Les récents outils dédiés aux Sciences de l'Information Géographique s'attachent principalement à visualiser, analyser voire interpréter une information dite quantitative, c'est-à-dire issue de données cartographiques. Malgré une utilisation exponentielle voire quotidienne de ces systèmes, ces derniers ne correspondent pas à la manière dont un individu perçoit l'espace. Le mécanisme de perception spatiale est en effet dépendant de nos propres connaissances, du contexte ou de la tâche à réaliser. Il entraîne une représentation cognitive de l'environnement qui est caractérisée par une absence de formalisation des concepts manipulés. Cette représentation n'est pas une reproduction fidèle de la réalité, mais un assemblage d'objets aux formes et aux échelles exagérées qui est structuré par des relations spatiales approximatives. Ce travail est né du paradoxe suivant : comment peut-on utiliser des systèmes informatiques dont les fondements reposent sur des données quantitatives, alors que la perception de l'espace et son expression par le langage naturel sont par définition absentes de toute formalisation, et ainsi très éloignées de la précision métrique recherchée par les outils géo-informatiques actuels ? L'objectif de cette thèse consiste à associer une représentation cognitive issue de la perception d'un environnement naturel, aux données quantitatives provenant d'une base de données géographiques. Le scénario associé à cette approche s'attache à identifier les positions géographiques d'un individu à partir de la description de ses environs : un randonneur ou un pêcheur perdu ne disposant pas d'outil de géo-positionnement, décrit de manière spontanée son environnement à un interlocuteur qui s'appuie sur les propositions d'un système informatique pour le localiser. Une modélisation de la description linguistique puis de la scène environnementale perçue est proposée. Cette "carte conceptuelle" est contrainte par quatre espaces de proximité et deux à quatre cônes directionnels qui ordonnent et orientent les objets perçus par rapport à la position fixe de l'individu. Une telle représentation ne permet cependant pas de distinguer les entités saillantes, des entités ne favorisant pas le géo-positionnement de l'observateur. Nous avons donc proposé deux critères de saillance linguistique et spatiale fondés sur un algorithme de renforcement mutuel. Les positions géographiques possibles de l'individu sont alors calculées à partir de l'interprétation de la configuration spatiale fournie par la carte conceptuelle. Les zones de visibilité des objets perçus sont calculées puis les relations spatiales sont interprétées sous la forme de contraintes spatiales. Chaque nouvelle contrainte réduit au fur et à mesure l'espace solution, et le résultat exploitable pour lancer les opérations de recherche de l'individu est fourni par l'intersection des différentes régions.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Résumé / Abstract

Outils miniaturisés, polyvalents et sensibles, les biopuces constituent un type d'instrument très prometteur pour la recherche de vie dans le Système solaire. Elles peuvent en effet détecter une grande variété de molécules organiques, ainsi que des bactéries, avec un haut degré de spécificité et de sensibilité. Les biopuces sont actuellement très usitées dans les domaines médical et environnemental, mais aucun instrument à base de biopuce n'a encore été conçu dans le cadre d'une mission spatiale. Pour adapter un tel instrument à ce nouvel environnement, il est nécessaire d'effectuer une étude approfondie de l'impact des contraintes spatiales sur l'ensemble de ses composants.<br /><br />Cette thèse s'insère dans le projet BiOMAS (Biochip for Organic Matter Analysis in Space), financé par le CNES, qui vise à développer une biopuce dédiée au spatial. Le principal objectif de la thèse est d'évaluer la résistance des composants de cette biopuce face aux diverses contraintes spatiales.<br />Dans un premier temps, nous avons étudié la résistance de la lame de la biopuce, c'est-à-dire le support solide de l'instrument. Plusieurs types de matériaux (verre, thermoplatiques, élastomère) ont été comparés en termes de dégazage, résistance aux solvants organiques et comportement thermique et mécanique, afin d'identifier celui qui répond le mieux au cahier des charges que nous avons établi. Parmi les différents candidats testés, le CycloOléfine Copolymère (COC) s'impose comme le meilleur matériau pour la réalisation d'une biopuce spatiale. <br />Dans un second temps, des études de résistance aux contraintes spatiales ont été menées pour la première fois sur des anticorps (qui servent de sondes de reconnaissance dans les biopuces). L'objectif est de déterminer l'évolution de leur comportement lors de cycles thermiques et sous divers types d'irradiations. Nous avons mis en place un outil de simulation performant, sur la base de l'outil Geant 4 du CERN, qui nous a permis de déterminer le type de particules ainsi que les gammes d'énergies pertinentes pour les expériences d'irradiation. Deux campagnes d'irradiation ont été menées sur la plateforme AIFIRA du CENBG à Bordeaux. Nous avons notamment démontré la bonne résistance des anticorps face à des flux de neutrons de faibles énergies.<br /><br />Ce travail de thèse, fortement pluridisciplinaire, a nécessité la mise en place de nombreuses collaborations complémentaires entre des planétologues, des biochimistes, des physiciens nucléaires et des experts en matériaux. Les résultats que nous avons obtenus sont d'une importance capitale pour la réalisation d'une biopuce spatiale opérationnelle et fiable.

L'objet de cette thèse est la modélisation de l'hétérogénéité souterraine. Pour ce faire, nous avons adapté l'approche de simulation multipoints (MP) qui reproduit et conditionne des formes géométriques complexes fournies par des modèles génétiques non conditionnels. Initialement, l'approche MP n'était applicable que moyennant l'hypothèse d'une certaine stationnarité spatiale de l'hétérogénéité. Pour étendre l'approche MP au cas non stationnaire, deux algorithmes ont paru dans la littérature : le modèle Tau et l'algorithme de classement. Les deux révèlent des artefacts géométriques sans pour autant restituer les contraintes non stationnaires. Dans ce travail, nous avons proposé un nouvel algorithme de simulation MP non stationnaire. Il évite des inconvénients des algorithmes existants et intègre des contraintes spatiales continues. Les résultats expérimentaux montrent aussi que notre algorithme a un domaine d'applicabilité bien plus vaste que ceux existants.

Dans des environnements de réalité virtuelle, les relations spatiales entre les objets transmettent les connaissances fondamentales sur l'environnement, par exemple la direction (« à gauche », « à droite »), la distance (« proche », « loin »), la topologie (« disjoint », « en contact »), et la projection (« entre », « entourée par »). La modélisation des relations spatiales est essentielle dans une grande variété d'applications de réalité virtuelle, tel que des environnements d'apprentissage humain, des musées virtuels, des systèmes d'aides à la navigation. Cependant, les relations spatiales ont été considérées comme des informations abstraites et donc, difficiles à spécifier. Afin d'aborder cette question, cette thèse propose une approche pour modéliser les relations spatiales entre les objets virtuels dans des environnements de réalité virtuelle. Nous formalisons un modèle formel des relations spatiales dédié aux environnements de réalité virtuelle. Ensuite, nous proposons un langage et un cadre pour spécifier les relations spatiales à un niveau conceptuel. Enfin, nous appliquons notre modèle pour spécifier les relations spatiales dans deux applications réelles : TPPhysique – un environnement d'apprentissage humain des exercices de physiques, et BrestCoz – une application pour visiter le port de Brest au 18ème siècle. Nous montrons que le langage proposé est une base pertinente pour spécifier des contraintes spatiales liées aux activités des agents et des utilisateurs dans les environnements de réalité virtuelle. / Within Virtual Reality Environments (VREs), spatial relationships among objects convey fundamental knowledge about the environment, namely direction ("left", "right", "front of"), distance ("near", "far"), topology ("inside", "disjoint"), and projection ("between", "surrounded by"). Modelling spatial relationships is critical in a variety of applications of VREs, such as human learning environments, virtual museums, or navigation-aids systems. However, spatial relationships have been considered as abstract information and thus, difficult to specify. Addressing this issue, this thesis proposes an approach to model spatial relationships among virtual objects in VREs. First, we formalise a formal model of spatial relationships dedicated to VREs. Second, we provide a language and a framework to specify spatial relationships at a conceptual level. Finally, we apply our model to specify spatial relations in two real applications: Virtual Physics Laboratory -- a VRE for learning physics, and BrestCoz -- an application for visiting Brest harbour in the 18th century. We claim that the proposed language is a relevant basis to specify spatial constraints related to activities of agents and users within VREs.

La gestion de l'environnement et des ressources disponibles nécessite de caractériser l'état de la végétation. Les modèles agronomiques simulent le fonctionnement du couvert à partir du climat, des pratiques culturales et des propriétés de la plante et du sol. Le projet ADAM, dans lequel s'inscrit cette thèse, a pour objectif de combiner les données de télédétection avec l'information fournie par les modèles agronomiques afin de participer au raisonnement des cultures et à l'évaluation de l'environnement. Sur un modèle d'étude, nous avons proposé une approche originale d'assimilation simultanée sur une scène, en imposant des contraintes sur les paramètres en fonction de leur variabilité au niveau du pixel, de la parcelle, de la variété. . . La taille de l'espace de contrôle est ainsi diminuée par rapport à un problème résolu pixel par pixel et qui se trouve être mal posé lorsque l'on dispose de peu d'observations. Cette technique a permis d'améliorer fortement l'estimation des paramètres d'entrée et de réduire la fréquence temporelle d'observation. Nous avons ensuite étudié la faisabilité d'une telle méthode sur un modèle mécaniste complexe de fonctionnement de la végétation (STICS), dont la différentiation a présenté des difficultés théoriques et pratiques. En effectuant une analyse de sensibilité utilisant le modèle adjoint de STICS, nous avons pu hiérarchiser ses paramètres selon leur influence sur la croissance de la culture. Nous avons démontré la faisabilité d'une technique d'assimilation avec contraintes dans STICS, ce qui permet d'envisager de nombreuses applications dans le domaine agronomique.

Alors que la région Provence-Alpes-Côte d’Azur (PACA) a connu des oppositions fortes à l’implantation de grandes infrastructures dans des espaces naturels au début des années 1990, le développement de parcs solaires depuis le milieu des années 2000 n’a pas suscité beaucoup de réactions conflictuelles. Pour expliquer ce contraste, l’auteur dresse un inventaire des projets et des acteurs impliqués dans la filière photovoltaïque, puis documente les processus d’élaboration de six projets particuliers en étant attentif à comment l’histoire politique de la commune, les transformations du peuplement et les expériences récentes d’aménagement du territoire viennent à être prises en compte par les acteurs impliqués dans la promotion des parcs solaires. L’analyse de ces matériaux met au jour un entrelacement de phénomènes localisés de réduction du risque conflictuel qui tiennent d’abord à la manière dont s’invente la déclinaison locale d’une politique publique nationale d’encadrement de ce secteur et aux phénomènes d’apprentissage qu’elle impose aux acteurs des entreprises solaires et des collectivités locales en quête de cadre réglementaire attractif et stable. Le fort développement des parcs solaires en PACA et la faible conflictualité qui l’accompagne expriment ainsi la façon par laquelle une injonction au développement durable vient à s’actualiser dans des territoires à faible densité de population : comme un compromis social conciliant le souci de patrimonialiser les espaces et le besoin d’équipements associés à l’expérience urbaine d’une partie de cette population. / While the Provence region experienced strong opposition to the installation of large infrastructures in natural areas in the early 1990s, the development of solar plants in the mid-2000s not aroused many conflicting reactions. To explain this contrast, the author draws up an inventory of the projects and actors involved in the photovoltaic sector. Then, he documents the processes of elaboration of six particular projects, looking at the political history of the commune, the transformations of the population and the recent experiences of spatial planning are taken into account by the actors involved in the promotion of solar plants. The analysis of these materials reveals an intertwining of local phenomena of reduction conflicting risks. In first, these are the result of the local invention of the application of a national public policy of supervision of this sector and learning that is required of the actors of solar companies and local authorities in search of an attractive and stable regulatory framework. Secondly, these phenomena refer to the discussion spaces that are activated at the municipal level to adjust projects to representations of populations, whether in the office of the mayor, before the municipal council or at a public meeting. The strong development of solar plants in Provence and the low level of conflictuality observed thus express the way in which the injunction to sustainable development is actualized in territories with a low population density: as a social compromise conciliating space heritage and need for equipment due to the urban experience of part of this population.