L'évaluation de la qualité des images médicales est essentielle pour optimiser un système d'imagerie. Dans le cadre d'approches basées sur la tâche, les modèles numériques proposés ont des limites: pour la tâche de localisation, la plupart des modèles ont besoin de la connaissance a priori des paramètres du signal; les modèles dédiés à la détection de signaux dans une image 3D se limitent aux signaux symétriques. Dans cette thèse, nous proposons de nouveaux modèles numériques: le CJO pour la détection sur une coupe d'un signal dont l'amplitude, l'orientation et la taille ne sont pas connus ; le PCJO et le msPCJO pour la détection-localisation de plusieurs signaux paramétriques d'amplitude, d'orientation, de taille et d'emplacement variables sur une coupe (PCJO) ou en 3D (msPCJO). Deux expériences ont été conçues et mises en œuvre pour la validation de nos modèles sur des images IRM présentant des lésions de SEP. Les résultats indiquent que nos modèles sont performants et prometteurs pour l'évaluation de systèmes d'imagerie.

Plusieurs machines actuellement utilisées, moteurs à combustion interne en automobile ou centrales thermiques dans l'énergie, rejettent de grandes quantités de chaleur. Généralement cette chaleur est dissipée dans l'atmosphère et son énergie perdue. Nous nous sommes donc intéressés aux moteurs à apport de chaleur externe dont l'énergie primaire est de l'énergie thermique, et plus particulièrement aux moteurs Stirling. L'une de ses principales caractéristiques est d'utiliser de la chaleur produite extérieurement comme source d'énergie. Ceci lui permet d'être multi-carburant et même d'utiliser de l'énergie thermique naturelle.L'étude menée comporte deux parties. Tout d'abord un modèle numérique zéro dimension, trois zones en temps fini a été développé. Il prend en compte les échanges thermiques aux parois et les pertes de charge, mais ne préjuge ni des dimensions moteur, ni des conditions de fonctionnement. Ceci lui permet de rester flexible pour s'adapter à l'architecture spécifique du moteur à simuler. Ensuite nous avons réalisé des mesures expérimentales sur deux moteurs de taille et puissance différentes (quelques watts et 1 kW). Ces résultats ont permis de valider le modèle. Au final nous avons obtenu un modèle numérique traduisant l'influence de paramètres dimensionnels et fonctionnels sur la puissance du moteur Stirling.Un outil d'aide à la conception de moteur Stirling a été développé en ajoutant au modèle un algorithme d'optimisation. Il permet une ébauche des caractéristiques d'un moteur Stirling. En fonction de l'application souhaitée et des contraintes s'y appliquant, il agit sur les caractéristiques choisies par l'utilisateur pour maximiser les performances.

Ce travail vise à étendre les méthodes d'analyse d'images satellitaires de crues au-delà de la détection des limites d'inondation afin d'estimer des niveaux d'eau distribués dans l'espace et d'aider la modélisation hydraulique.Inspirée des travaux de Raclot (2003) sur photographies aériennes qui fournissent des incertitudes moyennes de ±20cm, la méthode d'estimation des niveaux d'eau utilise des images satellitaires RADAR de crue et un MNT fin. Elle repose sur 1) une phase de télédétection pour cartographier l'inondation et analyser la pertinence de ses limites pour l'estimation des niveaux d'eau, 2) une phase d'analyse spatiale dans laquelle les niveaux d'eau sont estimés par croisement entre les limites pertinentes et un MNT fin, puis contraints par le schéma de circulation des eaux. Les estimations de niveaux d'eau obtenues ont une incertitude moyenne de ±38cm pour une image RADARSAT-1 d'une crue de la Moselle (France, 1997). Des travaux de validation ont permis de calculer une RMSE de l'ordre de 13cm pour une image ENVISAT de l'Alzette (Luxembourg, 2003).Pour aider la modélisation hydraulique, la démarche proposée vise à réduire le phénomène d'équifinalité grâce aux images satellitaires. Pour cela, un calage "traditionnel" à partir d'hydrogrammes observés est complété par la comparaison entre résultats du modèle et surfaces inondées ou niveaux d'eau extraits des images. Pour cerner les incertitudes du calage, des simulations Monte-Carlo ont été mises en place. En perspective, la prévision de l'évolution d'une crue après acquisition d'une image devrait bénéficier de modèles mieux contraints grâce à l'utilisation des images comme condition initiale ou donnée de calage.

L’assimilation variationnelle de données 4D-Var est une technique très utilisée en géophysique, notamment en météorologie et océanographie. Elle consiste à estimer des paramètres d’un modèle numérique direct, en minimisant une fonction de coût mesurant l’écart entre les sorties du modèle et les mesures observées. La minimisation, qui est basée sur une méthode de gradient, nécessite le calcul du modèle adjoint (produit de la transposée de la matrice jacobienne avec le vecteur dérivé de la fonction de coût aux points d’observation). Lors de la mise en œuvre de l’AD 4D-Var, il faut faire face à des problèmes d’implémentation informatique complexes, notamment concernant le modèle adjoint, la parallélisation du code et la gestion efficace de la mémoire. Afin d’aider au développement d’applications d’AD 4D-Var, le logiciel YAO qui a été développé au LOCEAN, propose de modéliser le modèle direct sous la forme d’un graphe de flot de calcul appelé graphe modulaire. Les modules représentent des unités de calcul et les arcs décrivent les transferts des données entre ces modules. YAO est doté de directives de description qui permettent à un utilisateur de décrire son modèle direct, ce qui lui permet de générer ensuite le graphe modulaire associé à ce modèle. Deux algorithmes, le premier de type propagation sur le graphe et le second de type rétropropagation sur le graphe permettent, respectivement, de calculer les sorties du modèle direct ainsi que celles de son modèle adjoint. YAO génère alors le code du modèle direct et de son adjoint. En plus, il permet d’implémenter divers scénarios pour la mise en œuvre de sessions d’assimilation.Au cours de cette thèse, un travail de recherche en informatique a été entrepris dans le cadre du logiciel YAO. Nous avons d’abord formalisé d’une manière plus générale les spécifications deYAO. Par la suite, des algorithmes permettant l’automatisation de certaines tâches importantes ont été proposés tels que la génération automatique d’un parcours “optimal” de l’ordre des calculs et la parallélisation automatique en mémoire partagée du code généré en utilisant des directives OpenMP. L’objectif à moyen terme, des résultats de cette thèse, est d’établir les bases permettant de faire évoluer YAO vers une plateforme générale et opérationnelle pour l’assimilation de données 4D-Var, capable de traiter des applications réelles et de grandes tailles. / Variational data assimilation 4D-Var is a well-known technique used in geophysics, and in particular in meteorology and oceanography. This technique consists in estimating the control parameters of a direct numerical model, by minimizing a cost function which measures the misfit between the forecast values and some actual observations. The minimization, which is based on a gradient method, requires the computation of the adjoint model (product of the transpose Jacobian matrix and the derivative vector of the cost function at the observation points). In order to perform the 4DVar technique, we have to cope with complex program implementations, in particular concerning the adjoint model, the parallelization of the code and an efficient memory management. To address these difficulties and to facilitate the implementation of 4D-Var applications, LOCEAN is developing the YAO framework. YAO proposes to represent a direct model with a computation flow graph called modular graph. Modules depict computation units and edges between modules represent data transfer. Description directives proper to YAO allow a user to describe its direct model and to generate the modular graph associated to this model. YAO contains two core algorithms. The first one is a forward propagation algorithm on the graph that computes the output of the numerical model; the second one is a back propagation algorithm on the graph that computes the adjoint model. The main advantage of the YAO framework, is that the direct and adjoint model programming codes are automatically generated once the modular graph has been conceived by the user. Moreover, YAO allows to cope with many scenarios for running different data assimilation sessions.This thesis introduces a computer science research on the YAO framework. In a first step, we have formalized in a more general way the existing YAO specifications. Then algorithms allowing the automatization of some tasks have been proposed such as the automatic generation of an “optimal” computational ordering and the automatic parallelization of the generated code on shared memory architectures using OpenMP directives. This thesis permits to lay the foundations which, at medium term, will make of YAO a general and operational platform for data assimilation 4D-Var, allowing to process applications of high dimensions.

L'augmentation de la quantité d'information disponible pour appréhender l'environnement a nécessité la création d'une nouvelle structure de gestion de l'information : le Système d'Information Géographique (SIG). Deux types de SIG peuvent être trouvés : ceux couvrant une large zone (de la taille d'un pays), et ceux plus locaux dont la plupart possèdent un but précis. Quoique la philosophie de ces deux structures soit la même, la mise en oeuvre et la gestion restent plus aisées pour les SIG locaux. La création et la mise en oeuvre d'un ou plusieurs SIG sont discutées. Trois exemples d'utilisation de SIG démontrent l'utilité de ces structures. Le premier exemple correspond à une étude préliminaire d'impact lors d'un projet d'aménagement dans le Parc National du Mercantour. Les informations contenues dans le SIG sont utilisées comme un filtre binaire afin de localiser les lieux propices au projet. Le second SIG concerne les peuplements benthiques de Méditerranée. La finalité de celui-ci est de synthétiser des informations sur un même lieu géographique, mais acquises avec des techniques de prélèvement différentes, par différents chercheurs et à des dates différentes. Cette synthèse fait appel à une notion de fiabilité de l'information. L'association d'un SIG avec un modèle numérique de simulation de l'évolution du milieu urbain constitue le dernier exemple d'utilisation. Ce modèle numérique tient compte des contraintes du milieu environnant données par le SIG, ainsi que de l'apport exogène de population. Les résultats montrent des projections de l'évolution du milieu urbain pour les années 2000 et 2025 et pour différents scénarios, dans la région de Toulon (Var).

L'objectif premier de ce travail est l'étude puis la modélisation numérique 3D du fonctionnement hydrogéologique et salin actuel d'une partie de l'aquifère superficiel de la Moyenne Camargue afin de l'utiliser, dans un second temps, pour la prévision qualitative des modifications induites par le changement climatique. La caractérisation de l'aquifère a été mené selon deux approches : une étude structurale, en utilisant des sondages à la tarière et différentes techniques géophysiques (ERT, ES et cartographie EM), et une étude hydrogéologique, intégrée par plusieurs campagnes de pompages, suivi piézométrique et des prélèvements de l'eau souterraine. Cette méthodologie a servi pour caractériser la géométrie de l'aquifère superficiel ainsi que son fonctionnement actuel et les processus qui l'affectent. Divers phénomènes environnementaux ont été identifiés, tels que : un lessivage du sol grâce à l'action de l'irrigation, un endoréisme observé dans les zones basses produit par l'effet de l'évaporation, et la reproduction des fluctuations de l'étang de Vaccarès dans la piézométrie, jusqu'au moins 30 m de la rive. Le modèle numérique construit à partir des observations du terrain reproduit les principaux processus observés. Il met en évidence un possible flux sortant vers le Vaccarès et le rôle important du marais dans l'hydrodynamique et le comportement hydrosalin du système. Les résultats du modèle face aux différents scénarios de prédiction montrent une intrusion d'eau du Vaccarès et, donc, une salinisation du système induit par la remontée du niveau marin, ainsi que la présence de l'irrigation et le marais comme facteurs essentiels dans la neutralisation de cette salinisation.

es systèmes de micro-cogénération, émergents sur le marché, sont reconnus et encouragés dans de nombreux pays comme un outil de réduction de l'empreinte énergétique des bâtiments ainsi que des émissions de gaz à effet de serre. En France néanmoins, leur introduction et leur pérennisation rencontre un certain nombre de verrous, parmi lesquels un bilan économique et environnemental restant à évaluer précisément et une méconnaissance de la technologie par les acteurs de la filière : prescripteurs et maîtres d'ouvrage. Une modélisation numérique permettant l'intégration dans des environnements de simulation numérique de bâtiments et de systèmes a donc été élaborée. Une campagne d'essais très détaillée sur une micro-cogénération à moteur Stirling fonctionnant au gaz a permis de simplifier le modèle en retenant les paramètres clés. On en a déduit une procédure d'identification à peu de paramètres réduisant au maximum les besoins expérimentaux pour le paramétrage tout en conservant une validité au modèle grâce à la prise en compte des phénomènes physiques et des données thermodynamiques accessibles dans la littérature. Une fois le modèle établi paramétré et validé, on l'a intégré dans une plate-forme de simulation des systèmes de micro-cogénération couplés à des bâtiments. On y modélise les besoins thermiques, de chauffage et d'eau chaude sanitaire, et les besoins électriques de bâtiments, permettant le couplage avec le micro-cogénérateur et un stockage thermique. Ceci permet l'optimisation du dimensionnement et de la conduite du système en recourant à un programme dédié et en définissant une fonction de résultat qui associe performances énergétiques et environnementales.

La télédétection radar a déjà montré son fort potentiel dans la caractérisation des états de surface et des processus hydriques. La connaissance de ces paramètres est d'un intérêt fondamental pour mieux quantifier et prévoir la répartition des pluies ainsi que pour modéliser l'érosion des sols. Plusieurs modèles ont déjà été développés (empiriques, analytiques, numériques) mais présentent encore des limitations dans la compréhension du comportement du signal radar. L'objectif de cette thèse est d'apporter des améliorations dans la modélisation de la rétrodiffusion et la description des sols agricoles nus, à l'aide de mesures terrain et d'images radar SAR. Nous avons considéré un profil d'humidité en introduisant un aspect multicouche et utilisé le modèle IEM. Nous avons montré qu'une humidité constante sur les premiers centimètres de la surface ne reflète pas la réalité terrain. Nous avons ensuite pris en compte les poches d'air présentes dans la structuration du sol en redéfinissant la constante diélectrique par l'introduction d'un composé air/sol. Ces développements ont permis de contribuer à l'amélioration des résultats de la simulation, de mieux comprendre le comportement du signal radar et les variations du coefficient linéaire liant le coefficient de rétrodiffusion à l'humidité du sol. Enfin, nous avons effectué une représentation plus réaliste des sols agricoles en incluant des mottes de terre sur les profils. A partir d'un modèle de diffusion électromagnétique numérique, basé sur la méthode des moments, nous avons étudié leur influence sur le coefficient de rétrodiffusion.

La télédétection ouvre des perspectives nouvelles pour l'étude et la surveillance des volcans. Dans le cadre de cette thèse, différentes approches ont été abordées. L'imagerie satellite optique et thermique permet d'avoir une vue synoptique sur une large surface. La compréhension des changements d'état de surface est particulièrement importante dans le suivi de l'activité des volcans actifs. Plusieurs questions se posent : * Quels avantages offrent les satellites optiques d'observation de la Terre pour les calculs des volumes de lave émis ? * Quelles sont leurs limites ? * Les calculs de débits réalisés par télédétection sont-ils fiables ? * Quel est l'intérêt d'une approche multi-outils et multi-source ? Ces questions ont été abordées en prenant le Piton de la Fournaise pour cible. Plusieurs méthodes ont été mises en oeuvre et testées : 1) L'extraction automatique des contours de coulées de lave, 2) la création de modèle numérique d'élévation (MNE) par imagerie satellite, 3) le calcul de débits à partir d'images thermiques, 4) le suivi post éruptif d'une coulée par la modélisation de son refroidissement et la mesure des déformations observées in-situ. La plus-value de ce travail est la capacité de valider les résultats des modèles issus de la télédétection par des mesures in situ du fait de la proximité des sites étudiés. L'utilisation de ces techniques a permis d'obtenir des débits moyens d'écoulement des laves pour plusieurs éruptions et de suivre l'évolution topographique du volcan et de ses grandes structures. Les mesures thermiques par satellite fournissent le moyen de contraindre les variations du débit des éruptions dans le temps, tandis que les MNE ont permis d'obtenir un volume total dans le cas de coulées présentant de fortes épaisseurs. Grâce à ces techniques, il a été possible de définir deux types d'éruptions avec des évolutions semblables à celles observées sur différents volcans comme l'Etna (Italie) ou le Krafla (Islande). Les problèmes de nébulosité étant récurrent sur notre zone d'étude, la complémentarité des techniques est particulièrement intéressante pour obtenir une information fiable. Toutes les techniques utilisées dans cette thèse sont applicables à d'autres volcans ou à d'autres thématiques.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'évolution des Systèmes d'Informations Géographiques (SIG) et de leur capacité à répondre à des problématiques environnementales qui s'expriment de manière globale et transversale. Dans un contexte ou l'information géographique est en plein essor et où la quantité de données disponible ne cesse de croitre, le besoin en terme d'outil d'aide a la décision n'a jamais été aussi fort. Cette étude s'attache tout particulièrement au cadre de la résolution de problématiques liées à l'eau et l'environnement lorsque les données deviennent trop volumineuses pour être traitées par des moyens de calculs séquentiels classiques. Nous proposons une plateforme de calculs répartis sur une grappe d'ordinateurs qui parallélise le calcul de la délimitation des bassins versants des grands fleuves et la détermination des flots d'accumulation. A cette fin nous introduisons une technique de calcul parallèle d'une forêt d'arbres couvrants minimums représentant le parcours de l'eau de chaque point du Modèle Numérique de Terrain (MNT) vers la mer. Cette technique débute par une délimitation des cuvettes (ensemble de points allant vers le même minimum local) contenues dans le MNT. Ensuite une hiérarchie de déversement des cuvettes les unes dans les autres est construite jusqu'à obtenir les bassins versants des fleuves. L'étude se poursuit par la description d'un algorithme parallèle pour le calcul très couteux des flots d'accumulation en chaque point du MNT. Enfin cette thèse présente une version ≪out-of-core≫ de nos algorithmes parallèles afin d'étendre la portée de nos travaux a des grappes de dimensions modestes qui ne peuvent pas charger en mémoire la totalité du MNT traite.