La région de Katiola, située au centre de la Côte d’Ivoire est affectée par des variations climatiques. Cette région d’une superficie de 9452 kilomètres est à cheval sur deux bassins versants, à l’ouest le bassin du Bandama et à l’est le bassin du Comoé. Malgré le manque des ressources en eau, cette zone connaît une intense activité de mobilisation et d’utilisation des eaux : périmètres sucriers dans les localités de Tafiré, les parcelles de riz irriguées et activités pastorales à travers le département. Ce travail consiste à localiser les sites potentiels des puits et forages à l’aide de la géostatistique et de la télédétection. Des outils tel que les sondes géophysiques, permettent une compréhension des caractéristiques hydrogéologiques des formations. Une compréhension de la productivité des formations géologiques par l'étude des relevés de forages et de la télédétection peut permettre une meilleure compréhension des aquifères de ces formations. L’objectif de cette étude est de mettre en place des valeurs de référence devant servir comme outils de gestion, de surveillance et voire même d’aide à la prise de décision. Egalement rentabiliser le coût des forages en proposant le maximum d’ouvrages avec beaucoup de chance de succès et établir un lien entre les formations et la circulation de l'eau souterraine (espacement, longueur, connectivité). Cette étude nous a présenté les potentialités que regorgent les images SRTM. Leur traitement nous a permis de faire une cartographie assez détaillée des limites de bassin versant, du réseau hydrographique, et d’établir l’ordre des cours d’eau selon Strahler. Le calcul de l’Index Topographique d’Humidité montre bien la corrélation entre la topographie, les sols et la qualité des sols. Malgré l’étendue de notre zone d’étude, il a été possible de trouver une corrélation entre les indices topographiques, la répartition des champs et les caractéristiques du sol. Ces résultats nous ont permis d’avoir une nette amélioration de la classification des sols et l’occupation à partir d’image LANDSAT. Les images LANDSAT, nous ont également permis de suivre le phénomène d’eutrophisation et de disparition des plans d’eau de surface dont souffre le département. Nous avons pu établir l’ordre d’apparition des végétaux sur les plans d’eau, ceci jusqu'à la disparition totale du cours d’eau / The Katiola region, located in central Côte d'Ivoire, suffers climatic variations. This region has an area of 9,452 km². It is straddling two watersheds, the Bandama basin to the West, and the Comoé basin to the East. Despite the lack of water resources, this area is experiencing an intense mobilization and use of water: sugar stores in the localities of Tafiré, paddy fields and irrigated pastoral activities across the department. This work aims to locate potential sites for drilling wells using eostatistics and remote sensing. An understanding of the productivity of geologic formations by studying the records of boreholes and remote sensing can provide a better understanding of the aquifers in these formations. The objective of this study is also to establish benchmarks to serve as management tools, monitoring and even aid in decision making. The goal is also to make a maximum of successful drillings, and establish a link between these informations (spacing, length, connectivity) and groundwater movements. This study presents the potential of the DEM SRTM images. Their processing llowed us to make a fairly detailed mapping of the boundaries of catchments, drainage network, and establish the order of watercourses according to the Strahler classification. The calculation of the Topographic Index Humidity shows the correlation between topography, soil and soil quality. Despite the size of our study area, it was possible to find a correlation between the topographic indices, the distribution of fields and soil characteristics. These results enabled us improving soil classification and occupation from LANDSAT imagery. Using LANDSAT images, we also monitored the eutrophisation and isappearance of surficial water bodies in the department. We could follow the order of appearance of plants on the water, until the total disappearance of the watercourse

La cartographie des sols est d’une importance particulière pour bien comprendre leurs organisations, localisation, distribution spatiale, ainsi que leurs caractéristiques. Comprendre l’interrelation entre ces variables est une étape critique pour concevoir l’équilibre complexe des processus chimiques et physiques pour rendre, notamment, les écosystèmes agricoles plus productifs. Cette recherche explore le potentiel de la synergie entre les analyses au laboratoire, le GPS, les SIG et les méthodes d’interpolations déterministes (Spline et Inverse-Distance connue sous le nom IDW) et probabilistes (Krigeage ordinaire et Krigeage universel) pour cartographier les types de sols dans un environnement semi-aride. Pour atteindre nos objectifs, nous avons échantillonnés 254 points répartis de façon presque régulière en considérant toutes les classes de sols couvrant notre site d’étude.

Résumé: Tel que le notent si bien Oliver et al. (1990), la plupart des méthodes d’interpolation classiques sont basées sur les modèles des méthodes numériques différents des modèles probabilistes de variation spatiale. Les distributions des variables des données spatiales se comportent plus comme des variables aléatoires et la théorie des variables régionalisées comporte un ensemble de méthodes stochastiques pour les analyser. Le krigeage et le cokrigeage, basés sur cette théorie, expriment les variations spatiales de variables en termes de variogrammes et ils minimisent les erreurs de prédiction qui sont elles-mêmes estimées. Appliquées aux données des variables pédologiques des champs de la Station de recherches de Lennoxville, les méthodes ou techniques d’interpolation de la géostatistique: les krigeages et cokrigeages ordinaires, universels et par bloc, ainsi dénommées, sont explorées et comparées en vue d’en identifier la méthode appropriée intégrable dans un système d’information géographique, pour obtenir l’optimum de la modélisation, la présentation et celui de l’analyse spatiale. Les valeurs krigées et cokrigées des techniques choisies sont obtenues à l’aide de l’algorithme Cokri (Marcotte, 1991, 1993) et sont comparées aux valeurs initiales dont elles en sont les estimations. Des tests de similarité appliqués à ces données et résultats attestent la similarité de leurs distributions respectives. En d’autres termes, les types de krigeage et de cokrigeage examinés bénéficient de la même homogénéité des données qui est vérifiée par des outils de comparaison visuels et des traitements géostatistiques. De plus l’utilisation de ces méthodes donne des erreurs minimes proches de la réalité. Ainsi, selon la nature spécifique des données spatiales, en l’occurence les données homogènes sans structure spatiale particulière cachée, un estimateur linéaire simple ou la moyenne arithmétique de ces données, suffit pour représenter les variables étudiées.||Abstract: As Oliver et al. (1990) pointed it out so well, most of iraditional methods of interpolation are based on numerical method models as distinct from stochastic models of spatial variation. Spatially distributed data behave more like random variables, however, and regionalized variable theory provides a set of stochastic methods for analyzing them. Kriging and cokriging, based on that theory, depend on expressing spatial variation of the property in terms of variograms, and they minimize the prediction erros which are themselves estimated. Used on pedological parameters data, oridinary, universai and block krigings and cokrigings, geostatistical interpolation methods or techniques, are expiored and compared in order to identify the appropriate method which can be integrated into a Geographic Information System to provide optimum modelting, presentation and spatial analysis. Kriged and cokriged values are obtained by Cokri algorithm (Marcotte, 1991, 1993), and are compared to estimated initial data. Similarity tests applied to these data and values show that their respective distributions are similar. In othe words, the examined kriging and cokriging types perfom equally well. They ail take advantage of the data homogeneity, verified by visual comparison and geostatiatical tools or techniques, for providing doser minimum error terms. Thus, according to the special nature of spatial data, namely the homogeneous ones without a hiden particular spatial structure, a simple linear estimator, such as the data arithmetical mean, is sufficient for representing die variables under consideration.

Ce travail de thèse concerne la caractérisation de la structure spatio-temporelle des fortes précipitations dans la région Cévennes-Vivarais. La région est soumise à des événements de pluie catastrophiques dont la magnitude gouverne les conséquences à différentes échelles de temps et d'espace. La détermination de la probabilité d'occurrence des orages est problématique à cause du caractère extrême des ces événements, de leur dimension spatio-temporelle et du manque de données pluviométriques aux échelles d'intérêt. Nous proposons d'adopter des approches d'invariance d'échelles afin d'estimer la fréquence d'occurrence de ces événements. Ces approches permettent d'extrapoler la distribution de la pluie à haute résolution à partir de données d'intensité pluvieuse à plus faible résolution. La paramétrisation de ces modèles étant fortement dépendante de l'incertitude de la mesure, nous avons d'abord caractérisé l'erreur commise dans la mesure de la pluie par un réseau de pluviomètres à augets. Nous avons ensuite exploré le comportement des pluies extrêmes dans la région d'étude, identifiant les gammes d'invariance d'échelles des extrêmes. Dans cette gamme d'échelles, nous présentons un modèle régional Intensité-Durée-Fréquence qui prend en considération l'hétérogénéité spatiale des extrêmes dans la région. Étant donné que le réseau pluviométrique ne permet pas de détecter les propriétés d'invariance d'échelle spatiale des champs de pluie, nous avons adopté une méthode semi-empirique pour modéliser des intensités de pluie intégrés sur des surfaces données (pluie surfacique) sur la base du concept de la mise en échelle dynamique (" dynamic scaling "). Cette modélisation permet la construction d'un modèle régional Intensité-Durée-Fréquence-Surface. Enfin, nous avons appliqué ce modèle à la construction des diagrammes de sévérité pour trois événements marquants en région Cévennes-Vivarais, afin d'identifier les échelles spatio-temporelles critiques pour chaque événement. Grâce aux diagrammes de sévérité, nous avons pu évaluer, pour ces mêmes événements, la performance d'un modèle météorologique de méso-échelle.

Depuis près de quinze ans, l'Andra mène un important programme scientifique pour acquérir des connaissances en vue d'un éventuel stockage de déchets radioactifs en milieu géologique profond. L'outil de recherche le plus important est le laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne, implanté à 490 mètres de profondeur au cœur d'une formation d'argilites datées du Callovo-Oxfordien. Cette thèse a pour objectif de tirer le meilleur parti possible des données diagraphiques haute définition et d'optimiser leur étude pour préciser et caractériser les variations et la variabilité spatio-temporelle des argilites du site de Meuse/Haute-Marne dans une zone de 250 km2 autour du laboratoire actuel. Cette étude revient à répondre à la question " quel est le temps réellement enregistré par des sédiments ? ", une problématique qui peut avoir des applications importantes dans les mondes industriel et scientifique. L'étude des variations spatiales peut être menée à différentes échelles. Une première échelle de variabilité est donnée par les diagraphies conventionnelles, qui mettent en évidence des variations latérales d'épaisseur entre les forages Andra. Une deuxième échelle de variabilité est donnée par l'analyse détaillée d'un outil à haute résolution : le FMI®, sur lequel des alternances régulières de niveaux argileux et plus carbonatés sont clairement identifiées. Des traitements géostatistiques ont été effectués pour affiner l'étude de cette cyclicité. Trois niveaux de cyclicité ont pu être quantifiés par une analyse variographique de l'ensemble des données diagraphiques et des données FMI®. Ces dernières ont permis de distinguer les périodes les plus courtes. Une correspondance entre les périodes mises en évidence et les cycles orbitaux de Milankovitch (excentricité, obliquité et précession, dont les durées sont connues, a pu être établie. Elle constitue la première étape vers le passage à un repère géochronologique. La caractérisation des variations fines du taux de sédimentation a nécessité l'utilisation d'outils géostatistiques adaptés tels que l'analyse krigeante factorielle. L'estimation locale des périodes verticales a montré les variations fines du taux de sédimentation, repéré les niveaux condensés, et ainsi permis de quantifier ces variations et de compter le nombre exact de cycles dans un intervalle donné.<br/> Le passage à un repère géochronologique a d'abord permis d'estimer des durées et en particulier la durée d'unités biostratigraphiques dans des étages (Callovien et Oxfordien) où les durées absolues ne sont quasiment pas connues. Enfin, l'étude des variations du taux moyen de sédimentation dans un repère géochronologique a montré les évolutions verticales et latérales du taux de sédimentation à l'échelle du site de Meuse/Haute-Marne et le synchronisme de la plupart des niveaux condensés. Elle a infirmé certaines hypothèses concernant la présence de hiatus et en a validé d'autres, et dans ce cas a abouti à l'estimation de la durée de ces hiatus.

Les réseaux karstiques s'organisent de manière hiérarchique et se comportent comme des drains pour l'écoulement des fluides souterrains. Cependant seule une partie limitée de ces réseaux karstiques est généralement humainement observable, et la connaissance globale d'un système reste limitée. Les simulations géostatistiques représentent un moyen d’étudier les différentes configurations des réseaux karstiques tridimensionnels (3D) probables et ainsi de déterminer les incertitudes sur le comportement du réservoir. Établir une telle démarche nécessite de comprendre les étapes de structuration d'un karst donné à partir de déterminations karstologiques permettant d'identifier la morphogenèse des formes exo- et endokarstique et de reconstituer l'évolution spéléogénétique d'un massif (spéléogenèse épigène ou hypogène, évolution du niveau de base, etc.). Cela a permis de définir une zonation de l'occurrence de l'organisation des structures karstiques (zone vadose, épiphréatique ou phréatique). En parallèle, l'analyse quantitative de géométries et de topologies de données 3D de cavités analogues a permis de comparer les différentes structures de réseaux karstiques et de fournir une base de données quantitative de caractéristiques morphologiques de cavités en fonction de processus spéléogénétiques. Deux approches géostatistiques ont été testées pour la simulation stochastique de réseaux karstiques. Elles reposent sur l'utilisation de méthodes classiques de géostatistiques basées-pixel : la simulation séquentielle d’indicatrice (SIS) et les simulations multipoints (MPS). / Karst networks are hierarchically organized and behave as drains for underground fluid flows. However, the humanly observed karst conduits represent only a limited part of the complete karst conduit system, and overall knowledge remains limited. Geostatistical stochastic simulations represent an interesting tool to study the different three-dimensional (3D) probable configurations of karst networks and then, to determine the uncertainties on the reservoir behaviors. This approach first requires understanding the successive stages of karst structuring of a reservoir and then to numerically reconstruct the 3D organization of karst structures. From karstological determinations, it is possible to identify the morphogenesis of the exo- and endokarst forms and to reconstitute the speleogenetic evolution of a massif (epigenic or hypogenic speleogenesis, evolution of the basic level, etc.). The speleogenetic reconstitutions then make it possible to identify the successive phases of the karst system structuration (epigenic or hypogenic speleogenesis, evolution of base level, etc.). In parallel, a quantitative analysis of the geometries and the topologies performed on 3D cave surveys permits to compare the different organizations of the karst network patterns, related to speleogenetic processes. This morphometric analysis provides a quantitative database of morphological characteristics according to their speleogenetic processes. Finally, two geostatistical approaches were tested to generate karst networks. They correspond to two classical pixel-based geostatistical methods: the sequential indicator simulation (SIS) and the multipoint simulations (MPS).

Après sa découverte, les choix relatifs au développement d'un gisement se prennent sur la base de représentations incertaines du champ. En effet, sa caractérisation utilise des modèles numériques spatiaux porteurs de l'incertitude liée à la complexité du milieu souterrain. D'ordinaire, les méthodes de simulations stochastiques, qui génèrent des modèles équiprobables du sous-sol, sont supposées les quantifier. Néanmoins, ces images alternatives du champ renvoient à des tirages au sein d'un modèle probabiliste unique. Elles oublient l'incertitude relative au choix du modèle probabiliste sous-jacent, et tendent à la sous-estimer. Ce travail de recherche vise à améliorer la quantification de cette incertitude. Elle retranscrit la part de doute relative à la compréhension des propriétés du milieu sur les modèles probabilistes, et propose de l'intégrer à ce niveau. Cette thèse précise d'abord la notion d'incertitude en modélisation pétrolière, en particulier sur les modèles géologiques 3D comprenant différents faciès. Leur construction demande au préalable de définir en tout point de l'espace leur probabilité d'existence : c'est le cube de proportions. Généralement, bien que ces probabilités soient peu connues, les méthodes actuelles d'évaluation de l'incertitude sédimentaire les gardent figées. De fait, elles oublient le caractère incertain du scénario géologique et son impact sur le cube de proportions. Deux méthodes stochastiques de simulation ont été développées afin de générer des modèles équiprobables en termes de cubes de proportions. Elles intègrent la variabilité liée aux proportions de faciès, et explorent dans son ensemble un tel domaine d'incertitude. La première reste relativement attachée à la géologie. Elle intègre directement l'incertitude liée aux paramètres qui composent le scénario géologique. Elle décrit sa mise en oeuvre sur les divers paramètres du scénario géologique, qu'ils prennent la forme de signaux aux puits, de cartes ou d'hypothèses plus globales à l'échelle du réservoir. Une démarche de type Monte-Carlo échantillonne les composantes du schéma sédimentaire. Chaque tirage permet de construire un cube de proportions par l'intermédiaire d'un géomodeleur qui intègre de façon plus ou moins explicite les paramètres du scénario géologique. La méthodologie est illustrée et appliquée à un processus inédit de modélisation des dépôts carbonatés en milieu marin. La seconde revêt un caractère plus géostatistique en se concentrant davantage sur le cube de proportions. Elle vise plutôt à réconcilier les différents modèles sédimentaires possibles. Dans le modèle maillé de réservoir, elle estime la loi de distribution des proportions de faciès cellule par cellule - supposées suivrent une loi de Dirichlet, à partir de quelques modèles, construits sur la base de scénarios géologiques distincts. Elle simule alors les proportions de façon séquentielle, maille après maille, en introduisant une corrélation spatiale (variogramme) qui peut être déterministe ou probabiliste. Divers cas pratiques, composés de réservoirs synthétiques ou de champs réels, illustrent et précisent les différentes étapes de la méthode proposée.

La rapidité du changement social et des transformations économiques en Inde est responsable d'une<br />recomposition spatiale très importante du pays. Les effets de cette modernisation rapide des<br />comportements sociaux (baisse de la fécondité, baisse de l'analphabétisme...) et économiques<br />(développement du secteur tertiaire) sont cependant loin d'être uniformes. Les différences envisagées au<br />niveau des états, des régions et des districts n'ont jamais été étudiées de façon systématique à l'échelle<br />villageoise, alors que c'est le plus souvent à cette échelle que les effets de transition ou de barrières se<br />révèlent.<br />Pour pouvoir procéder à cette analyse spatiale détaillée de la modernisation du pays, nous avons mis<br />en place un système d'informations géographiques inédit, reposant sur les données du recensement de<br />1991. Nous avons ainsi pu observer la relation qu'entretiennent les 16085 villages avec les 235 unités<br />urbaines qui composent le Tamil Nadu, état situé au sud-est de l'Inde et choisi pour son relatif dynamisme<br />et son développement urbain important.<br />Après avoir montré le rôle de l'enclavement des villages (apprécié par la distance et surtout par<br />l'accessibilité à la ville) dans leur retard de développement relatif, nous avons souligné l'importance de la<br />dynamique propre des espaces ruraux (synthétisé par la taille de leur population). Enfin, le recours à la<br />géostatistique, et plus particulièrement aux indices locaux d'association spatiale (LISA), nous a permis de<br />mettre en avant la forte structuration régionale des inégalités, qui dépassent les limites administratives et<br />ajoute ses effets à ceux de la distance à la ville.

L'estimation des concentrations en hydrocarbures aromatiques polycycliques dans les sols de friches indus- trielles présente de nombreuses difficultés pratiques, liées aux propriétés des polluants et à la formation de ces sites : - prélèvement et préparation des échantillons dans des sols fortement hétérogènes, - forte variabilité à petite distance, notamment pour des terrains remaniés, - fort contraste des teneurs, compliquant l'inférence du variogramme. Actuellement, la reconnaissance est souvent guidée par l'historique du site, et la recommandation d'une reconnaissance systématique préconisée pour les estimations géostatistiques apparaît souvent excessive. En s'appuyant sur l'étude détaillée de deux anciens sites de cokeries, différentes méthodes d'estimation géostatistiques sont comparées pour l'estimation (i) des concentrations en place et (ii) de la probabilité de dépassement d'une valeur guide. De nombreuses questions pratiques ou méthodologiques sont examinées : - propriétés de différents modes de calcul du variogramme expérimental et validité des résultats ; - utilisation d'informations auxiliaires telles que l'historique de site, des relevés organoleptiques, des mesures semi-quantitatives, en vue d'améliorer la précision des estimations ; - discussion des plans d' ́echantillonnage usuels, au vu de la répartition verticale des teneurs ou de l'historique du site. La mise à disposition de mesures multiples à partir d'un même prélèvement permet d'approcher l'ordre de grandeur de l'erreur d'échantillonnage - au sens large. Des reconnaissances à petite distance montrent les difficultés d'un tri sélectif des terres en l'absence de structure spatiale. Plusieurs études de sensibilité sont menées en vue de quantifier l'apport d'une information auxiliaire dense pour l'estimation des teneurs. En se basant principalement sur des modélisations existantes, ce travail vise à fournir au praticien des recommandations pratiques pour la caractérisation de pollutions de sols.

Cette thèse vise à développer des algorithmes de simulation conditionnelle de fonctions aléatoires à lois bivariables isofactorielles, c'est-à-dire telles qu'il existe une base de fonctions (facteurs) sans corrélations spatiales croisées. Les lois isofactorielles réalisent un compromis entre deux exigences souvent difficiles à concilier: d'une part, elles forment une vaste classe de modèles et permettent de s'adapter à la description de nombreux phénomènes; d'autre part, l'inférence statistique du modèle repose sur un faible nombre de paramètres. La première partie de la thèse met en relief les limitations et les approximations commises par une technique réputée "passe-partout": l'algorithme séquentiel, qui consiste à simuler les sites de l'espace les uns après les autres dans un ordre aléatoire, en estimant en chaque site la distribution de probabilité conditionnelle de la valeur inconnue par un krigeage d'indicatrices ou par un krigeage disjonctif. La seconde partie propose des modèles nouveaux et des algorithmes adaptés à leur simulation et au conditionnement à des données expérimentales. Plusieurs outils structuraux sont introduits et étudiés pour mener l'inférence des lois bivariables, notamment le madogramme, les variogrammes d'ordre inférieur à deux et les variogrammes d'indicatrices. Les concepts et méthodes sont finalement appliqués à un ensemble de données minières (accumulations en or et argent dans un gisement chilien en veine) caractérisées par une très forte dissymétrie des histogrammes.