Dans les hautes vallées alpines, on observe des conflits d'intérêts entre l'économie du ski et les objectifs de préservation de la biodiversité dans le cadre du changement climatique global. Les enjeux sont importants et la concertation en matière d'aménagement devient très difficile Nous avons cherché à développer une méthodologie et un instrument d'aide à la concertation par heuristique visuelle. L'expérimentation de cet instrument est conduite sur le territoire de la Savoie et de la Haute Savoie. Cette thèse se développe en trois temps. Le premier temps définit le contexte général du changement climatique d'un point de vue global. Nous établissons ensuite un changement d'échelle pour nous rapprocher de l'échelon local. Il s'agit d'identifier les mécanismes d'émergence des conflits d'intérêts en fonction des enjeux simultanés économie du ski/préservation de la biodiversité. Le second temps développe une méthodologie pour aider la concertation autour de ce type de conflits par simulation interactive. C'est l'approche par heuristique visuelle. Nous montrons comment, une base de données doit être conçue, pour permettre la mise en œuvre de ce concept. Nous définissons également les types d'outils qui doivent être utilisés ainsi que leurs agencements pour la construction de l'environnement de simulation. Cette partie propose également une stratégie particulière d'amélioration de l'information continue quand il apparaît un besoin d'interpolation sur un faible jeu de données. Enfin, le dernier temps développe l'expérimentation sur notre terrain d'étude.

Dans le cadre de recherches menées par l'ANDRA, qui visent à évaluer la faisabilité de créer un stockage de déchets radioactifs dans la formation argileuse du Callovo Oxfordien, cette thèse s'intéresse à deux étapes indispensables pour obtenir une image 3D du sous sol. La première étape concerne la cartographie de la géométrie de la formation. Celle-ci est déterminée à partir de temps pointés le long de profils sismiques, orientés suivant deux directions principales. Aux intersections, les valeurs enregistrées par deux profils sont différentes. Le faible nombre d'intersections ne permettant pas une étude détaillée du comportement spatial de ces différences, elles sont analysées par le biais du pseudo variogramme croisé. L'analyse variographique permet de choisir un modèle cohérent pour l'ensemble des profils. À partir de ce modèle une estimation du temps corrigée est présentée. La deuxième étape concerne l'étude de l'impédance, variable liée aux propriétés intrinsèques de la roche. Deux types de mesure sont disponibles. D'une part l'impédance sismique résultant de l'inversion géophysique de l'amplitude enregistrée le long de profils de sismique réflexion est largement étendue dans la zone d'intérêt. D'autre part, l'impédance log, résultant du produit de la densité de la roche et de la vitesse des ondes P, n'est connue uniquement dans quelques puits. Le comportement spatial bivariable, le long de la direction verticale, a permis de formuler l'hypothèse suivante : chaque mesure d'impédance est décomposée en une somme d'une variable Z (commune aux deux mesures) et d'un résidu différent pour chaque mesure. Sous certaines hypothèses supplémentaires, il est possible d'estimer la composante commune sur l'ensemble des sections sismiques. En complément à ces études, d'autres points ont été évoqués, par exemple la correspondance entre procédés géophysiques et géostatistiques, ou la prise en compte d'incertitude sur les amplitudes.

Les réservoirs fracturés occupent une part importante de la production du pétrole dans le monde (Moyen Orient, golfe du Mexique, etc.). Un facteur clé de la récupération du pétrole dans un réservoir fracturé est la compréhension de la géométrie et de la conductivité hydraulique du réseau formé par les fractures. Cette compréhension nécessite la construction d'un modèle de réservoir intégrant l'ensemble des connaissances conceptuelles et des données disponibles sur le terrain. La thèse de Sandra Jenni soutenue en janvier 2005, a permis de poser les bases d'une méthodologie permettant d'intégrer à la fois les données statiques et les données dynamiques dans un modèle de fractures. Le présent sujet de thèse constitue donc une suite naturelle des travaux de thèse de Sandra Jenni. Il a permis d'établir une nouvelle approche de génération des réseaux de failles subsismiques se basant sur une caractérisation fractale de la géométrie des réseaux de failles identifiés à partir de données sismiques ou des affleurements. Le réseau de failles obtenu peut alors être déformé de manière à caractériser l'influence des propriétés géométriques et hydrauliques des failles sur le comportement hydrodynamique du modèle de réservoir fracturé. Cette propriété permet d'effectuer le calage à l'historique de production: les positions et les propriétés hydrauliques des failles incertaines sont modifiées par un algorithme d'optimisation, permettant de réduire l'écart avec les données dynamiques observées. La cohérence géologique du modèle de failles est préservée. La mise en œuvre des différentes étapes de l'approche proposée est illustrée par différentes applications sur réservoirs synthétiques inspirés de réservoirs exploités.

L'aménagement de la pêcherie céphalopodière au Maroc est principalement axé sur la régulation des captures du poulpe (Octopus vulgaris), l'espèce prioritaire. Son potentiel exploitable est déterminé sur la base des évaluations directes à travers des campagnes de prospection scientifiques. Il s'agit de (i) fournir un estimateur de bonne qualité – sans biais et précis – de l'abondance globale, accompagné de sa variance d'estimation et des cartes de distribution du stock, (ii) suivre la dynamique spatio-temporelle du poulpe dont la connaissance est indispensable pour la gestion. Pour y parvenir : <br/>- Les propriétés spatiales de la densité du poulpe sont décrites et les conditions de stationnarité sont analysées sur une série de données historique. <br/>- Des méthodes d'estimation globale – transitives et intrinsèques – sont appliquées en tenant compte des conditions particulières des données, notamment la non-stationnarité concernant l'approche probabiliste intrinsèque et l'échantillonnage non contrôlé concernant l'approche déterministe transitive. <br/>- La stratégie d'occupation de l'espace par le poulpe est décrite à l'aide d'indicateurs géostatistiques. Elle se caractérise par un schéma de reproduction étendu sur le plateau continental et un succès du recrutement essentiellement côtier. D'importantes implications en matière de gestion sont discutées. <br/>Pour finir, ce travail est replacé dans son contexte plus global de l'aménagement de la pêcherie céphalopodière, et de la nouvelle stratégie de la pêche. De nouvelles perspectives pour l'application des techniques géostatistiques et des statistiques spatiales sont envisagées pour les évaluations de stocks, en particulier du poulpe.

La connaissance de l'étendue et de l'épaisseur du sol archéologique des villes constitue une information déterminante pour l'appréciation de l'état des connaissances scientifiques, pour l'estimation de l'intensité et du mode d'usage du sol et pour la définition de stratégies de recherche. Par ailleurs, il est nécessaire de développer des méthodes d'évaluation adaptées à la politique actuelle de patrimonialisation pour une rentabilité autant scientifique que financière.<br />La thèse vise à répondre aux questions historiques concernant les villes par l'évaluation du potentiel informatif des données disponibles aux archéologues. Elle consiste à appréhender les modalités de formation de l'espace urbain et des composantes socio-spatiales à travers les caractéristiques du sol urbain produit par les activités humaines. Les analyses ont porté notamment sur l'estimation de l'épaisseur du volume de sol urbain et son découpage en tranches fonctionnelles distinctes pour la ville de Tours et des sites de comparaison. <br />Le croisement de la vision de l'archéologue et de celle du géotechnicien permet de proposer des modèles sur la production de stratification (carte des épaisseurs du dépôt archéologique) et des méthodes pour modéliser l'hétérogénéité du dépôt. Les résultats révèlent qu'un maillage théorique de 100 mètres est satisfaisant pour saisir les variations de l'épaisseur du dépôt. Dans la dimension verticale, l'échelle d'analyse adaptée à la distinction de zones dite « homogènes » est de l'ordre de 10 – 25 cm. <br />A l'échelle d'un site, un référentiel archéologico-mécanique a été établi pour des sites de Tours et de Lyon. L'étude démontre que l'emploi du pénétromètre PANDA est en mesure d'améliorer la caractérisation du dépôt archéologique. L'élaboration d'un référentiel commun à un ensemble de sites est un enjeu à moyen terme, qui permettra la valorisation de ces avancées.

Dans un contexte d'exploration et d'exploitation pétrolières, le traitement des données acquises par sismique réflexion requiert une analyse structurale à des fins de modélisation. Cette analyse passe par une phase d'extraction des structures horizontales représentant les empilements géologiques. Les techniques actuelles nécessitent beaucoup de temps et l'attention quasi permanente d'un spécialiste pour réaliser et valider cette opération effectuée structure par structure. De plus, la quantité de données sismiques augmentant rapidement avec l'évolution des techniques d'acquisition, leur traitement représente une charge de travail de plus en plus importante. Dans cette thèse, nous nous proposons d'alléger la phase d'extraction des structures horizontales en réalisant une segmentation presque automatique de ces dernières à l'aide d'outils basés sur des techniques morphologiques et topologiques. Nous présentons également quelques applications s'appuyant sur les structures que nous avons extraites. Ces applications facilitent l'analyse des données 3D en proposant de nouvelles méthodes de calcul d'attributs sismiques à partir des données d'amplitude.

Dans cette thèse, nous proposons deux algorithmes multi-échelles pour la simulation de modèles géologiques de réservoir. Le premier algorithme relève des méthodes géostatistiques à deux points. Il s'agit d'une simulation séquentielle Gaussienne avec variable secondaire. Dans notre approche multi-échelle, la variable secondaire est supposée connue à une deuxième échelle, de résolution plus grossière. Elle représente alors la tendance ou moyenne de la variable principale. A partir d'une paramétrisation adéquate, on montre que le calage des propriétés du modèle géologique à l'échelle grossière est plus efficace que le calage de ces mêmes propriétés à l'échelle fine. Notre méthode est applicable aux variables continues et aux variables discrètes.Le deuxième algorithme est une adaptation d'un algorithme de synthèse de texture aux problèmes de réservoir. C'est un algorithme de simulation multipoints qui nécessite l'utilisation d'une image d'entrainement. Il permet de reproduire des objets géologiques de formes complexes comme des chenaux ou des réseaux de fractures. Comme tous les algorithmes multipoints, il requiert des temps de calcul important. Nous montrons alors comment l'introduction d'une échelle intermédiaire permet de diminuer ce temps de calcul et d'améliorer la reproduction des grandes structures. Nous testons deux techniques pour diminuer davantage encore le temps de calcul : le scan partiel de l'image d'entrainement ou l'organisation des informations extraites de cette même image. / In this manuscript, we propose two multiscale algorithms for the simulation of geological reservoir models.The first algorithm is based on two-points statistics methods. It is based upon the sequential Gaussian simulation with a secondary variable. In our multiscale approach, the scale of the secondary variable is considered as a second scale of coarser resolution. It represents the trend or the average of the primary variable. In the context of history-matching, it can be shown that adjusting the properties of the geological model at the coarse scale is more effective than doing the same at the fine scale provided a suitable parameterization technique is used. Our method holds for both continuous and discrete variables. The second algorithm is rooted in texture synthesis techniques developed in computer graphics and modified to cope with reservoir simulation. This is a multipoint simulation algorithm. As such, it requires the use of a training image. It permits to simulates complex geological objects like channels or networks of fractures. However, as all multipoint algorithms, it requires significant computation times. We show how the introduction of an intermediate scale reduces the computation time and improves the reproduction of large structures. We also test two techniques to further reduce the computation time: the partial scan of the training image and the preliminary organization of the information extracted from this image.

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. / The thesis is devoted to the characterization of the space-time structure of heavy rainfall events in the Cévennes-Vivarais area (France). The region is prone to catastrophic storms whose magnitude governs social and economic consequences at different space and time scales. The magnitude of an event cannot be univocally related to a probability of occurrence. The determination of the occurrence probability of storms is problematic because of their extreme character, of their complex space-time development and of the lack of rainfall data at the spatial and temporal scales of interest. We propose to adopt scale-invariant approaches in order to estimate the heavy rainfall frequency assessment. These approaches allow to extrapolate the high resolution rainfall distribution based on low resolution rainfall intensity data. The model estimation being heavily dependent of the data accuracy, the first step consists in the characterization of the error committed in the point and spatial rainfall estimated by tipping-bucket raingage networks. We then explore the extreme rainfall behavior in the region, detecting the range where extremes are scale-invariant. In this range, we present a regional Intensity-Duration-Frequency model for point rainfall maxima taking into account the heterogeneity of extremes in the region. We demonstrate that the rainfall network does not allow to detect scale-invariant properties of extreme rainfall fields, and then we adopt a semi-empirical method based on the concept of « dynamic scaling » to build regional Intensity-Duration-Area-Frequency curves. Finally, we apply this model for the determination of the severity diagrams for three significant storms in the Cévennes-Vivarais region, with the aim to identify the critical space-time scales of each event. Based on severity diagrams, we then evaluate, for the same events, the performances of a mesoscale meteorological model.

Récemment, une attention considérable a été accordée dans le monde à l'utilisation des sources d'énergie renouvelables. Parmi celles-ci, les eaux géothermales sont d'une grande importance en raison de la sécurité écologique et de l'efficacité économique de leur utilisation. La Russie possède un fort potentiel de ressources confirmées en eau géothermale, mais aujourd'hui, seule une faible proportion est utilisée. L'un des territoires les plus prometteurs pour les eaux géothermales est la République Tchétchène, qui se trouve à la 3ème place parmi les régions russes pour les réserves opérationnelles approuvées de gisements d'eaux géothermales, parmi lesquelles la plus importante est le gisement de Khankala.Le développement durable des ressources en eaux géothermales exige une approche intégrée. L'analyse géostatistique et l'estimation, ainsi que la modélisation mathématique, peuvent jouer un rôle important dans la résolution des problèmes d'exploitation des eaux géothermales. La carte structurale estimée de la couche la plus productive (la couche XIII) et une carte 3-D de la distribution de la température dans le gisement de Khankala ont été créées en utilisant le krigeage universel. Les résultats ont montré l'importance du facteur structuraltectonique et du mouvement des eaux souterraines dans la formation du régime de température du territoire. La modélisation de l'exploitation des gisements géothermiques de Khankala a permis de prévoirl’évolution de la température, de fournir des recommandations sur l'emplacement des puits d'injection et la distance entre les impacts à la couche productive, et d'explorer d'autres scénarios d'exploitation comme l'utilisation périodique de couches par doublets.Le développement de l'utilisation des eaux géothermales présente des avantages incontestables: respect de l'environnement et renouvelabilité. Afin de développer ce domaine en République Tchétchène, le soutien de l'Etat est nécessaire. L'absence d'un cadre législatif adapté et de systèmes spéciaux d'assurance pose des problèmes. L'utilisation des eaux géothermales des quatorze gisements explorés en République Tchétchène peut constituer une contribution significative à la production locale d'énergie et à la stabilité économique de la région, tout en apportant des avantages environnementaux par le remplacement partiel des combustibles traditionnels.Le travail présenté ici est une contribution au projet de station géothermique de Khankala qui a été lancé avec succès au début de 2016. La station géothermique de Khankala représente une nouvelle étape dans l'utilisation des eaux géothermales dans le Caucase du Nord car il s’agit du seul exemple russe de station géothermique avec une boucle fermée de puits de production et d'injection (“doublet”) et 100% de réinjection du fluide utilisé dans le réservoir. / Recently, considerable attention in the world is given to the use of renewable energy sources. Among them geothermal waters are of great importance due to ecological safety and economic efficiency of their use. Russia has confirmed high potential of geothermal water resources, but today only a small proportion is used. One of the most promising areas for geothermal waters is the Chechen Republic, which is at the 3rd place among the Russian regions for approved operational reserves of geothermal waters deposits, the largest of which is the Khankala deposit.Achievement of the sustainability in geothermal waters resource development requires an integrated approach and an important role in solving the problems of exploitation of thermal waters is played by geostatistical analysis and estimation, as well as mathematical modelling. The adjusted structural map of the most productive layer (layer XIII) and a 3-D map of temperature distribution within the Khankala deposit were created using universal kriging. Results approved the importance of the structural-tectonic factor and movement of groundwater in the formation of the temperature regime of the territory. Modelling of the Khankala geothermal waters deposit exploitation allowed to make prognosis of temperature changes, to provide recommendations on injection-production wells location and distance between down holes and to explore possible further exploitation scenarios such as periodic use of different layers by doublet systems.The development of geothermal waters use has undoubted advantages – environmental friendliness and renewability. In order to develop this domain in the Chechen Republic the state support is needed. Issues are the lack of a special legislative framework and special insurance systems. Use of geothermal waters of the 14 explored deposits in Chechen Republic can be a significant contribution to local energy production and economic stability of the region while bringing the environmental benefits of traditional fuels partial replacement.The present work was a contribution to the Khankala geothermal station project, which was successfully launched in the beginning of the 2016. The Khankala geothermal station represents a new stage in use of geothermal waters in the Northern Caucasus as it is the only Russian example of geothermal station with closed loop of production and injection wells (“doublet”) with 100% reinjection of used fluid back into reservoir.

Un réseau de surveillance efficace est souvent un outil utile pour surveiller et évaluer les différents états d'un écosystème spécifique. Avec les informations fournies par le réseau, les prédictions peuvent être générés en utilisant des analyses spatio-temporelles approfondies, qui peuvent ensuite aider les décideurs et les parties prenantes. Écosystèmes dominés par les humains sont très dynamique et complexe, où la plupart des variables observées ont des interactions non-linéaires mutuelles. En outre, les impacts des activités humaines sur l'écosystème sont souvent rugueux, dans de nombreux cas, ils perturbent l'équilibre écologique. Par conséquent, la surveillance d'un écosystème devient un problème complexe et il n'est pas facile de proposer un réseau de surveillance optimal en utilisant les techniques traditionnelles. Les techniques d'optimisation traditionnelles ne parviennent pas souvent à tenir compte des évolutions de la réalité associée à ces écosystèmes.Un exemple d'une telle situation se trouve à la région du delta du Mékong du Vietnam, où les gestionnaires provinciaux de l'agriculture sont concernés par les invasions régulières des cicadelles brunes (Brown Plant Hoppers - BPH), un ravageur du riz particulièrement active, à cause des maladies qu'ils véhiculent et transmettent à la les rendements de riz. / An efficient surveillance network is an invaluable tool to monitor and assess the different states of a given ecosystem. With the information collected by such a network, predictions can be generated using thorough spatio-temporal analyses, which can then support decision makers and stakeholders. Human dominated ecosystems are highly dynamic and complex , where most of the observed variables have mutual non-linear interactions. In addition, the human activities have a considerable impact on almost all ecosystems they inhabit, where they tend to disrupt the ecological balance in short period of times. The surveillance of such ecosystems by different technical solutions is complex and dynamic where designing an “optimal” surveillance network, i.e., a network that would reflect an almost realtime situation of an ecosystem. Often traditional optimization techniques fail to reflect the evolutions of the reality associated with these ecosystems.An example of such a situation, is the Mekong Delta region of Vietnam, where the provincial agricultural managers are concerned with the regular invasions of Brown Plant Hoppers (BPH), a particularly active rice pest, because of the diseases they carry and transmit to the rice yields. Their biggest concern is having a constantly accurate account of the current distribution of BPH waves, since it is the basis of establishing different prevention strategies. The time frame is short for applying these strategies: at least one week is needed between the moment where a prediction of the density of BPH can be estimated by the experts and warnings are sent to farmers and other end users and the moment where a strategy can be efficiently applied. To improve the efficiency of the system, the Vietnamese government has established a light-trap network [1] [2] that can capture multiple kinds of insects, especially BPH, and which data (the density of insects per trap) is collected and analyzed daily. Maintaining this network in a good state of operation has become an important national program of the Ministry of Agriculture and Rural Development of Vietnam since 2006. Although the current light-trap network is considered as a necessity for supporting the fight against various plant pests, it has three restrictions: (1) it misses detailed accounts on the life cycle of the BPH, (2) the network has remained stable since its initial design and has not, therefore, completely adapted to the huge changes that the ecosystem of the Mekong Delta has undergone in the recent years especially due to limitations in management, and (3) the network itself is very sparsely distributed.