la nappe du continental terminal du bassin sédImentaire. L'étude hydrochimique a montré que l'acidité de l'eau de la nappe du continental terminal est due à la présence d'ions hydrogène libérés lors d'échanges entre les eaux provenant du socle cristallin et les minéraux contenus dans les assises sédimentaires pauvres en cations; le déséquilibre de la balance ionique est équilibré par ces ions hydrogènes. Les analyses des teneurs en isotopes stables et instables (Tritium et oxygène 18) ont montré que les eaux exploitées par forage au-delà de cinquante mètres de profondeur sont pour la majeure partie des eaux souterraines ne se renouvellant que très lentement.

Le Sahel des Doukkala, situé entre le périmètre d'irrigation des Doukkala et l'Océan Atlantique fait partie de la grande unité structurale appelée méséta marocaine très peu déformée durant le cycle alpin (atlasique) et qui constitue une plate-forme sub-horizontale. Le socle calédo-hercynien y est sub-tabulaire, pénéplané et recouvert par une couverture où dominent le -Trias et le Crétacé. L'étude géophysique, complétée par les sondages mécaniques a permis le tracé d'une esquisse structurale de la base des formations aquifères (Plioquaternaire et Hauterivien moyen). L'étude climatologique: pluviométrie, températures et évapotranspiration nous a permis de proposer un essai de bilan hydrologique. La piézométrie met en évidence deux directions principales d'écoulement et montre qu'il y a très peu de variations de niveau piézométrique entre les hautes et basses eaux en raison de l'infiltration d'eau d'irrigation. la thermographie a permis la confirmation des résultats obtenus par l'étude piézométrique. l'étude physico-chiaique des eaux a montré deux types de faciès chimiques dominants: chloruré sodique en bordure océanique et au N-E et bicarbonaté sodique ou calcique au Centre du Sahel. la minéralisation des eaux a pour origine la dissolution des formations encaissantes, la pollution par les engrais et le mélange avec les eaux marines. Les résultats d'interprétation des essais de pompage ont permis la détermination des caractéristiques hydrodynamiques (transmissivité et coefficient d'emmagasinement).