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Exploring the concepts of long range aerial transport of microorganisms is the main motivation of this study. For this purpose we use theories and concepts of dynamical systems in the context of geophysical fluid systems. We apply powerful notions such as finite-time Lyapunov exponent (FTLE) and the associated Lagrangian coherent structures (LCS) and we attempt to provide mathematical explanations and frameworks for some applied questions which are based on realistic concerns of atmospheric transport phenomena. Accordingly, we quantify the accuracy of prediction of FTLE-LCS features and we determine the sensitivity of such predictions to forecasting parameters. In addition, we consider the spatiotemporal resolution of the operational data sets and we propose the concept of probabilistic source and destination regions which leads to the definition of stochastic FTLE fields. Moreover, we put forward the idea of using ensemble forecasting to quantify the uncertainty of the forecast results. Finally, we investigate the statistical properties of localized measurements of atmospheric microbial structure and their connections to the concept of local FTLE time-series. Results of this study would pave the way for more efficient models and management strategies for the spread of infectious diseases affecting plants, domestic animals, and humans. / Ph. D.

Depuis l'identification par Brown \& Roshko, en 1974, de structures jouant un rôle majeur dans le mélange d'un écoulement turbulent, la recherche de structures cohérentes a été un des principaux axes d'étude en mécanique des fluides.Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans cette voie.La première partie du manuscrit traite ainsi de l'identification de structures cohérentes. Elle se compose de trois chapitres abordant deux techniques d’identification. La Décomposition en mode dynamique (DMD), ainsi que des variantes généralisant son champ applicatif est présenté dans le premier chapitre. Cette méthode propose une représentation par modes spatiaux et temporels d'un ensemble de données. Une méthode pour la sélection de composantes particulièrement représentatives de la dynamique, i.e. présentant de bonnes qualités d'observabilité, se basant sur cette décomposition est également décrite dans ce chapitre.Le deuxième chapitre traite de la détection de structures cohérentes lagrangienne, par suivi de particules. Ces structures permettent d'identifier les frontières matérielles et apportent des éclaircissements sur les mécanismes du mélange au sein de l'écoulement considéré.Ces méthodes sont appliquées, dans le chapitre trois, au cas d’un écoulement incompressible affleurant une cavité ouverte.La seconde partie du manuscrit traite des questions de représentation et discrimination de données scientifiques.Une réponse à la question de la représentation de structures cohérentes a été la mise en place d'outils permettant la visualisation interactive de jeux de données scientifiques, qui dont la présentation fait l'objet du chapitre quatre. En particulier, l'utilisation d'objets tangibles, représentant les données dans le monde réel, permet une exploration plus efficace des ensembles de volumétriques de données scientifiques. La question d'une perception et discrimination efficace de données représentées, e.g. la différentiation entre deux valeurs proches, est abordée dans le cinquième chapitre. / Brown \& Roshko identify the key role, as soon as 1974, of coherent structures in the mixing of a turbulenet jet. Since, the seek for coherent structures has been a major field in fluid mechanics. This manuscript follows this path, and aims at describing algorithm to compute and explore coherent structures from fluid mechanics dataset.The first part of this manuscript is dedicated to present algorithms for the computations of coherent structures from dataset. The first chapter exposes the Dynamical Modes Decomposition, and presents improvements of the method. A criterion to estimate the observability properties of components of the state vector is also presented.The second chapter aims at describing an efficient algorithm to compute Lagrangian Coherent Structures, which are somewhat equivalent to material frontiers in fluid flows, and highlight mixing dynamics.This methods are applied, in a third chapter, to caracterize the dynamics of an open cavity flow.The second parti of this manuscript is dedicated to the representation and discrimination of scientific dataset.The fourth chapter presents metaphors for the interactive exploration of scientific and volumetric dataset. The use of tangible interfaces is investigated. The last chapter deals with the differenciation between represented data, by proposing an algorithm for the differenciation between close but different signals.

The thesis presents algorithms based on a linear algebraic solution for the identification of the parameters of the FIR system using only higher order statistics when only the output of the system corrupted by additive Gaussian noise is observed. All the traditional parametric methods of estimating the parameters of the system have been based on the 2nd order statistics of the output of the system. These methods suffer from the deficiency that they do not preserve the phase response of the system and hence cannot identify non-minimum phase systems. To circumvent this problem, higher order statistics which preserve the phase characteristics of a process and hence are able to identify a non-minimum phase system and also are insensitive to additive Gaussian noise have been used in recent years. Existing algorithms for the identification of the FIR parameters based on the higher order cumulants use the autocorrelation sequence as well and give erroneous results in the presence of additive colored Gaussian noise. This problem can be overcome by obtaining algorithms which do not utilize the 2nd order statistics. An existing relationship between the 2nd order and any Ith order cumulants is generalized to a relationship between any two arbitrary k, Ith order cumulants. This new relationship is used to obtain new algorithms for FIR system identification which use only cumulants of order > 2 and with no other restriction than the Gaussian nature of the additive noise sequence. Simulation studies are presented to demonstrate the failure of the existing algorithms when the imposed constraints on the 2nd order statistics of the additive noise are violated while the proposed algorithms perform very well and give consistent results. Recently, a new algebraic approach for parameter estimation method denoted the Linear Combination of Slices (LCS) method was proposed and was based on expressing the FIR parameters as a linear combination of the cumulant slices. The rank deficient cumulant matrix S formed in the LCS method can be expressed as a product of matrices which have a certain structure. The orthogonality property of the subspace orthogonal to S and the range space of S has been exploited to obtain a new class of algorithms for the estimation of the parameters of a FIR system. Numerical simulation studies have been carried out to demonstrate the good behaviour of the proposed algorithms. Analytical expressions for the covariance of the estimates of the FIR parameters of the different algorithms presented in the thesis have been obtained and numerical comparison has been done for specific cases. Numerical examples to demonstrate the application of the proposed algorithms for channel equalization in data communication and as an initial solution to the cumulant matching nonlinear optimization methods have been presented.

Depuis l'identification par Brown \& Roshko, en 1974, de structures jouant un rôle majeur dans le mélange d'un écoulement turbulent, la recherche de structures cohérentes a été un des principaux axes d'étude en mécanique des fluides.Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans cette voie.La première partie du manuscrit traite ainsi de l'identification de structures cohérentes. Elle se compose de trois chapitres abordant deux techniques d'identification. La Décomposition en mode dynamique (DMD), ainsi que des variantes généralisant son champ applicatif est présenté dans le premier chapitre. Cette méthode propose une représentation par modes spatiaux et temporels d'un ensemble de données. Une méthode pour la sélection de composantes particulièrement représentatives de la dynamique, i.e. présentant de bonnes qualités d'observabilité, se basant sur cette décomposition est également décrite dans ce chapitre.Le deuxième chapitre traite de la détection de structures cohérentes lagrangienne, par suivi de particules. Ces structures permettent d'identifier les frontières matérielles et apportent des éclaircissements sur les mécanismes du mélange au sein de l'écoulement considéré.Ces méthodes sont appliquées, dans le chapitre trois, au cas d'un écoulement incompressible affleurant une cavité ouverte.La seconde partie du manuscrit traite des questions de représentation et discrimination de données scientifiques.Une réponse à la question de la représentation de structures cohérentes a été la mise en place d'outils permettant la visualisation interactive de jeux de données scientifiques, qui dont la présentation fait l'objet du chapitre quatre. En particulier, l'utilisation d'objets tangibles, représentant les données dans le monde réel, permet une exploration plus efficace des ensembles de volumétriques de données scientifiques. La question d'une perception et discrimination efficace de données représentées, e.g. la différentiation entre deux valeurs proches, est abordée dans le cinquième chapitre.

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The goal of this work is to design a generally useful versioning system for the administration of different types of electronics documents, to design in detail and to implement the client part of this system (based on the client-server model). The implementation is built on .NET platform. This text also describes general approaches to versioning in different systems and shows a survey over the principles of the existing versioning systems with respect to the interaction with user.