Cette thèse se focalise sur le concept du radar MIMO co-localisé. L'acronyme MIMO -- pour Multiple-Input Multiple-Output -- indique l'utilisation de plusieurs émetteurs et de plusieurs récepteurs, tandis que le terme co-localisé signifie que ces éléments sont étroitement espacés. Chaque émetteur envoie une forme d'onde qui lui est propre : un radar MIMO émet donc simultanément un ensemble de signaux.Cette thèse a ainsi pour but d'établir une méthodologie permettant de générer cet ensemble de signaux, tout en respectant certaines contraintes opérationnelles. Cela nous permettra de déterminer les apports éventuels de ce radar. Nous nous sommes intéressés en particulier aux codes de phase, pour des raisons de couplage (qu'on peut traduire ici par la capacité, lors du traitement, à distinguer la position angulaire d'une cible de sa distance).La méthodologie proposée se synthétise simplement en une modélisation sous la forme d'un problème d'optimisation. Contrairement à la littérature et à des précédents résultats théoriques, nous avons décidé d'évaluer l'orthogonalité des signaux émis par le radar en différentes directions, et non l'orthogonalité des signaux élémentaires. Ce problème, plus réaliste, est malheureusement non-convexe et à grande échelle : un benchmark sur différentes méthodes d'optimisation nous a permis de constater l'efficacité des algorithmes basées sur le gradient.Optimiser cette orthogonalité sous-entend l'utilisation de filtres adaptés. Cependant, en pratique, le traitement radar s'effectue à l'aide de filtres désadaptés. Nous suggérons ainsi un problème d'optimisation jointe, permettant de générer de manière simultanée un ensemble de formes d'onde (pour le radar MIMO, entre autres) et les filtres désadaptés associés. Des simulations ont permis de montrer l'efficacité de la méthode. Celle-ci est en particulier préférable aux algorithmes cycliques habituellement utilisés. / This thesis deals with coherent MIMO radars. MIMO stands for Multiple-Input Multiple-Output, meaning that several transmitters and several receivers are used, closely-spaced in a coherent MIMO radar. Each transmitter has its own signal, providing waveform diversity. This thesis aims for defining a way to generate a set of sequences, specific for this radar, while satisfying practical constraints. It may help to determine the potential contribution of a MIMO radar. Only phase codes are concerned here, because they suffer less from the range/angle coupling effect.A simple framework is introduced, based on an optimisation problem.While literature often involves the orthogonality of the elementary signals (because of theoretical aspects), it is suggested to consider the orthogonality of signals from different directions of the surveillance space. Unfortunately, the obtained optimisation problem is non-convex and has a lot of variables. A benchmark on a simpler problem notifies us that gradient-based algorithms are surprisingly efficient.An optimisation of the correlation function corresponds to a processing with matched filters. However, in practice, mismatched filters are usually employed. A joint optimisation problem is suggested accordingly, in order to generate simultaneously a set of sequences (e.g. MIMO radar signals) and their associated mismatched filters. Obtained results are quite promising : as expected, a joint optimisation seems to perform better than a cyclic one, usually employed.

Dans le domaine du radar aéroporté, les enjeux industriels actuels sont nombreux et portent,entre autres, sur l'établissement de profils distance de cibles aériennes, terrestres et maritimes pour leur identification. Cela implique en particulier la mise en oeuvre de chaînes d'émission/réception pour des modes de fonctionnement haute résolution. Dans ce contexte, les problématiques à traiter comprennent alors la conception et l'analyse de performances de détecteurs pour des modèles de cibles étendues, la conception de formes d'ondes multi-résolutions et le développement des traitements associés, l'optimisation de formes d'onde robustes au fouillis, etc. Le travail de cette thèse, qui s'intègre dans ce cadre, se décompose en deux parties. Dans un premier temps, nous traitons la détection d'une cible dite "étendue", c'est-à-dire caractérisée par plusieurs réflecteurs élémentaires prépondérants répartis sur plusieurs cases distance non nécessairement consécutives. Ce modèle est notamment approprié lorsque la résolution en distance est suffisamment fine, et s'intègre dans les problématiques d'identification de cible. Dans ce cadre, nous étudions un test de détection fondé sur le rapport de vraisemblances généralisé (GLRT) intégrant la localisation inconnue des réflecteurs, et lorsque la perturbation est du bruit blanc gaussien. En utilisant des résultats issus des statistiques d'ordre, nous déduisons des approximations de la probabilité de fausse alarme et de la probabilité de détection. Des comparaisons numériques avec des détecteurs existants sont fournies. Dans un second temps, nous étudions une forme d'onde correspondant à un train d'impulsions contenant deux codes de phase, l'un intra impulsion et l'autre inter impulsion. Pour un modèle de cible ponctuelle et un fouillis gaussien, nous proposons de sélectionner ces codes en tenant compte de différents critères tels que la maximisation de la probabilité de détection ou encore la minimisation des lobes secondaires du signal reçu après traitement. Pour un type donné de fouillis modélisé par un processus autorégressif (AR), nous abordons le problème d'optimisation multi-objectifs en utilisant les fronts de Pareto. La modélisation AR permettant de considérer plusieurs types de fouillis à partir d'un nombre réduit de paramètres, nous étudions alors la robustesse des codes de phase optimaux à des variations de fouillis. / In the field of airborne radar, one of the current industrial stakes, among others, is the identification of a target, whether airborne, terrestrial or maritime, through the establishment of its range profile. This implies to set up a transmit/receive processing for high resolution modes. In this context, the issues to be addressed include the design and the performance analysis of detectors for extended target models, the design of multi-resolution waveforms and the associated processing, the optimization of waveforms that are robust to clutter, etc. Within this frame, the work of this thesis is twofold. The first part deals with the detection of a so-called "extended" target, i.e. which is characterized by a few main scatterers spread over several range gates not necessarily consecutive. This model is appropriate when the range resolution is thin enough and it is suited for target identification issues. In this context, we study a detection test based on the generalized likelihood test (GLRT) which includes the unknown locations of the scatterers, and when the disturbance is white Gaussian noise. By using ordered statistics, we deduce approximations of the probability of false alarm and the probability of detection. Numerical comparison with existing detectors are also provided. Secondly, we study a waveform based on a pulse train which contains two phase codes: the first one is intrapulse whereas the second one is interpulse. Assuming a point target and Gaussian clutter, we propose to select these codes taking into account several criteria such as the maximization of the probability of detection or the minimization of the sidelobes of the received signal after processing. For a given type of clutter modeled by an autoregressive (AR) process, we address this multi-objective optimization problem using the Pareto fronts. Since the AR modeling makes it possible to consider several types of clutter from a reduced number of parameters, we study the robustness of optimal phase codes to clutter variations.

L’amélioration des images sismiques peut aider à mieux contraindre l’exploration deshydrocarbures. Les ondes élastiques qui se propagent dans la Terre peuvent être classifiéescomme ondes de volume et ondes de surface. Si ces dernières sont les plus énergétiques,seules les ondes de volume sont couramment considérées comme des signaux utiles.Cependant, les ondes de surface sont utiles pour caractériser la proche sub-surface.Classiquement, les ondes de surface sont analysées dans des contextes de propriétésélastiques localement 1D.Nous proposons une modification de l’inversion des formes d’onde classique pourreconstruire des profils de propriétés 2D (la windowed-Amplitude Waveform Inversion, w-AWI). La w-AWI est spécialement robuste en ce qui concerne le choix du modèle initial.Nous appliquons la w-AWI aux données synthétiques ainsi qu’aux données réelles, montrantque cette approche permet de récupérer des propriétés 2D. / High-resolution seismic imaging is essential to improve results of hydrocarbon exploration.Elastic waves propagate in the Earth as body and surface waves, the latter being the mostenergetic ones. Body waves are preferred for exploration seismic imaging while surfacewaves are usually considered to be noise. However, it has been recognised that the nearsurface can be characterised by analysing surface waves and that such result may improvethe outcome of body-wave processing. Currently, surface waves analysis leads to retrievelocal 1D property profiles.We propose a waveform-based inversion procedure to derive 2D velocity models fromsurface waves. This method consists of a misfit functional modification of classical FullWaveform Inversion and we call it windowed-Amplitude Waveform Inversion (w-AWI). Weshow that w-AWI is robust regarding the choice of initial velocity model. We apply w-AWI tosynthetic and real data obtaining encouraging near-surface imaging results

Mes travaux de recherche s'inscrivent dans l'imagerie sismique des premiers kilomètres du sous-sol, en particulier dans le domaine pétrolier. Il s'agit de reconstruire les propriétés de la sub-surface, par exemple la vitesse de propagation des ondes de compression, à partir d'enregistrements en surface de déplacements ou de variations de la pression liés au passage d'un train d'ondes acoustiques ou élastiques. Je me suis attaché, dans ce domaine, à regarder différemment les données sismiques. Les enregistrements sismiques dépendent de la position de source et d'un ensemble de récepteurs, ainsi que du temps d'enregistrement. Ils sont couramment analysés trace par trace, par exemple pour filtrer les données ou bien pour les migrer, c'est-à-dire retrouver en profondeur les perturbations du milieu, typiquement avec des migrations de type Kirchhoff. Dans le cas de la migration dite "reverse-time migration", les points de tir sont vus comme un ensemble : l'information de tous les récepteurs est rétro-propagée depuis la surface jusqu'en profondeur, également pour retrouver les propriétés du milieu. Je propose de considérer des groupes de traces adjacentes, autour d'une fenêtre en temps, et d'examiner différents algorithmes d'imagerie sous cet aspect. L'aspect cohérence locale est justifié dans le domaine pétrolier par les acquisitions actuelles qui sont de plus en plus denses, et aussi par la notion de zone de Fresnel. La cohérence latérale des signaux sismiques est traitée sous deux angles. Le premier donne une vision très épurée : les événements localement cohérents sont décrits en 2D par la position de la trace centrale, une position dans la trace, et une pente qui indique la cohérence. Je montre qu'à partir de ce type d'approche, il est possible de retrouver les grandes longueurs d'onde du modèle de vitesse par analyse de vitesse dans le domaine migré. J'ai pu aussi établir le lien entre cette méthode d'analyse de vitesse et la tomographie de pente. Le second angle d'attaque prend en compte la signature des données sismiques, et en particulier la bande passante limitée. Les applications sont alors beaucoup plus nombreuses : migration, analyse de vitesse, sensibilité de l'image migrée par rapport au modèle de vitesse, et d'autres tâches liées au pré-traitement comme le débruitage, la prédiction des multiples, ... Dans chacun des cas, j'analyse les avantages et limitations de l'utilisation de la cohérence locale. Il s'avère que le choix du code de décomposition en événements locaux (``curvelets'', ...) est étroitement lié à l'application qui en est faite : si l'objectif est de comprimer les données sismiques, alors les curvelets ne sont pas adaptées. S'il s'agit au contraire de savoir comment l'image migrée dépend du choix du modèle de vitesse pris pour la migration, alors les curvelets ont beaucoup d'avantages. Plus particulièrement, les curvelets offrent la flexibilité de la décomposition des données, très utile pour la suppression des bruits cohérents. De plus, elles diagonalisent presque l'opérateur de démigration/migration qui donne la sensibilité de l'image migrée par rapport au choix du modèle de vitesse. Enfin, elles permettent d'exploiter l'aspect multi-échelle des données, avec des applications sur la suppression de l'aliasing. Je montre aussi qu'il est possible de développer d'autres schémas de décomposition et de reconstruction, comme par exemple les ``circlets''. Dans les perspectives de recherche, je tiens à dépasser le cadre asymptotique hautes fréquences dans lequel les curvelets trouvent un cadre naturel. Je propose en particulier une nouvelle formulation du problème d'inversion des formes d'onde (DFWI, Differential Full WaveForm Inversion). Cette méthode se veut générale pour retrouver les propriétés du sous-sol et permettre une optimisation locale, tout en s'affranchissant de la détermination d'un modèle de départ très proche de la solution. Cette idée doit être approfondie. Elle exploite la cohérence locale des données sismiques et suppose que le signal est bien échantillonné en temps et en espace. Les applications sont très nombreuses et touchent le domaine pétrolier, la géotechnique, la sismologie globale et régionale.

L'amélioration des images sismiques peut aider à mieux contraindre l'exploration deshydrocarbures. Les ondes élastiques qui se propagent dans la Terre peuvent être classifiéescomme ondes de volume et ondes de surface. Si ces dernières sont les plus énergétiques,seules les ondes de volume sont couramment considérées comme des signaux utiles.Cependant, les ondes de surface sont utiles pour caractériser la proche sub-surface.Classiquement, les ondes de surface sont analysées dans des contextes de propriétésélastiques localement 1D.Nous proposons une modification de l'inversion des formes d'onde classique pourreconstruire des profils de propriétés 2D (la windowed-Amplitude Waveform Inversion, w-AWI). La w-AWI est spécialement robuste en ce qui concerne le choix du modèle initial.Nous appliquons la w-AWI aux données synthétiques ainsi qu'aux données réelles, montrantque cette approche permet de récupérer des propriétés 2D.

Cette thèse est dédiée à l’étude de la texturation de surface du silicium cristallin (c-Si) à l’échelle nanométrique (nanotexturation) par un procédé de gravure ionique réactive en chimie SF6/O2 et en réacteur plasma à couplage capacitif à excitation radiofréquence. Ce travail a pour objectif générique l’optimisation du procédé de nanotexturation de surface en vue d’une intégration pour le traitement de la face avant de l’absorbeur de cellules photovoltaïques c-Si. A cette fin, une étude des interactions plasma-surface est menée dans le cas d’une excitation plasma par tension simple fréquence, ou par tension multifréquence générant des asymétries électriques dans le plasma (méthode des « forme d’ondes sur mesure », abrégé TVW, de l’anglais "Tailored Voltage Waveforms").L’étude se porte premièrement sur les différents mécanismes de chauffage électronique dans le plasma. Les modes de chauffage électronique dominants sont déterminés pour un plasma SF6/O2 à faible pression grâce à l’utilisation de l’excitation TVW. En contrepartie, ce mode d’excitation permet de générer des asymétries électriques variables dans le plasma, affectant ainsi le flux et l’énergie de bombardement ioniques sur l’électrode porte-substrats. Dans les conditions étudiées, l’excitation TVW permet d’élargir la gamme de conditions disponible pour la gravure (en termes de flux et d’énergie de bombardement ioniques) par rapport à une excitation simple fréquence.Deuxièmement, les interactions plasma-surface lors de la gravure du c-Si en chimie SF6/O2 sont étudiées. Une fenêtre process permettant d’obtenir une nanotexturation efficace de la surface de c-Si – à température ambiante – est identifiée. Il est ainsi possible de diminuer drastiquement la réflexion de la lumière en surface du c-Si (dans la gamme de longueurs d’ondes [250,1000nm]) : du « silicium noir » est obtenu. Les conditions de nanotexturation (flux et énergie des d’ions) sont variées expérimentalement grâce à l’excitation TVW. Un modèle phénoménologique de gravure est proposé : le rendement de gravure augmente en fonction avec l’énergie des ions, au-dessus d’un seuil de gravure d’environ 13eV. Grâce à ce modèle, il est démontré que la hauteur moyenne des nanostructures formées est directement (positivement) liée à la fluence ionique, pondérée par l’énergie de bombardement.Les propriétés optiques des surfaces nanotexturées sont ensuite étudiées. Lorsque la largeur des nanostructures est petite devant la longueur d’onde de la lumière (dans le c-Si), la surface nanotexturée agit comme une couche antireflet à gradient d’indice de réfraction : un lien direct entre la hauteur des nanostructures et la réflectance totale de la surface est déterminé. Une très faible réflectance (de l’ordre de 2% en incidence normale) dans une large gamme spectrale (approximativement [250,1000nm]) est atteinte. De plus, une forte diffusion de la lumière est engendrée lorsque la largeur des nanostructures dépasse un seuil déterminé expérimentalement. En conséquence, la lumière est plus efficacement piégée dans le c-Si, améliorant l’absorption dans la gamme [1000,1200nm].Les propriétés optiques des surfaces nanotexturées sont intéressantes pour améliorer la photogénération de charges électriques dans les cellules photovoltaïques c-Si. Cependant, les dommages induits en surface du c-Si par bombardement ionique (lors de la nanotexturation plasma) sont responsables d’une augmentation de la recombinaison des charges électriques en surface. Cet effet est atténué par l’application d’une faible énergie de bombardement ionique. Des conditions optimales de nanotexturation du c-Si par plasma SF6/O2 peuvent être obtenues par la maximisation du flux d’ions, en maintenant l’énergie de bombardement faible. Ces spécifications se révèlent antagonistes dans le cas d’une décharge plasma à couplage capacitif à excitation simple fréquence, mais le conflit peut être (en partie) levé par l’utilisation de l'excitation TVW. / This thesis is dedicated to the study of crystalline silicon (c-Si) surface texturing at the nanoscale (nanotexturing) using capacitively coupled plasma reactive ion etching (CCP-RIE). The general objective consists in tuning the nanotextured surface properties to improve light-management in c-Si solar cells through front surface texturing. To this aim, plasma-surface interactions during etching in a SF6/O2 discharge are investigated using both single-frequency excitation and Tailored Voltage Waveforms (TVWs), i.e. a multifrequency approach triggering electrical asymmetries in the plasma.To gain a full picture of the achievable processing range, the electron heating mechanisms and ion bombardment energy on the surface are first studied. An identification of the dominant electron heating mechanisms in low pressure SF6/O2 plasma is demonstrated using TVWs as an innovative probing tool. Different electrical asymmetry effects are shown to arise depending on the dominant heating mode, which therefore affects both the ion flux and bombardment energy on the etched surface. Although a complete decoupling between ion energy and flux cannot be achieved in the investigated discharge conditions, TVWs do lead to an extended playground for SF6/O2 plasma etching of c-Si surfaces in CCP-RIE.The plasma-surface interaction mechanisms during SF6/O2 plasma etching and texturing of c-Si surfaces are then investigated. A processing window to achieve nanotextured anti-reflective c-Si surfaces (“black silicon”) at room temperature is delimited. Building on the work from the first section, the ion flux and bombardment energy on the c-Si surface are varied independently in this process window. A phenomenological model (etching yield varying with the square root of the ion energy above a threshold around 13 eV) is proposed. From this model, a direct (positive) link between the energy weighted ion fluence and the nanostructure height is identified. Importantly, the final nanostructure average width is shown to also weakly depend on the instantaneous ion flux during the process.Subsequently, anti-reflection and light scattering properties of plasma nanotextured c-Si surfaces are studied. Regarding anti-reflection, when the nanostructure average width is small compared to the wavelength (in c-Si), the nanotextured surface acts as an anti-reflective graded refractive index layer and a direct link between the nanostructure average height and the reflectance can be derived. Very low reflectance (in the order of 2% at normal incidence) on a broad wavelength range (approximately [250, 1000nm]) can be achieved, and the improved anti-reflective properties extend to high angles of incidence. Additionally, strong light scattering is shown to arise when the nanostructure average width overcomes a given threshold determined experimentally. Consequently, light is more efficiently trapped in the c-Si substrate, leading to superior absorption in the range [1000, 1200nm].The aforementioned optical properties of nanotextured c-Si surfaces are of practical interest for improved light management in c-Si photovoltaic devices. However, plasma induced damages (during plasma nanotexturing), as well as enlarged surface area, are responsible for increased carrier recombination. The contribution to recombination from plasma induced defects is shown to be mitigated when ion bombardment energy is kept low. Design rules are consequently proposed: optimized conditions for c-Si nanotexturing in SF6/O2 plasma can be achieved by maximizing the ion flux while keeping ion energy low (but above the etching threshold). These requirements are conflicting in the case of a single frequency CCP discharge, but the trade-off may be (at least partly) resolved using TVWs.

L'inversion des formes d'onde (full waveform inversion, FWI) a suscité un intérêt dans le monde entier pour sa capacité à estimer de manière précise et détaillée les propriétés physiques du sous-sol. La FWI est généralement formulée sous la forme d'un problème d'ajustement des données par moindres carrés et résolus par une approche linéarisée utilisant des méthodes d'optimisation locales. Cependant, la FWI est bien connue de souffrir du problème de saut de phase rendant les résultats fortement dépendant de la qualité des modèles initiaux. L'inversion des formes d'ondes des arrivées réfléchies (reflection waveform inversion, RWI) a récemment été proposée pour atténuer ce problème en supposant une séparation d'échelle entre le modèle de vitesse lisse et le modèle de réflectivité à haut nombre d'onde. La formulation de RWI considère explicitement les ondes réfléchies afin d'extraire de ces ondes une information sur les variations lisses de vitesse des zones profondes. Cependant, la méthode néglige les ondes transmises qui contraignant les informations lisses de vitesse en proche surface.Dans cette thèse, une étude de la sensibilité en nombre d'ondes des méthodes de FWI et RWI a d'abord été revisitée dans le cadre de la tomographie en diffraction et des décompositions orthogonales. A partir de cette analyse, je propose une nouvelle méthode, à savoir l'inversion jointe des formes d'ondes transmises et réfléchies (joint full waveform inversion, JFWI). La méthode propose une formulation unifiée pour combiner la FWI des transmissions et la RWI pour les réflexions, donnant naturellement une sensibilité commune aux petits nombres d'onde venant des arrivées grand-angle et réfléchies. Les composantes à hauts nombres d'onde sont naturellement atténuées par la formulation. Pour satisfaire l'hypothèse de séparation d'échelle, j'utilise une paramétrisation du sous-sol basée sur la vitesse des ondes de compression et l'impédance acoustique. La complexité temporelle de cette approche est le double de la méthode de FWI classique et la requête mémoire reste la même.Une procédure d'inversion est ensuite proposée, permettant d'estimer alternativement le modèle de la vitesse du sous-sol par JFWI et l'impédance inversion de formes d'ondes réfléchies. Un exemple synthétique réaliste du modèle de Valhall est d'abord utilisé avec des données de streamer et à partir d'un modèle initial très lisse. Dans ce cadre, alors que la FWI converge vers un minimum local, la JFWI réussit à reconstruire un modèle de vitesse lisse de bonne qualité. La prise en compte des ondes tournante par la JFWI montre un fort intérêt pour la qualité de reconstruction superficielle, comparée à la méthode RWI seule. Cela se traduit ensuite par une reconstruction améliorée en profondeur. Le modèle de vitesse lisse construit par JFWI peut ensuite être considéré comme modèle initial pour la FWI classique, afin d'injecter le contenu en haut nombres d'onde tout en évitant le problème de saut de phase.Les avantages et limites de l'approche de JFWI sont ensuite étudiés dans une application sur données réelles, venant d'un profil 2D de données de fond de mer (OBC) recoupant un nuage de gaz au dessus d'un réservoir. Plusieurs modèles initiaux et stratégies d'inversion sont testés afin de minimiser le problème de saut de phase, tout en construisant des modèles de sous-sol avec une résolution suffisante. Sous réserve de mettre en œuvre des stratégies limitant le problème de saut de phase, la JFWI montre qu'elle peut produire un modèle de vitesse acceptable, injectant les bas nombres d'onde dans le modèle de vitesse. L'amélioration de l'éclairage en angles de diffraction fournie par des acquisitions 3D devrait permettre de pouvoir commencer l'inversion par JFWI à partir de modèle encore moins bien définis. / Full waveform inversion (FWI) has attracted worldwide interest for its capacity to estimate the physical properties of the subsurface in details. It is often formulated as a least-squares data-fitting procedure and routinely solved by linearized optimization methods. However, FWI is well known to suffer from cycle skipping problem making the final estimations strongly depend on the user-defined initial models. Reflection waveform inversion (RWI) is recently proposed to mitigate such cycle skipping problem by assuming a scale separation between the background velocity and high-wavenumber reflectivity. It explicitly considers reflected waves such that large-wavelength variations of deep zones can be extracted at the early stage of inversion. Yet, the large-wavelength information of the near surface carried by transmitted waves is neglected.In this thesis, the sensitivity of FWI and RWI to subsurface wavenumbers is revisited in the frame of diffraction tomography and orthogonal decompositions. Based on this analysis, I propose a new method, namely joint full waveform inversion (JFWI), which combines the transmission-oriented FWI and RWI in a unified formulation for a joint sensitivity to low wavenumbers from wide-angle arrivals and short-spread reflections. High-wavenumber components are naturally attenuated during the computation of model updates. To meet the scale separation assumption, I also use a subsurface parameterization based on compressional velocity and acoustic impedance. The temporal complexity of this approach is twice of FWI and the memory requirement is the same.An integrated workflow is then proposed to build the subsurface velocity and impedance models in an alternate way by JFWI and waveform inversion of the reflection data, respectively. In the synthetic example, JFWI is applied to a streamer seismic data set computed in the synthetic Valhall model, the large-wavelength characteristics of which are missing in the initial 1D model. While FWI converges to a local minimum, JFWI succeeds in building a reliable velocity macromodel. Compared with RWI, the involvement of diving waves in JFWI improves the reconstruction of shallow velocities, which translates into an improved imaging at greater depths. The smooth velocity model built by JFWI can be subsequently taken as the initial model for conventional FWI to inject high-wavenumber content without obvious cycle skipping problems.The main promises and limitations of the approach are also reviewed in the real-data application on the 2D OBC profile cross-cutting gas cloud.Several initial models and offset-driven strategies are tested with the aim to manage cycle skipping while building subsurface models with sufficient resolution. JFWI can produce an acceptable velocity model provided that the cycle skipping problem is mitigated and sufficient low-wavenumber content is recovered at the early stage of inversion. Improved scattering-angle illumination provided by 3D acquisitions would allow me to start from cruder initial models.

L'utilisation du LiDAR en télédétection permet une description précise de l'architecture du couvert végétal. L'objet de cette thèse est le développement des approches d'inversion de mesures LiDAR à l'aide d'une modélisation physique et statistique du signal dans le but d'estimer des propriétés biophysiques de cultures dominantes (blé, maïs) du Sud-Ouest de la France et d'un couvert forestier en Chine. Le travail a tout d'abord porté sur l'estimation du LAI et la hauteur des cultures par inversion de formes d'onde LiDAR à faible empreinte. Une base de données de simulations de formes d'onde réalistes des cultures est réalisée à l'aide du modèle de transfert radiatif (MTR) DART. L'inversion consiste à utiliser la technique de table de correspondance qui consiste à chercher la simulation la plus proche de l'observation réelle. Le travail a ensuite porté sur l'estimation du profil de LAI des arbres de la forêt. Une approche variationnelle d'estimation du profil de LAI par inversion de formes d'ondes est proposée. Elle repose sur un MTR simplifié et une technique de lissage du profil de LAI s'appuyant sur les chaines de Markov. La formulation bayésienne du problème, nous amène à une fonction de coût non-linéaire. Elle est minimisée à l'aide d'une nouvelle technique de gradient multi-échelle. Les approches développées montrent bien leurs performances en les appliquant sur des données réelles de cultures (maïs et blé) et de milieu forestier. / The use of LiDAR in remote sensing allows a precise description of the vegetation cover architecture. The aim of this thesis is the development of LiDAR data inversion approaches using physical and statistical signal modeling in order to estimate the biophysical properties of dominant crops (wheat, maize) of the South-West of France and a forest cover in China. The work firstly focused on estimating LAI and crop height by small footprint LiDAR waveforms inversion. A realistic crop waveform simulations database is performed using the Radiative Transfer Model (MTR) DART. The inversion consists in using the Look up Table technique which consists of looking for the closest simulation to the actual observation. The second inversion approach focused on LAI profile estimation of the forest trees. A variational approach to estimate LAI by waveform inversion is proposed. It relies on a simplified MTR and LAI profile smoothing technique based on Markov chains. The Bayesian formulation of the problem leads us to a non-linear cost function. It is minimized using a new multi-scale gradient technique. The developed approaches show clearly their performance by applying them to real crop data (corn and wheat) and forest.