La protection de l’image médicale numérique comporte au moins deux aspects principaux: la sécurité et l’authenticité. Afin d’assurer la sécurité, l’information doit être protégée vis-à-vis des utilisateurs non autorisés. L’authenticité permet quant à elle de s’assurer que la donnée reçue n’est pas modifiée, n’est pas altérée, et qu’elle est bien envoyée par l’expéditeur supposé. La « technique » cryptographique garantit la sécurité en faisant l’hypothèse que l’expéditeur et le destinataire ont des clés permettant respectivement de crypter et de décrypter le message. De cette manière, seule la personne possédant la bonne clé peut décrypter le message et accéder au contenu de la donnée médicale. Dans cette thèse, nous avons apporté plusieurs contributions. La principale contribution est la proposition de solutions de tatouage d'images médicales robustes et réversibles dans le domaine spatial basées respectivement sur l’analyse de concepts formels (FCA) et le diagramme de décision binaire par suppression des zéros (ZBDD). La seconde est une approche de tatouage d’image médicale semi-aveugle pour la détection de modifications malveillantes. Une autre contribution est la proposition d'un système de chiffrement symétrique sécurisé basé sur les N-grams. La dernière contribution est un système hybride de tatouage et de cryptographie d’image médicale qui s’appuie sur une nouvelle forme de carte chaotique (chaotic map) pour générer des clés ayant des propriétés spécifiques, et qui permet d'obtenir une meilleure efficacité, une grande robustesse et une faible complexité par rapport aux approches existantes. / The protection of digital medical image comprises at least two main aspects: security and authentication. In order to ensure the security, the information has to be protected from the unauthorized users while the authentication confirms that the received data is not affected or modified and is sent by the intended sender (watermarking). The cryptography technique proves the security issues by assuming the intended sender and intended receiver have some security aspects called keys. So, after encryption of the digital material from the sender side, the person who has the key (receiver) can decrypt and access the content of the digital material. In this thesis, we have brought several contributions. The main one is the provision of robust and reversible medical image watermarking solutions in the spatial domain based respectively on FCA and ZBDD. The second one is a semi-blind medical image watermarking approach for the tamper detection. Another contribution is the proposal of a secure symmetric encryption system based on N-gram. The last contribution is a hybrid watermarking and cryptography medical image system which focuses on a new form of chaotic map to generate keys with specific properties, and achieves better efficiency, high robustness and low complexity than the existing approaches.

Les chambres réverbérantes à brassage de modes (CRBM) utilisées dans l'industrie pour tester l'immunité ou la susceptibilité des systèmes électroniques embarqués (avion, automobile , smartphone,...) vis-à-vis des ondes électromagnétiques (EM) présentes dans leur environnement. Les CRBM doivent toutes répondre à un certain nombre de critères statistiques fixés par une norme internationale. Le critère principale étant l'obtention d'un champ statistiquement uniforme et isotrope autour de l'objet sous test. Afin améliorer et de mieux maîtriser les propriétés statistiques de ces systèmes pour des fréquences proches de leur fréquence minimale d'utilisation, nous proposons de les rendre chaotiques afin de profiter des propriétés statistiques universelles des résonances des cavités chaotiques. Nous commencerons par montrer comment rendre chaotique, par des modifications simples, des chambres réverbérantes conventionnelles, et comment étendre les prédictions de la théorie des matrices aléatoire appliquée (TMA) à l'hamiltonien effectif, permettant de décrire les systèmes chaotiques ouverts, au cas de systèmes décrits par des champs vectoriels. Ensuite, nous comparerons, au moyen de simulations et d’expériences, les distributions d'intensité et les fluctuations des maxima du champ EM dans une CRBM conventionnelle et dans une CR chaotique au voisinage de la fréquence minimale d’utilisation. Ce travail illustre que les propriétés statistiques spectrales et spatiales universelles des CR chaotiques permettent de mieux répondre aux critères exigés par la norme internationale pour réaliser des tests de compatibilité électromagnétiques. / Mode-stirred reverberation chambers (RC) are used in the industry to test the immunity or the susceptibility of on-board electronic systems (plane, automobile, smartphone) towards the electromagnetic waves present in their environment. Mode-stirred RCs have to comply with a number of statistical criteria fixed by international standards. The chief criterion relies on a statistically uniform and isotropic field around the object under test. In order to improve and master the statistical properties of these systems for frequencies close to their lowest useable frequency, we suggest making them chaotic to take advantage of universal statistical properties of the resonances of chaotic cavities. We first show how to make chaotic RCs by simple modifications of a conventional RC and how to extend the predictions of the random matrix theory applied to the effective hamiltonien describing the open chaotic systems, to the case of vectorial fields. Then, we compare, by means of simulations and experiments, the distributions of intensity and the fluctuations of the maxima of the field in a conventional RC and in a chaotic RC close to the lowest useable frequency. This work illustrates that the universal spectral and spatial statistical properties of chaotic RCs allow to better comply with the criteria required by the international standards.

Les particules soumises à un écoulement peuvent manifester des orientations préférées et une variété de déformations en fonction de leur géométrie et élasticité et du champ de vitesse de l'écoulement. A l’inverse, les flux peuvent être modifiés lorsque les contraintes des particules sont non négligeables. Cette thèse présente des résultats théoriques et numériques sur cette relation bilatérale en deux parties. La Ière partie commence par une analyse de stabilité et des simulations numériques qui montrent une particule brownienne semi-flexible dans un écoulement élongationnel effectuant un retournement, un phénomène associé aux flux de cisaillement. Le Chap. 2 étend les outils analytiques dédiés aux modèles simples ou aux flux indépendante du temps pour les modèles perle-barre-bond généraux dans les flux aléatoires. En partant des résultats des chapitres précédents, Le Chap. 3 aboutit à l'étude d'un degré de liberté lagrangien inexploré dans un écoulement turbulent : la flexion. Une particule semi-flexible courbe différemment dans les flux aléatoires bidimensionnels et tridimensionnels. La IIème partie concerne la turbulence élastique, un régime chaotique créé dans un écoulement de faibles forces inertielles par l'ajout de polymères élastiques. Le Chap. 4 estime le nombre de degrés de liberté d'une solution de ce régime via la dimension Lyapunov de l'attracteur du modèle Oldroyd-B bidimensionnel, un modèle connu de reproduire la turbulence élastique dans les simulations numériques. Le Chap. 5 pose des questions sur la nécessité d'élasticité pour produire un régime chaotique et conclut qu'une solution de polymère de barres peut créer un régime comparable à la turbulence élastique. / Particles, when subjected into a flow, may display preferred orientations and a variety of deformations depending on their geometry and elasticity and the flow velocity field. Flows can conversely be modified when the particle stresses are sufficiently large. This thesis presents theoretical and numerical results on this two-way relationship between particles and flows in two parts. Part I starts with a stability analysis and numerical simulations that show a simple semiflexible Brownian particle in an extensional flow undergo tumbling, a phenomenon normally associated to shear flows. Chapter 2 extends analytical tools available only for elementary polymer models or for steady flows to general bead-rod-spring models in random flows. By building on the results from the previous chapters, Chap. 3 culminates with the study of an unexplored Lagrangian degree of freedom in a turbulent flow: bending. A semiflexible particle is shown to display different bending behaviours in two- and three-dimensional random flows. This prediction is confirmed via direct numerical simulations of the particle in a turbulent flow. Part II concerns “elastic turbulence", a chaotic regime created in a flow with low inertial forces by the addition of elastic polymers. Chapter 4 provides an estimate for the number of degrees of freedom of a solution of this chaotic system via the Lyapunov dimension of the attractor of the two-dimensional Oldroyd-B model, a model known to reproduce elastic turbulence in numerical simulations. Chapter 5 questions the necessity of elasticity in producing a chaotic regime and concludes that a rodlike polymer solution can create a regime similar to elastic turbulence.

L’étude des processus physiques d’un système d’upwelling est essentielle pour comprendre sa variabilité actuelle et ses changements passés et futurs. Cette thèse présente une étude interdisciplinaire du système d’upwelling côtier à partir de différentes données acquises par satellite, l’accent étant mis principalement sur le système d’upwelling d’Afrique du Nord-Ouest (NWA). Cette étude interdisciplinaire aborde (1) le problème de l’identification et de l’extraction automatiques du phénomène d’upwelling à partir d’observations satellitaires biologiques et physiques. (2) Une étude statistique de la variation spatio-temporelle de l’upwelling de la NWA tout au long de son extension et de ses différents indices d’upwelling. (3) Une étude des relations non linéaires entre le mélange de surface et l’activité biologique dans les régions d’upwelling. (4) études lagrangiennes de tourbillons cohérents; leurs propriétés physiques et identification automatique. (5) L’étude des transports effectués par les tourbillons lagrangiens de la NWA Upwelling et leur impact sur l’océan. / Studying physical processes of an upwelling system is essential to understand its present variability and its past and future changes. This thesis presents an interdisciplinary study of the coastal upwelling system from different satellite acquired data, with the main focus placed on the North West African (NWA) upwelling system. This interdisciplinary study covers (1) the problem of the automatic identification and extraction of the upwelling phenomenon from biological and physical satellite observations. (2) A statistical study of the spatio-temporal variation of the NWA upwelling throughout its extension and different upwelling indices. (3) A Study of the nonlinear relationships between the surface mixing and biological activity in the upwelling regions. (4) Lagrangian studies of coherent eddies; their physical properties and automatic identification. (5) The study of transport made by Lagrangian eddies off the NWA Upwelling and their impact on the open ocean. [...]

En présence de désordre, la diffusion des particules peut être complètement annihilée, don- nant lieu à la fameuse localisation d'Anderson. En dimension trois, une transition de phase sépare une telle phase isolante du régime diffusif. À partir de différentes approches théo- riques et numériques, cette thèse a pour objectif de déterminer l'effet des interactions entre particules sur la localisation d'Anderson et sur la transition d'Anderson, dans le contexte expérimental des condensats de Bose-Einstein. Dans le cas unidimensionnel, la compétition entre désordre et interaction induit l'existence de trois régimes dynamiques dont les caracté- ristiques sont étudiées grâce à une approche spectrale. En nous appuyant sur le modèle du rotateur frappé quasi-périodique, nous caractérisons l'émergence du régime sub-diffusif qui tend à remplacer le régime localisé dans le cas tridimensionnel. Nous étudions également la dynamique des excitations du système et démontrons l'universalité de la transition d'An- derson vis-à-vis des quasi-particules de Bogoliubov. Dans l'objectif d'étudier la validité de l'équation de Gross-Pitaevskii, nous nous sommes enfin intéressés à une nouvelle approche, la méthode de la troncature d'Husimi. Celle-ci nous permet d'envisager une étude de la compétition entre désordre et interaction enrichie par la prise en compte du bruit quantique.

L'astérosismologie a pour but de déduire les propriétés internes des étoiles à partir de l'analyse de leurs fréquences d'oscillation. Cette analyse peut-être grandement facilitée par des informations a priori sur la structure du spectre d'oscillation, telles que celles que l'on peut obtenir par une formule asymptotique. Jusqu'à maintenant, une telle formule asymptotique n'était disponible que pour les étoiles à symétrie sphérique. Or pour une étoile en rotation rapide, la force centrifuge aplatit l'étoile, et la formule asymptotique n'est plus valable. Pourtant, les étoiles pulsantes en rotation rapide sont communes parmi les étoiles massives et de masse intermédiaire de la séquence principale, et un grand nombre d'entre elles sont observées par les missions spatiales dédiées à l'astérosismologie comme CoRoT et Kepler. Dans le cas des modes d'oscillation de pression, la limite asymptotique des rayons acoustiques peut-être décrite par un système dynamique Hamiltonien. Ce système passe, lorsque l'on augmente la vitesse de rotation d'un modèle d'étoile, d'un système intégrable à un système mixte, ou des régions stables et chaotiques coexistent dans l'espace des phases. Dans cette thèse, nous montrons comment obtenir des formules semi-analytiques prédisant des espacements réguliers de fréquences dans le spectre des modes de pression d'étoiles en rotation rapide, en utilisant la théorie des rayons ainsi que les méthodes du chaos quantique. Ces formules relient les espacements réguliers de fréquences d'oscillations aux quantités physiques internes des étoiles, ce qui fournit un nouvel outil théorique pour l'astérosismologie des étoiles en rotation rapide.

Durant mon parcours en tant que Maître de Conférences depuis 2005, mes diverses activités de recherche se sont situées dans le domaine de la mécanique des fluides et des transferts. Si l'approche dominante dans mes recherches est la modélisation et la simulation numérique, dans les cas où l'expérimentation s'avère l'approche la plus pertinente, je m'associe à mes collègues expérimentateurs pour mener à bien des études. En effet, dans ma démarche de chercheur, j'ai toujours souhaité contribuer à résoudre des problèmes scientifiques et technologiques issus pour la plupart de préoccupations industrielles ou se situant directement en amont de celles-ci. La principale thématique que j'ai abordée est celle du mélange laminaire. Que ce soit pour l'agitation chaotique ou pour l'émulsification, j'essaye, à travers mes travaux, de promouvoir ce mode de mélange sobre, afin d'encourager son usage industriel. L'étude du mélange d'un ou de plusieurs fluides avec ou sans transfert de chaleur est toujours d'un grand intérêt pour les industriels, surtout lorsqu'il s'agit de fluides très visqueux et/ou très délicats pour lesquels les méthodes classiques de mélange turbulent peuvent s'avérer coûteuses en énergie et/ou destructrices des propriétés physiques de ces fluides, ou tout simplement inefficaces. Le mélange par advection chaotique a montré son efficacité pour le mélange d'un champ scalaire (concentration, température) pour des fluides très visqueux ou en micro-fluidique. En effet, il est possible à partir d'un écoulement simple d'obtenir des trajectoires lagrangiennes complexes, en apportant une modulation temporelle adéquate, par exemple. Nous nous sommes intéressé au mélange thermique (à l'échelle macroscopique) au sein d'un fluide très visqueux à grand nombre de Prandtl. Afin de contribuer à l'optimisation de ce procédé, nous avons modélisé l'écoulement instationnaire dans d'un mélangeur type et nous avons révélé les différents mécanismes de mélange thermique qui interviennent pour des fluides newtoniens ou non, avec ou sans thermodépendance. En outre, j'entreprends le développement d'un solveur numérique de mécanique des fluides qui résout les équations tridimensionnelles (3D) de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie. Ce code, que j'ai baptisé Tamaris, utilise la méthode des volumes finis non structurés à maillage hybride pouvant contenir différents types de cellules de calcul (hexaèdres, tétraèdres, prismes et pyramides), ce qui permet une grande flexibilité pour les géométries étudiées. Ce code permet l'étude des écoulements instationnaires de fluides incompressibles newtoniens ou non newtoniens, en prenant en compte les transferts thermiques par convection forcée ou naturelle, les effets thermocapillaires, les transferts conjugués (conduction dans les solides) et les changements de phase liquide-solide. Ce code est parallèle (MPI) par décomposition de domaine sans chevauchement. Parmi les autres thématiques que j'ai abordées, il y a l'émulsification laminaire. Les études expérimentales menées ont montré qu'il est possible de réaliser des émulsions très concentrées en phase dispersée (> 90%), grâce à un procédé sobre énergétiquement, qui utilise un écoulement laminaire. Ce procédé a été intensifié, en le transposant vers un fonctionnement en continu, très souhaitable pour un usage industriel. Une autre de mes thématiques concerne les changements de phase liquide-solide, principalement en présence d'un écoulement. L'application principale concerne le contrôle de la température de parois et le transport d'énergie par chaleur latente. Aujourd'hui, ces thématiques d'émulsification laminaire et de changement de phase se rejoignent dans un nouveau projet pour la conception de nouveaux matériaux pour l'isolation thermique active. C'est en ce sens que mes projets de recherche futurs s'orientent naturellement vers la modélisation numérique des écoulements avec interfaces : écoulements diphasiques et écoulements avec changement de phase.

Mon travail de thèse est composé de deux parties bien distinctes, la première partie est consacrée à l’analysestochastique en temps discret des marches aléatoires obtuses quant à la deuxième partie, elle est liée aux probabili-tés libres. Dans la première partie, on donne une construction des intégrales stochastiques itérées par rapport à unefamille de martingales normales d-dimentionelles. Celle-ci permet d’étudier la propriété de représentation chaotiqueen temps discret et mène à une construction des opérateurs gradient et divergence sur les chaos de Wiener correspon-dant. [...] d’une EDP non linéaire alors que la deuxième est de nature combinatoire.Dans un second temps, on a revisité la description de la mesure spectrale de la partie radiale du mouvement Browniensur Gl(d,C) quand d ! +¥. Biane a démontré que cette mesure est absolument continue par rapport à la mesurede Lebesgue et que son support est compact dans R+. Notre contribution consiste à redémontrer le résultat de Bianeen partant d’une représentation intégrale de la suite des moments sur une courbe de Jordon autour de l’origine etmoyennant des outils simples de l’analyse réelle et complexe. / My PhD work is composed of two parts, the first part is dedicated to the discrete-time stochastic analysis for obtuse random walks as to the second part, it is linked to free probability. In the first part, we present a construction of the stochastic integral of predictable square-integrable processes and the associated multiple stochastic integrals ofsymmetric functions on Nn (n_1), with respect to a normal martingale.[...] In a second step, we revisited thedescription of the marginal distribution of the Brownian motion on the large-size complex linear group. Precisely, let (Z(d)t )t_0 be a Brownian motion on GL(d,C) and consider nt the limit as d !¥ of the distribution of (Z(d)t/d)⋆Z(d)t/d with respect to E×tr.

L'océan est le siège de mouvements complexes à toutes échelles spatiales et temporelles. Au sein d'une circulation moyenne et globale existe une circulation secondaire peuplée de fronts, de méandres, de jets étroits, de tourbillons, que l'on nomme circulation à mésoéchelle. L'observation spatiale permet une description et une évaluation synoptique de cette dynamique à mésoéchelle au moyen de l'altimétrie et la diffusiométrie. Cette évaluation a été le premier objectif de cette thèse et a permis de développer un produit distribué à la communauté scientifique internationale : le produit GEKCO. Cependant la description des processus submésoéchelle à plus fine résolution nécessite l'utilisation de données à super-résolution (couleur de l'eau, température de surface) qui ont la possibilité de représenter toute la complexité d'un océan en régime de turbulence pleinement développée. Une méthode à la croisée de l'océanographie physique et de la "science de la complexité" utilisant la formulation microcanonique de la cascade multiplicative, le produit GEKCO et des images de température de la mer, a fait l'objet de la seconde partie de ce manuscrit. La dynamique océanique étant la clef de voûte de tout le monde marin du vivant, la dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'impact de la circulation à mésoéchelle et à submésoéchelle sur la chaîne trophique marine en se focalisant sur ses deux extrémités. L'étude de la circulation à submésoéchelle a permis de montrer qu'elle joue un rôle prépondérant pour la biomasse marine ; un rôle d'activateur en océan ouvert et un rôle d'inhibiteur dans les systèmes d'upwelling de bord Est. Différentes études sur les trajets de prédateurs marins supérieurs ont démontré la nécessité de prendre en compte la dynamique océanique pour interpréter leur comportement de navigation.

Les itérations chaotiques, un outil issu des mathématiques discrètes, sont pour la première fois étudiées pour obtenir de la divergence et du désordre. Après avoir utilisé les mathématiques discrètes pour en déduire des situations de non convergence, ces itérations sont modélisées sous la forme d'un système dynamique et sont étudiées topologiquement dans le cadre de la théorie mathématique du chaos. Nous prouvons que leur adjectif " chaotique " a été bien choisi: ces itérations sont du chaos aux sens de Devaney, Li-Yorke, l'expansivité, l'entropie topologique et l'exposant de Lyapunov, etc. Ces propriétés ayant été établies pour une topologie autre que la topologie de l'ordre, les conséquences de ce choix sont discutées. Nous montrons alors que ces itérations chaotiques peuvent être portées telles quelles sur ordinateur, sans perte de propriétés, et qu'il est possible de contourner le problème de la finitude des ordinateurs pour obtenir des programmes aux comportements prouvés chaotiques selon Devaney, etc. Cette manière de faire est respectée pour générer un algorithme de tatouage numérique et une fonction de hachage chaotiques au sens le plus fort qui soit. A chaque fois, l'intérêt d'être dans le cadre de la théorie mathématique du chaos est justifié, les propriétés à respecter sont choisies suivant les objectifs visés, et l'objet ainsi construit est évalué. Une notion de sécurité pour la stéganographie est introduite, pour combler l'absence d'outil permettant d'estimer la résistance d'un schéma de dissimulation d'information face à certaines catégories d'attaques. Enfin, deux solutions au problème de l'agrégation sécurisée des données dans les réseaux de capteurs sans fil sont proposées.