Le secteur des transports ferroviaires en France est marqué par un dynamisme lié notamment à l'essor du réseau à grande vitesse et à la réimplantation du tramway dans de nombreuses agglomérations. Dans ce contexte, la réduction des nuisances sonores apparaît comme un enjeu majeur pour son développement. Afin d'agir efficacement à la source, il est indispensable d'identifier et d'étudier précisément les sources responsables de ces nuisances au passage des véhicules. Parmi les approches possibles, les antennes microphoniques et les traitements associés sont particulièrement adaptés à la caractérisation des sources ponctuelles mobiles, omnidirectionnelles et décorrélées.Pour les vitesses inférieures à 300 km/h, le bruit de roulement constitue la source principale du bruit ferroviaire ; il résulte du rayonnement acoustique des éléments tels que les roues, le rail et les traverses. Le rail, dont la contribution au bruit de roulement est prépondérante aux moyennes fréquences (entre 500 He et 1000 Hz environ), est une source étendue et cohérente pour laquelle les principes classiques de traitement d'antenne ne sont pas adaptés.La méthode de caractérisation proposée dans cette thèse est une méthode inverse d'optimisation paramétrique utilisant les signaux acoustiques issus d'une antenne microphonique. Les paramètres inconnus d'un modèle vibro-acoustique sont estimés par minimisation d'un critère des moindres carrés sur les matrices spectrales mesurée et modélisée au niveau de l'antenne. Dans le modèle vibro-acoustique, le rail est assimilé à un monopôle cylindrique dont la distribution longitudinale d'amplitude est liée à celle des vitesses vibratoires. Pour le calcul de ces vitesses, les différents modèles proposés mettent en évidence des ondes vibratoires se propageant dans le rail de part et d'autre de chaque excitation. Chacune de ces ondes est caractérisée par une amplitude au niveau de l'excitation, un nombre d'onde structural réel et une atténuation. Ces paramètres sont estimés par minimisation du critère, puis utilisés pour reconstruire le champ acoustique.Dans un premier temps, des simulations sont réalisées pour juger des performances de la méthode proposée, dans le cas d'excitations ponctuelles verticales. En particulier, sa robustesse est testée en présence de bruit ou d'incertitudes sur les paramètres supposés connus du modèle. Les effets de l'utilisation de modèles dégradés sont également étudiés. Concernant l'estimation des amplitudes, les résultats ont montré que la méthode est particulièrement robuste et efficace pour les excitations les plus proches de l'antenne. En revanche, pour l'estimation des autres paramètres, les performances sont supérieures pour les positions d'antenne excentrées. De manière générale, le nombre d'onde est correctement estimé sur l'ensemble des fréquences étudiées. Dans les cas à faible atténuation, un traitement classique par formation de voies en ondes planes suffit. En ce qui concerne l'estimation de l'atténuation, la faible sensibilité du critère limite l'efficacité de la méthode proposée.Enfin, certains résultats obtenus à partir des simulations ont été vérifiés lors de mesures in situ. L'excitation d'un rail expérimental par un marteau de chocs a tout d'abord permis de valider le modèle vibratoire pour la flexion verticale. Pour tester la méthode d'optimisation paramétrique, le rail a également été excité verticalement à l'aide d'un pot vibrant. Les principaux résultats des simulations ont été retrouvés, et des comportements particuliers relatifs à la présence de plusieurs ondes dans le rail ont été observés, ouvrant des perspectives de généralisation du modèle vibratoire utilisé.

L'objet de cette thèse est d'apporter une contribution à l'inférence dans les modèles partiellement linéaires en appliquant des méthodes d'estimation adaptative par ondelettes. Ces modèles de régression semi-paramétriques distinguent des relations linéaires et des relations fonctionnelles, non paramétriques. L'inférence statistique consiste à estimer conjointement les deux types de prédicteurs, en prenant en compte leur possible corrélation. Une procédure des moindres carrés pénalisés permet d'introduire une estimation par ondelettes avec seuillage des coefficients de la partie fonctionnelle. Un parallèle est établi avec une estimation du paramètre de régression par des M-estimateurs usuels dans un modèle linéaire, les coefficients d'ondelettes de la partie fonctionnelle étant considérés comme des valeurs aberrantes. Une procédure d'estimation de la variance du bruit est aussi proposée. Des résultats relatifs aux propriétés asymptotiques des estimateurs de la partie linéaire et de la partie non paramétrique sont démontrés lorsque les observations de la partie fonctionnelle sont réalisées en des points équidistants. Sous des restrictions usuelles de corrélation entre les variables explicatives, les résultats sont presque optimaux (à un logarithme près). Des simulations permettent d'illustrer les comportements des estimateurs et de les comparer avec d'autres méthodes existantes. Une application sur des données d'IRM fonctionnelle a aussi été réalisée. Une dernière partie envisage le cadre d'un plan d'observation aléatoire de la partie fonctionnelle.

Les composés électrochomes changent de couleur en fonction d'une tension qui leur est appliquée. La tenue en cyclage de couches minces à base de NiO, électrochrome cathodique, dépend fortement de la température et de la pression de dépôt. D'autre part la proportion de phase électrochimiquement active dépend fortement de l'épaisseur des couches. Selon le modèle proposé NiO en milieu KOH se transforme en hydroxyde de nickel Ni(OH)2 puis dans la phase de coloration en oxyhydroxyde NiOOH avant de revenir à sa forme réduite durant la phase décoloration. À la fin de ce cycle, des traces de phase colorée persistent. Nous avons développé des nouvelles méthodes numériques d'analyse des spectres d'absorption de rayons X, caractérisant la structure locale autour du nickel dans ces phases non cristallisées, afin de déterminer les concentrations des diverses espèces au cours du cycle. Aucune des méthodes habituellement pratiquées, comme la combinaison linéaire d'espèces modèles par la méthode des moindres carrés linéaire, et la méthode d'Analyse en Composantes Principales, ne sont adaptées aux cas de spectres fortement corrélés comme les oxydes-hydroxydes de nickel. Nous montrons qu'il est possible d'améliorer la méthode des moindres carrés en utilisant un algorithme original : " la méthode des Moindres Carrés Linéaire Progressive ". La base de cette méthode est fondée sur l'étude statistique des erreurs et corrélations. Ce travail a permis de valider le modèle électrochimique et d'évaluer pour la première fois la concentration en NiOOH dans la phase réduite, signature de l'irréversibilité. Seule, la présence avant cyclage de Ni(OH)2 dans les films de NiO n'a pu être expliquée

L’analyse biomécanique du mouvement humain en utilisant des systèmes optoélectroniques et des marqueurs cutanés considère les segments du corps comme des corps rigides. Cependant, le mouvement des tissus mous par rapport à l'os, c’est à dire les muscles et le tissu adipeux, provoque le déplacement des marqueurs. Ce déplacement est le fait de deux composantes, une composante propre correspondant au mouvement aléatoire de chaque marqueur et une composante à l’unisson provoquant le déplacement commun des marqueurs cutanés lié au mouvement des masses sous-jacentes. Si nombre d’études visent à minimiser ces déplacements, des simulations ont montré que le mouvement des masses molles réduit la dynamique articulaire. Cette observation est faite uniquement par la simulation, car il n'existe pas de méthodes capables de dissocier la cinématique des masses molles de celle de l’os. L’objectif principal de cette thèse consiste à développer une méthode numérique capable de distinguer ces deux cinématiques. Le premier objectif était d'évaluer une méthode d'optimisation locale pour estimer le mouvement des masses molles par rapport à l’humérus obtenu avec une tige intra-corticale vissée chez trois sujets. Les résultats montrent que l'optimisation locale sous-estime de 50% le déplacement des marqueurs et qu’elle conduit à un classement de marqueurs différents en fonction de leur déplacement. La limite de cette méthode vient du fait qu'elle ne tient pas compte de l’ensemble des composantes du mouvement des tissus mous, notamment la composante en unisson. Le second objectif était de développer une méthode numérique qui considère toutes les composantes du mouvement des tissus mous. Plus précisément, cette méthode devait fournir une cinématique similaire et une plus grande estimation du déplacement des marqueurs par rapport aux méthodes classiques et dissocier ces composantes. Le membre inférieur est modélisé avec une chaine cinématique de 10 degrés de liberté reconstruite par optimisation globale en utilisant seulement les marqueurs placés sur le pelvis et la face médiale du tibia. L’estimation de la cinématique sans considérer les marqueurs placés sur la cuisse et le mollet permet d'éviter l’influence de leur déplacement sur la reconstruction du modèle cinématique. Cette méthode testée sur 13 sujets lors de sauts a obtenu jusqu’à 2,1 fois plus de déplacement des marqueurs en fonction de la méthode considérée en assurant des cinématiques similaires. Une approche vectorielle a montré que le déplacement des marqueurs est surtout dû à la composante à l’unisson. Une approche matricielle associant l’optimisation locale à la chaine cinématique a montré que les masses molles se déplacent principalement autour de l'axe longitudinal et le long de l'axe antéro-postérieur de l'os. L'originalité de cette thèse est de dissocier numériquement la cinématique os de celle des masses molles et les composantes de ce mouvement. Les méthodes développées dans cette thèse augmentent les connaissances sur le mouvement des masses molles et permettent d’envisager l’étude de leur effet sur la dynamique articulaire. / Biomechanical analysis of human movement using optoelectronic system and skin markers considers body segments as rigid bodies. However the soft tissue motion relative to the bone, including muscles, fat mass, results in relative displacement of markers. This displacement is the results of two components, an own component which corresponds to a random motion of each marker and an in-unison component corresponding to the common movement of skin markers resulting from the movement of the underlying wobbling mass. While most studies aim to minimize these displacements, computer simulation models have shown that the movement of the soft tissue motion relative to the bones reduces the joint kinetics. This observation is only available using computer simulations because there are no methods able to distinguish the kinematics of wobbling mass of the bones kinematics. The main objective of this thesis is to develop a numerical method able to distinguish this different kinematics. The first aim of this thesis was to assess a local optimisation method for estimating the soft tissue motion using intra-cortical pins screwed into the humerus in three subjects. The results show that local optimisation underestimates of 50% the marker displacements. Also it leads to a different marker ranking in terms of displacement. The limit of local optimisation comes from the fact that it does not consider all the components of the soft tissue motion, especially the in-unison component. The second aim of this thesis was to develop a numerical method that accounts for all the component of the soft tissue motion. More specifically, this method should provide similar kinematics and estimate large marker displacement and distinguish the two components to conventional approaches. The lower limb is modeled using a 10 degree of freedom chain model reconstructed using global optimisation and the markers placed only on the pelvis and the medial face of the shank. The original estimate of joint kinematics without considering the markers placed on the thigh and on the calf avoids the influences of these markers displacement on the kinematic model reconstruction. This method was tested on 13 subjects who performed hopping trials and obtained up to 2.1 times of marker displacement depending the method considered ensuring similar joint-kinematics. A vector approach shown that marker displacements is more induce by the in-unison component. A matrix approach combining the local optimisation and the kinematic model shown that the wobbling mass moves around the longitudinal axis and along the antero-posterior axis of the bone. The originality of this thesis is to numerically distinguish the bone kinematics from the wobbling mass kinematics and the two components of the soft tissue motion. The methods developed in this thesis increases the knowledge on soft tissue motion and allow future studies to consider their movement in joint kinetics calculation.

Un connecteur électrique automobile est le siège de points de contact électriques soumis à des échauffements supplémentaires par effet Joule provoqués par leurs résistances de contact. La dégradation d’une résistance de contact peut provoquer des échauffements critiques au niveau des points de contact. La présente étude propose deux approches pour détecter les variations anormales des résistances de contact. La première, appliquée à un connecteur de boîtier électronique automobile, repose sur un diagnostic à base de modèle afin de détecter les variations anormales de la résistance de contact par rapport à sa valeur nominale. La seconde approche,appliquée à un connecteur de recharge de véhicule électrique, consiste d’abord à estimer un flux de chaleur lié à l’effet Joule provoqué par la résistance de contact. La valeur de cette dernière est ensuite estimée grâce à la méthode des moindres carrés. Ces deux approches reposent sur des modèles électrothermiques des connecteurs considérés et de leurs environnements. Cette étude présente également le développement de ces modèles, et notamment l’optimisation du maillage d’un fil électrique basée sur la minimisation de la norme H2 de l’erreur entre un modèle maillé d’ordre entier et un modèle analytique de référence d’ordre non entier. / An automotive electrical connector contains electrical contact points subject to additional temperature rises by Joule effect caused by their contact resistances. The deterioration of a contact resistance can cause critical overheating at the contact points. This study proposes two approaches to detect abnormal changes in contact resistance. The first one, applied to an automotive electric case connector, relies on a model-based diagnosis to detect an abnormal variation in the contact resistance with respect to its nominal value. The second one, applied toan electric vehicle charging connector, consists in estimating a heat flow related to the Joule effect caused by the contact resistance. The value of the latter is then estimated using the least squares.These approaches rely on electrothermal models considered connectors and their environments.This study also presents the development of these models, including the optimization of the mesh of an electrical wire based on the minimization of the H2-norm of the error between ameshed integer order model and a reference analytical fractional order model.

En France, la vidéo surveillance est actuellement présenté comme un élément clef de la prévention des crimes, et le nombre de caméras installées dans les lieux publiques a triplé en 2009, passant de 20 000 à 60 000. Malgré le débat généré dans l’opinion publique, il semblerait qu’aucun gouvernement ne souhaite freiner l’utilisation de ces mesures de surveillance. Si l’on met de côté le débat social, d’un point de vue strictement scientifique, ces systèmes de surveillance offrent des bases de données riches et de vrai perspective de recherche en multimédia. Dans ce manuscrit, nous nous sommes concentré sur le développement de méthodes de suivi d’objets multiples non-rigides dans un environnement multi-caméra à l’aide de filtrage à particules. Nous d´ecrirons, dans un premier temps, une méthode de suivi multi-résolution par filtrage à particules avec contrôle de consistance. Cette méthode fut appliquée au suivi d’un seul objet non rigide dans des vidéos dont le nombre d’images pas seconde étaient faible et variable. Elle est etendue pour suivre des objets multiples par filtrage à particules avec double contrôles de consistance. Elle est notamment appliquée pour le défi de TRECVID 2009. An analyse d’événements est finalement ajoutée. Notre méthode de suivi est ensuite étendue d’une seule caméra vers de multiples caméras. Elle fut utilisée pour le suivi d’un objet non-rigide par interaction de caméras. Enfin, une méthode de suivi par filtrage à particules d’objets multiples avec analyse d’événement a été définie pour le suivi de deux objets non-rigides dans un environnement à deux caméras. Notre système peut êre facilement adaptées à de nombreux types de vidéo surveillance car aucune information sur les scènes n’est pré-requise. / The video surveillance is believed to play a so important role in the crime prevention that only in France, the number of cameras installed at public thoroughfare was tripled in the year 2009, from 20 000 to 60 000. Even though its increasing use has triggered a large debate about security versus privacy, it seems that no government has a willingness to stop the surveillance popularity. However, if we just put aside this social anxiety, from the scientific point of view, millions of surveillance systems do offer us a rich database and an exciting motivation for the multimedia research. We focus on the multiple non-rigid object tracking based on the Particle Filter method in multiple camera environments in this dissertation. The method of Multi-resolution Particle Filter Tracking with Consistency Check is firstly introduced as the basis of our tracking system. It is especially used for single non-rigid object tracking in videos of low and variable frame rate. It is then extended to track multiple non-rigid objects, denoted as Multi-object Particle Filter Tracking with Dual Consistency Check. It is in particularly applied to the challenge TRECVID 2009. An automatic semantic event detection and identification is integrated at last. Our tracking method is later extended from mono-camera to multi-camera environments. It is used for the single non-rigid object tracking with the interaction of cameras. Finally, a system named Multi-object Particle Filter Tracking with Event analysis is designed for tracking two non-rigid objects in two-camera environments. Our tracking system can be easily applied to various video surveillance systems since no prior knowledge of the scene is required.

Au cours des dernières années, la technologie GNSS a attiré beaucoup d’attention autour du monde et elle a été largement appliquée dans de nombreux domaines. D'autre part, le système d'exploitation ferroviaire avancé a été largement utilisé pour assurer la sécurité, la sûreté et l'efficacité du réseau ferroviaire. L'efficacité de ce système se fonde sur la disponibilité du positionnement fiable du train. L’application de cette technologie au positionnement du train est un domaine de recherche très prometteur. Dans cette thèse, plusieurs algorithmes sont proposés pour le positionnement du train en utilisant des signaux GNSS et un modèle géométrique de voie stocké dans la base de données à bord du train. Premièrement, la distance, vitesse du train sont estimées en utilisant des signaux GNSS et un modèle géométrique ‘idéal’ qui est composé de lignes droites, de courbes de transition et d'arcs de cercle. L’impact du rayon de courbure de la voie sur ces estimations est étudié. Deuxièmement, la distance, vitesse du train sont estimées en utilisant des signaux GNSS et un modèle géométrique ‘non-idéal’ qui est approché par une ligne polygonale avec un certain niveau d'incertitude. L’impact de l’incertitude de la voie sur ces estimations est étudié. Finalement, la distance, vitesse du train sont estimées à l’aide d’intégration des mesures GNSS et une base de données bruitée. L’impact des erreurs de GNSS et de la base de données sur ces estimations est étudié / Over these years, GNSS technology has attracted many attentions around world and it has been widely applied in navigation for airplanes, ground vehicles and boats. On the other hand, advanced railway operating systems have been widely used to guarantee the safety and efficiency of the railway network. The efficiency of these systems is based on the availability of reliable train positioning. Hence, applying GNSS technology to the train positioning is a very promising research area, since it has such important benefits as lower initial costs and lower maintenance. In this thesis, several algorithms are proposed for train positioning by using GNSS signals and the railway centerline stored in the onboard computer database. At first, the train travelled distance, speed are estimated by using GNSS signals and an ''ideal'' railway centerline which is composed of straight line segments, transition curves and arcs of circles. The impact of the railroad curvature on these estimations is studied. Secondly, the train travelled distance, speed are estimated by using GNSS signals and a ''non-ideal'' railway centerline which is defined by a polygonal line with some level of uncertainty. The impact of the track geometric model imprecision on these estimations is studied. Finally, the train travelled distance, speed are estimated by integrating the GNSS measurements with a track database. The impact of the GNSS measurements and the track database errors on these estimations is studied

Dans les systèmes de communications sans fil, le canal de transmission entre les antennes d’émission et de réception est l’une des principales sources de perturbation pour le signal. Les modulations multiporteuses, telles que l’OFDM (pour orthogonal frequency division multiplexing), sont très robustes contre l’effet des multi-trajets, et permet de retrouver le signal émis avec un faible taux d’erreur, quand elles sont combinées avec un codage canal. L’estimation de canal joue alors un rôle clé dans les performances des systèmes de communications. Dans cette thèse, on étudie des techniques fondées sur les estimateurs LS (pour least square, ou moindres carrés) et MMSE (pour minimum mean square error, ou erreur quadratique moyenne minimum). La technique MMSE est optimale, mais est beaucoup plus complexe que LS, et nécessite la connaissance a priori des moments de second ordre du canal et du bruit. Dans cette présentation, deux méthodes permettant d’atteindre des performances proches de LMMSE en évitant ses inconvénients sont étudiées. Une troisième partie étudie quant à elle les erreurs d’estimation dues aux interpolations. / In wireless communications systems, the transmission channel between the transmitter and the receiver antennas is one of the main sources of disruption for the signal. The multicarrier modulations, such as the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), are very robust against the multipath effect, and allow to recover the transmitted signal with a low error rate, when they are combined with a channel encoding. The channel estimation then plays a key role in the performance of the communications systems. In this PhD thesis, we study techniques based on least square (LS) and minimum mean square error (MMSE) estimators. The MMSE is optimal, but is much more complex than LS, and requires the a priori knowledge of the second order moment of the channel and the noise. In this presentation, two methods that allow to reach a performance close to the one of LMMSE while getting around its drawback are investigated. In another way, a third part of the presentation investigates the errors of estimation due to the interpolations.

Cette thèse est consacrée à l'étude mathématique d'un problème inverse en hydrogéologie : le but est d'identifier des fractures en milieu poreux, connaissant des mesures de l'écoulement dans le sous-sol. Le nombre, la localisation et les paramètres physiques des fractures sont recherchés. Ce problème est formulé comme la minimisation au sens des moindres carrés d'une fonctionnelle évaluant l'écart entre les mesures et les résultats du modèle direct. L'écoulement est celui d'un fluide monophasique incompressible (loi de Darcy). Un modèle traitant les fractures comme des interfaces est utilisé. Le problème direct est le modèle de fracture discrétisé par la méthode des éléments finis mixtes hybrides.Pour résoudre ce problème inverse, un nouvel algorithme itératif a été développé, basé sur l’utilisation d’indicateurs de fractures mis au point pendant la thèse. Ces indicateurs donnent une information au premier ordre concernant l'effet de l'ajout d'une nouvelle fracture. Comme ces indicateurs sont peu coûteux, un grand nombre de configurations de fractures sont testées à chaque itération. L’algorithme a été programmé, validé puis testé numériquement dans des situations variées, en utilisant des mesures synthétiques. Il donne des résultats très satisfaisants, bien que ce problème soit réputé difficile.Enfin, l’étude de l’identifiabilité du problème inverse a été amorcée. Pour un modèle simplifié de fractures (failles très perméables, cas le plus courant dans le sous-sol), on a montré que le problème. / This PhD is dedicated to the mathematical study of an inverse problem in hydrogeology: the goal is to identify fractures in porous medium, knowing measurements of the underground flow. The number, the location and the physical parameters of the fracture are looked for. This problem is formulated as the least squares minimization of a function evaluating the misfit between measurements and the result of the direct model. We used a model describing the flow of a monophasic incompressible fluid (Darcy's law), in a porous medium containing some fractures represented by interfaces. The direct problem is the fracture model discretized by the mixed hybrid finite element method. To solve this inverse problem, we developed an iterative algorithm, which is based on the use of fracture indicators that have been developed durig the thesis. These indicators give a first order information concerning the effect of the addition of a new fracture. As these indicators are inexpensive, a large number of configurations of new fractures is tested at each iteration. The algorithm was programmed, validated and tested numerically in various situations, using synthetic measurements. It gives very satisfactory results, although this problem is considered difficult. Finally, an early study of identifiability of the inverse problem of fractures in porous medium has been achieved. It allowed to prove the identifiability for a simplified model (very permeable faults, which is common in the underground). The question of identifiability for the full fracture model remains open.

L’évaluation des masses atomiques (Ame), commencée dans les années 1960, est la source la plus fiable d’informations complètes sur les masses atomiques. Elle fournit les meilleures valeurs pour les masses atomiques et les incertitudes associées en évaluant les données expérimentales de désintégration, de réactions et de la spectrométrie de masse. Dans cette thèse, la philosophie et les caractéristiques les plus importantes de l’Ame seront discutées en détail. Les développements les plus récents de l’évaluation, AME2016, tels que l’énergie de liaison moléculaire, la correction d’énergie des mesures par implantation, et la formule relativiste pour le processus de décroissance alpha, seront présentés. Une autre partie de cette thèse concerne l’analyse des données du spectromètre à piège de Penning ISOLTRAP au ISOLDE/CERN. Les nouveaux résultats sont inclus dans l’ajustement global et leurs influences sur les masses existantes sont discutées. La dernière partie de cette thèse porte sur les études des erreurs systématiques du spectromètre de masse à multi-réflexion à temps de vol d’ISOLTRAP, utilisant une source d’ions hors ligne et le faisceau de protons en ligne. A partir de l’analyse des mesures sélectionnées, j’ai trouvé que l’erreur systématique est beaucoup plus faible que les incertitudes statistiques obtenues jusqu’à présent. / The Atomic Mass Evaluation (AME), started in the 1960s, is the most reliable source for comprehensive information related to atomic masses. It provides the best values for the atomic masses and their associated uncertainties by evaluating experimental data from decay, reactions, and mass spectrometry. In this thesis, the philosophy and the most important features of the Ame will be discussed in detail. The most recent developments of the latest mass table (AME2016), such as molecular binding energy, energy correction of the implantation measurements, and the relativistic formula for the alpha-decay process, will be presented. Another part of this thesis concerns the data analysis from the Penning-trap spectrometer ISOLTRAP at ISOLDE/CERN. The new results are included in the global adjustment and their influences on the existing masses are discussed. The last part of this thesis is related to the systematic error studies of the ISOLTRAP multi-reflection time-of-flight mass spectrometer, using an off-line ion source and the on-line proton beam. From the analysis of the selected measurements, I found that the systematic error is much smaller than the statistical uncertainties obtained up to now.