L'intensification et l'homogénéisation des paysages agricoles a rendu les agrosystèmes plus sensibles aux bioagresseurs. Pour limiter les impacts de ces bioagresseurs sans recourir de manière intensive aux pesticides, une solution efficace est l'utilisation de variétés résistantes. La durabilité de ces résistances peut être faible, en lien avec l'adaptation des populations pathogènes. Il est donc nécessaire de concevoir des systèmes de culture permettant le contrôle des bioagresseurs et la préservation des ressources variétales. Ces stratégies de gestion peuvent reposer sur la combinaison de pratiques agricoles et d'organisation spatiale de ces pratiques, pour des pathosystèmes dont les agents sont dispersés par le vent. D'une part, la conception de ces stratégies peut bénéficier d'une approche participative, prenant en compte les conditions de culture et l'organisation des acteurs locaux. D'autre part, l'évaluation de ces stratégies, dont l'expérimentation est délicate du fait des échelles spatiale et temporelle requises, peut bénéficier d'une approche modélisatrice. Dans ce cadre, ce travail de thèse a mis au point et testé, sur deux régions d'étude, une méthode participative de construction de scénarios d'organisation spatiale des systèmes de culture, évalués vis-à-vis du contrôle du phoma du colza et de la gestion des résistances. Les scénarios co-construits explorent les futurs agricoles possibles en identifiant les tendances possibles d'évolution du contexte (économique, politique, règlementaire, épidémique), de manière prédictive ou plus exploratoire. Ils ont ensuite été évalués numériquement à l'aide d'un modèle préexistant, vis-à-vis de trois critères pertinents pour les acteurs : les pertes de rendement, la taille de la population pathogène et sa structure. Ces scénarios ont ensuite été évalués à l'aide de régressions linéaires, de manière à identifier les pratiques agricoles les plus influentes sur les trois critères d'évaluation considérés. Cette analyse a été réalisée à deux échelles spatiales complémentaires : l'échelle d'une petite région agricole et l'échelle locale, considérant plusieurs centaines de mètres autour des parcelles de colza pouvant être infectées. Ces analyses ont permis de mettre en évidence la prépondérance des rotations, des variétés et de la gestion des résidus de colza dans l'évolution de la maladie et sur la durabilité des résistances. Elles ont également montré la nécessité de prendre en compte plusieurs échelles pour la gestion de la maladie : si la taille de la population pathogène et les pertes de rendement peuvent être déterminées à partir de la composition en termes de systèmes de culture à l'échelle du paysage, une échelle plus locale est nécessaire pour évaluer l'évolution de la structure génétique de la population. Cet indicateur est en effet très lié aux variétés et aux pratiques présentes dans les 500 mètres autour des parcelles porteuses de la résistance considérée. Finalement, l'exploration de règles spatiales (isolement) et temporelles (maximisation des surfaces un an sur deux) des parcelles de colza ou des types variétaux a mis en exergue le fort potentiel de stratégies basées sur ces règles pour la gestion des résistances. La mise en place de ces stratégies nécessiterait une coordination entre les différents acteurs, à l'échelle du territoire agricole, qui pourrait s'avérer nécessaire en cas d'épidémie importante de phoma. La méthode mise en place pourrait être utilisée pour explorer la gestion d'autres thématiques à composante spatiale, comme par exemple l'érosion ou la gestion d'autres bioagresseurs. Ceci pourrait permettre une évaluation multicritère, prenant par exemple en compte les bioagresseurs de différentes cultures composant une même rotation, identifiant ainsi les pratiques les plus à mêmes de gérer simultanément les différentes thématiques locales.

Les changements globaux et l'évolution du contexte socio-économique renforcent les attentes vis-à-vis d'une gestion multifonctionnelle des forêts. En France, la communauté forestière s'est accordée sur la définition du double objectif de « produire plus de bois, tout en préservant mieux la biodiversité […]» (Grenelle de l'Environnement, 2007). Cet objectif s'accompagne d'une volonté de maintenir des attributs favorables à la biodiversité d'une part, et de « dynamiser » la sylviculture d'autre part. La comptabilité entre ces mesures est toutefois controversée et il est aujourd'hui nécessaire de mieux comprendre leurs effets sur les services écosystémiques, afin de pouvoir définir les conditions d'une gestion forestière multifonctionnelle et durable.L'objectif de la thèse est d'explorer de manière fine l'effet de la sylviculture sur la structure des peuplements, la production de bois et la préservation de la biodiversité. Le travail s'articule autour de deux hypothèses générales : (1) celle que les indicateurs de ces deux services répondent de manière différente à la gestion; (2) celle qu'une gamme intermédiaire d'intensités de sylviculture est favorable au compromis entre production et biodiversité. Le travail a porté sur le cas des sapinières-pessières irrégulières de montagne, qui présentent une longue tradition de gestion en futaie irrégulière et sont jugées favorables à la fourniture d'un certain nombre de services écosystémiques. Nous avons opté pour une approche par simulation s'appuyant sur le couplage d'un modèle de dynamique forestière, d'algorithmes de sylviculture et de modèles et indicateurs de production et de biodiversité. Le travail de thèse a nécessité la mise en place d'une démarche complète d'expérimentation par simulation impliquant les étapes (i) de formalisation des variables de contrôle et de réponse, (ii) de développement et d'évaluation de modèles, (iii) de définition de plans d'expérience, (iv) d'analyse de sensibilité et (v) d'analyse de la réponse des indicateurs à la gestion. Une analyse complète du modèle Samsara2 nous a permis de vérifier la cohérence des dynamiques forestières simulées et la fiabilité des prédictions. Un algorithme de sylviculture a été développé pour modéliser la gestion en futaie irrégulière de manière fine. Deux modèles de biodiversité ont été implémentés à partir de modèles issus de la littérature : un modèle de stockage et de décomposition du bois mort et un modèle de prédiction de la richesse spécifique de la strate herbacée. Une analyse de sensibilité du système nous a tout d'abord permis d'analyser l'influence des paramètres d'entrée (sylvicoles, démographiques ou état initial) sur un ensemble d'indicateurs de structure, production et biodiversité, puis d'identifier et de fixer les paramètres peu influents. Une approche par régression a ensuite permis d'établir la fonction de réponse (métamodèle) de chaque indicateur aux principaux leviers de gestion, en interaction avec la démographie et l'état initial. Nous avons ainsi observé un effet négatif de l'intensification de la gestion sur la biodiversité, bien que cet effet varie en fonction des indicateurs. Les mesures de conservation de la biodiversité peuvent toutefois servir de leviers de compensation dans certains cas, permettant ainsi de concilier les deux objectifs. Des situations de compromis entre indicateurs de production et/ou biodiversité ont été détectées, mais leur analyse fine nécessite désormais de se tourner vers les méthodes d'analyse multicritère.Ainsi, l'analyse couplée des de la réponse des indicateurs de services écosystémiques à la gestion et des scénarii de gestion situés sur la zone de compromis devrait permettre d'alimenter les échanges avec les gestionnaires forestiers et de discuter des recommandations de gestion à l'échelle de la parcelle ou du massif forestier. / Global change and the evolution of the socio-economic context reinforce the expectations for multifunctional forest management. In France, the forest community agreed on the definition of the double objective of “improving timber production while preserving biodiversity better” (Grenelle 2007). This objective goes along with a will of maintaining the natural attributes favoring biodiversity on one hand, and of increasing management intensity on the other hand. The compatibility between both objectives is however controversial and it seem nowadays necessary to better understand their effects on ecosystem services, so as to enable the definition of multifunctional and sustainable forest management. The objective of this PhD thesis is to explore the effect of silviculture on stand structure, timber production and biodiversity preservation. This works involves two main hypotheses: (1) the fact that ecosystem services indicators present different responses to silvicultural drivers, thus leading to trade-offs situations; (2) the fact that management scenarios of intermediate intensity may enable satisfactory production-biodiversity trade-offs to be reached. This work addressed the case of uneven-aged spruce-fir mountain forests, which present a long tradition of uneven-aged management (selection system) and are judged favorable to the provision of several ecosystem services. We used a simulation approach coupling a forest dynamics simulation model (Samsara2), a silviculture algorithm, and ecosystem services models and indicators (for timber production and biodiversity). This however required a complete simulation experiment approach to be set up, with several steps: (i) formalization of control and response variables, (ii) model development and evaluation, (iii) experiment designs definition, (iv) sensitivity analysis, and (v) study of indicators' response to management. A complete analysis of the Samsara2 model enabled the consistency of simulated forest dynamics and the reliability of predictions to be checked. A silviculture algorithm has been developed to accurately model uneven-aged management. Two biodiversity models have been implemented from the literature: a dead wood decay model and an understory diversity model.A sensitivity analysis of the system first enabled us to assess the influence of input parameters (silviculture, demographic and initial state) on structure, timber production and biodiversity indicators, and then to identify and fix those with low influence. Then, a regression approach enabled the establishment of the response function (metamodels) of each indicator to the main silvicultural factors, in interaction with demography and initial state. This revealed the negative effect of increased management intensity on biodiversity indicators, although its effect depended on the indicator. Biodiversity conservation measures could however be used as compensation drivers in some cases, therefore enabling both objectives to be concealed. Trade-offs situations have also been detected between timber production and/or biodiversity conservation indicators, but their analysis now require specific multi-criteria analysis to be used.The combined analysis of ecosystem services response to silvicultural drivers and of management scenarios located on the trade-offs area would then supply the discussion with forest managers with new elements and enable management recommendations to be discussed at the stand or landscape scale.

La perception d’un mouvement biologique correspond à l’aptitude à recueillir des informations (comme par exemple, le type d’activité) issues d’un objet animé en mouvement à partir d’indices visuels restreints. Cette méthode a été élaborée et instaurée par Johansson en 1973, à l’aide de simples points lumineux placés sur des individus, à des endroits stratégiques de leurs articulations. Il a été démontré que la perception, ou reconnaissance, du mouvement biologique joue un rôle déterminant dans des activités cruciales pour la survie et la vie sociale des humains et des primates. Par conséquent, l’étude de l’analyse visuelle de l’action chez l’Homme a retenu l’attention des scientifiques pendant plusieurs décennies. Ces études sont essentiellement axées sur informations cinématiques en provenance de différents mouvements (comme le type d’activité ou les états émotionnels), le rôle moteur dans la perception des actions ainsi que les mécanismes sous-jacents et les substrats neurobiologiques associés. Ces derniers constituent le principal centre d’intérêt de la présente étude, dans laquelle nous proposons un nouveau modèle descriptif de simulation bayésienne avec minimisation du risque. Ce modèle est capable de distinguer la direction d’un ballon à partir d’un mouvement biologique complexe correspondant à un tir de soccer. Ce modèle de simulation est inspiré de précédents modèles, neurophysiologiquement possibles, de la perception du mouvement biologique ainsi que de récentes études. De ce fait, le modèle présenté ici ne s’intéresse qu’à la voie dorsale qui traite les informations visuelles relatives au mouvement, conformément à la théorie des deux voies visuelles. Les stimuli visuels utilisés, quant à eux, proviennent d’une précédente étude psychophysique menée dans notre laboratoire chez des athlètes. En utilisant les données psychophysiques de cette étude antérieure 3 et en ajustant une série de paramètres, le modèle proposé a été capable de simuler la fonction psychométrique ainsi que le temps de réaction moyen mesurés expérimentalement chez les athlètes. Bien qu’il ait été établi que le système visuel intègre de manière optimale l’ensemble des indices visuels pendant le processus de prise de décision, les résultats obtenus sont en lien avec l’hypothèse selon laquelle les indices de mouvement sont plus importants que la forme dynamique dans le traitement des informations relatives au mouvement. Les simulations étant concluantes, le présent modèle permet non seulement de mieux comprendre le sujet en question, mais s’avère également prometteur pour le secteur de l’industrie. Il permettrait, par exemple, de prédire l’impact des distorsions optiques, induites par la conception de verres progressifs, sur la prise de décision chez l’Homme. Mots-clés : Mouvement biologique, Bayésien, Voie dorsale, Modèle de simulation hiérarchique, Fonction psychométrique, Temps de réaction / The ability to recover information (e.g., identity or type of activity) about a moving living object from a sparse input is known as Biological Motion perception. This sparse input has been created and introduced by Johansson in 1973, using only light points placed on an individual's strategic joints. Biological motion perception/recognition proves to play a significant role in activities that are critical to the survival and social life of humans and primates. In this regard, the study of visual analysis of human action had the attention of scientists for decades. These studies are mainly focused on: kinematics information of the different movements (such as type of activity, emotional states), motor role in the perception of actions and underlying mechanisms, and associated neurobiological substrates. The latter being the main focus of the present study, a new descriptive risk-averse Bayesian simulation model, capable of discerning the ball’s direction from a set of complex biological motion soccer-kick stimuli is proposed. Inspired by the previous, neurophysiologically plausible, biological motion perception models and recent studies, the simulation model only represents the dorsal pathway as a motion information processing section of the visual system according to the two-stream theory, while the stimuli used have been obtained from a previous psychophysical study on athletes. Moreover, using the psychophysical data from the same study and tuning a set of parameters, the model could successfully simulate the psychometric function and average reaction time of the athlete participants of the aforementioned study. 5 Although it is established that the visual system optimally integrates all available visual cues in the decision-making process, the results conform to the speculations favouring motion cue importance over dynamic form by only depending on motion information processing. As a functioning simulator, the present simulation model not only introduces some insight into the subject at hand but also shows promise for industry use. For example, predicting the impact of the lens-induced distortions, caused by various lens designs, on human decision-making. Keywords: Biological motion, Bayesian, Dorsal pathway, Hierarchical simulation model, Psychometric function, Reaction time

Les systèmes de communication prennent de nos jours une importance de plus en plus prépondérante dans tous les aspects de la vie courante et les exigences de connectivité se retrouvent dorénavant dans de très nombreux projets. Ces besoins de connexion exigent des débits de communication ainsi que des taux de couverture de plus en plus importants, poussant de ce fait vers l’utilisation de systèmes de communication par satellite (SATCOM). Les applications envisagées n’étant pas limitées à des installations fixes, celles-ci demandent de pouvoir assurer une communication par satellite depuis un porteur en mouvement. Il est donc nécessaire d’utiliser des servomécanismes de positionnement de l’antenne de façon à assurer un pointage correct de l’antenne vers le satellite. Ces positionneurs sont donc asservis de façon à orienter la ligne de visée de l’antenne vers le satellite, avec une erreur angulaire de l’ordre du dixième de degré. Cette précision a pour conséquences certaines exigences fortes sur la conception. Ces contraintes imposent l’utilisation de composants de qualité supérieure, des études mécaniques poussées ainsi que des réglages propres à chaque positionneur après assemblage. Dans le cadre de ces travaux de thèse, une stratégie de pointage différente de l’état de l’art a été conçue. Cette stratégie, nommée Helios (Hybrid Estimator of Line Of Sight), permet de lever certains verrous scientifiques spécifiques. Notamment, elle permet une diminution des performances requises de l’asservissement en position de l’antenne en fournissant une trajectoire plus facile à suivre. Cela permet une diminution des contraintes de conception, notamment mécaniques (frottements, raideurs …). Cela est rendu possible par une meilleure estimation de la direction à pointer, utilisant un plus grand nombre de mesures, sans introduire de retard dans l’estimation. Les moyens d’essais de Thales ont permis d’effectuer des essais expérimentaux sur des prototypes industriels. Ainsi, la stratégie est testée en simulation et en expérimentation sur un hexapode simulant un porteur, permettant un recalage du modèle de simulation à partir de données expérimentales. C’est ainsi que la stratégie est validée en conditions opérationnelles. Afin de réaliser ces tests expérimentaux, une étape de mise en place du moyen d’essais a été réalisée. Notamment, les outils de communication ont été mis au point (bus de terrains, liaisons série …). L’asservissement en position de la station a été réalisé à partir d’une identification non-paramétrique en boucle fermée du mécanisme. L’intégration de la station complète a été réalisée, permettant ainsi les tests en extérieur, sur un hexapode. / In military and civil application, satellite communications (SACTOM) are often needed on moving vehicles (drones, planes, land vehicles, vessels…) in order to transfer all kind of data (pictures, videos, internet …). These types of stations are called SATCOM On The Move (SOTM). In order insure high data rates, the antenna must be directional, which means that they direct electro-magnetic waves in a particular direction of space, called line of sight. The line of sight must be steered in order to be aligned with the satellite to insure a strong communication link with the highest data rate possible. Stabilized platforms, called Antenna Positioning System, aim to steer the antenna’s line of sight in the satellite direction. The pointing requirements are the source of conception constraints that reduce the cost efficiency of the overall station. This PhD report focus on the development and the study of a new pointing strategy called Helios (“Hybrid Estimator of LIne Of Sight”). This algorithm uses least squares to found the antenna pattern in real time, using an observation window. Among others, it allows to reduce the bandwidth of the control loops by generating a trajectory easier to follow. Therefore, it decreases the conception constraints (friction, backlash, field bus data rate …). Helios is tested through experimentation, using Thales industrial prototypes. The vehicle is emulated by a hexapod. Simulation is carried out in order to fit the measured experimental behavior. To do so, parametrical and non-parametrical identification has been done on the SOTM prototype. This way, Helios is validated and studied in operational conditions.

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L’approximation de phénomènes physiques, tels qu’une simulation de liquides en informatique graphique, requiert l’utilisation de méthodes complexes nécessitant des temps de calcul et une quantité de mémoire importants. Malgré les avancées récentes dans ce domaine, l’écart en réalisme entre un liquide simulé et la réalité demeure encore aujourd’hui considérable. Cet écart nous séparant du réalisme souhaité nécessite des modèles numériques de simulation dont la complexité ne cesse de croître. L’objectif ultime est de permettre à l’utilisateur de manipuler ces modèles de simulation de liquides sans la nécessité d’avoir une connaissance accrue de la physique requise pour atteindre un niveau de réalisme acceptable et ce, en temps réel. Plusieurs approches ont été revisitées dans les dernières années afin de simplifier ces modèles ou dans le but de les rendre plus facilement paramétrables. Cette thèse par articles encadre bien les trois projets constituant nos contributions dans le but d’améliorer et de faciliter la génération de simulations de liquides en informatique graphique. Tout d’abord, nous introduisons une approche hybride permettant de traiter séparément le volume de liquide non-apparent (i.e., en profondeur) et une couche de particules en surface par la méthode de calcul Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Nous revisitons l’approche par bandes de particules, mais cette fois nouvellement appliquée à la méthode SPH qui offre un niveau de réalisme supérieur. Comme deuxième projet, nous proposons une approche permettant d’améliorer le niveau de détail des éclaboussures de liquides. En suréchantillonnant une simulation de liquides existante, notre approche est capable de générer des détails réalistes d’éclaboussures grâce à la dynamique de balistique. En complément, nous proposons une méthode de simulation par vagues permettant de reproduire les interactions entre les éclaboussures générées et les portions quasi-statiques de la simulation existante. Finalement, le troisième projet introduit une approche permettant de rehausser la résolution apparente d’un liquide par l’apprentissage automatique. Nous proposons une architecture d’apprentissage inspirée des flux optiques dont l’objectif est de générer une correspondance entre le déplacement des particules de simulations de liquides à différentes résolutions (i.e., basses et hautes résolutions). Notre modèle d’apprentissage permet d’encoder des caractéristiques de hautes résolutions à l’aide de déformations pré-calculées entre deux liquides à différentes résolutions et d’opérations de convolution basées sur le voisinage des particules. / The approximation of natural phenomena such as liquid simulations in computer graphics requires complex methods that are computationally expensive. Despite recent advances in this field, the gap in realism between a simulated liquid and reality remains considerable. This disparity that separates us from the desired realism requires numerical models whose complexity continues to grow. The ultimate goal is to provide users the capacity and tools to manipulate these liquid simulation models to obtain acceptable realism. In the last decade, several approaches have been revisited to simplify and to allow more flexible models. In this dissertation by articles, we present three projects whose contributions support the improvement and flexibility of generating liquid simulations for computer graphics. First, we introduce a hybrid approach allowing us to separately process the volume of non-apparent liquid (i.e., in-depth) and a band of surface particles using the Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method. We revisit the particle band approach, but this time newly applied to the SPH method, which offers a higher level of realism. Then, as a second project, we propose an approach to improve the level of detail of splashing liquids. By upsampling an existing liquid simulation, our approach is capable of generating realistic splash details through ballistic dynamics. In addition, we propose a wave simulation method to reproduce the interactions between the generated splashes and the quasi-static portions of the existing liquid simulation. Finally, the third project introduces an approach to enhance the apparent resolution of liquids through machine learning. We propose a learning architecture inspired by optical flows by which we generate a correspondence between the displacement of the particles of liquid simulations at different resolutions (i.e., low and high resolutions). Our training model allows high-resolution features to be encoded using pre-computed deformations between two liquids at different resolutions and convolution operations based on the neighborhood of the particles.