Par l'exploitation de nos capacités visuelles, la visualisation scienti que entend proposer aux ingénieurs et aux chercheurs un outil visant à les assister dans l'acquisition de connaissance à partir de phénomènes complexes. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette lignée, à ceci près qu'il s'intéresse plutôt à l'utilisation des technologies de la Réalité Virtuelle dans le but d'amener un utilisateur expert au coeur du processus d'exploration et d'analyse des données, ce que nous appelons Exploration de données scienti fiques. Dans le but d'arriver à des processus d'exploration efficaces, notre recherche s'est portée sur la mise en place de techniques d'interactions intuitives, susceptibles d'exploiter au mieux les capacités sensorimotrices de l'être humain. Pour atteindre cet objectif, deux conditions nous paraissent être essentielles. D'une part, il faut que les informations transmises via différents canaux sensorimoteurs aient une certaine cohérence à être délivrées ensemble : il est primordial que l'exploitation d'un canal pour véhiculer une information ne soit pas en concurrence avec ce qui est fait sur un autre canal. D'autre part, il est souhaitable que le potentiel de chaque canal soit utilisé au meilleur de sa capacité. Dans ce contexte, ce travail a débuté par une analyse de l'utilisation de l'haptique dans l'Exploration de données scientifi ques. Pour ce type d'usage, il a été identifié quatre tâches fondamentales (Sélectionner, Localiser, Relier et Arranger) pour lesquelles l'haptique semble présenter un réel avantage par rapport aux autres canaux sensoriels. Pour chacune de ces tâches, nous avons montré, au travers d'une large étude bibliographique, comment l'interaction haptique pouvait être exploitée afi n d'off rir des méthodes d'exploration efficaces. Sur la base de cette analyse organisée autour de ces quatre catégories, nous avons ensuite mis en évidence les problématiques liées aux tâches identifiées. Ainsi, nous avons souligné, d'une part que l'haptique pouvait faciliter la sélection de données scienti fiques dans des contextes où celles-ci sont massives, et d'autre part nous avons montré le besoin de mettre en place de nouvelles méthodes de suivi de structures d'intérêts (iso-surfaces, lignes de courant etc.). Notre problématique ayant ainsi été posée, nous avons d'une part étudié l'utilisation de retour multimodaux non visuels pour la recherche et la sélection de cibles dans un environnent virtuel 3d. Les situations impliquant une ou plusieurs cibles furent analysées, et plusieurs paradigmes d'interaction ont été proposés. Dans cet ordre d'idées, nous sommes arrivés à défi nir et valider un principe directeur pour l'usage de retours haptico-sonores pour la recherche et la sélection d'une cible donn ée située dans une scène 3d pouvant en contenir plusieurs autres. Nous avons en eff et montré que, pour une telle tâche, il était préférable d'exploiter la spatialisation sonore a n de localiser la cible désirée dans l'espace, tandis que le retour haptique permettait une sélection précise de la cible. D'autre part, nous nous sommes attaqués aux problèmes liés au rendu haptique d'ensembles de données pouvant présenter de fortes variations. A cet eff et, suite à un rappel de l'apport de l'haptique pour le rendu de surfaces dans le domaine médical, nous avons analysé certains besoins pouvant être comblés par l'ajout de ce canal sensorimoteur dans l'analyse d'iso-surfaces issues de simulation de Mécanique des Fluides Numérique (MFN). Par la suite nous avons proposé et évalué, par l'intermédiaire d'expériences de perception et de mesures de performance, de nouvelles méthodes de rendu haptique d'iso-surfaces dont l'une des originalités est de pouvoir se passer d'une représentation polygonale intermédiaire. En fin, nous avons appliquécette nouvelle approche d'exploration de données scientifi ques à l'analyse des résultats d'une simulation d'un écoulement dans une cavité ouverte. Ainsi, nous avons proposé deux méthodes d'analyse multi-sensorielle, dédiées à l'exploration d'un ensemble de données issu d'une simulation de MFN, en exploitant les approches génériques développées précédemment. La première méthode concerne une analyse interactive de la géométrie de l'écoulement, alors que la seconde se rapporte à une analyse multi-sensorielle de la topologie de l'écoulement. Les premières évaluations menées ont indiqué que les méthodes proposées tendaient à favoriser une meilleure compréhension du phénomène analysé et qu'elles pouvaient diminuer la charge cognitive habituellement requise par une telle tâche. A titre de conclusion, soulignons que cette thèse de doctorat ouvre la voie à un certain nombre de perspectives de recherches. A court terme, il s'agit de compléter les travaux relatifs à l'analyse de l'aspect dynamique de la simulation d'un écoulement dans une cavité ouverte. Ces travaux consisteront à proposer et valider différentes interactions multimodales visant à examiner les échanges/recirculations pouvant exister entre/dans les parties de la dite cavité. Mais au-delà des travaux relatifs à la MFN, l'expérience acquise à travers ces travaux pluridisciplinaires (informatique, mécanique des fluides, ergonomie cognitive) me permettra à moyen terme d'élargir mes travaux de recherche à l'exploration de données médicales, météorologiques, ou géologiques.

L'objectif principal de cette thèse est de réaliser des études analytiques et numériques pour des problèmes de capillarité, de transfert de chaleur et de stabilité du procédé Bridgman démouillage. Pour le calcul de la forme du ménisque, sa surface sera donnée par l'équation de Young-Laplace décrivant l'équilibre sous la pression. Cette équation sera transformée en un système non linéaire d'équations différentielles. A partir d'études qualitatives et quantitatives de la solution, la dépendance de la forme du ménisque (convexe, concave, convexe-concave), de la différence de pression et d'autres paramètres du procédé, sera déterminée. Pour étudier la stabilité dynamique du système, l'épaisseur de l'espacement cristal-creuset et la position de l'interface liquide-solide sont des variables du problème et donc deux équations seront nécessaires, précisément, l'équation de Young-Laplace et le bilan thermique à l'interface liquide-solide. Par conséquence, ce travail est organisé comme suit: Des contributions récentes à la modélisation de certains problèmes de capillarité sont présentées dans le deuxième chapitre, à commencer par la formulation mathématique du problème capillaire régie par l'équation de Young-Laplace. Des études analytiques et numériques pour l'équation du ménisque sont élaborées pour le démouillage en microgravité et sur terre. Le troisième chapitre traite des contributions à la modélisation des problèmes de transfert de chaleur. Ainsi, les études analytiques et numériques pour l'équation non stationnaire de transfert de chaleur à une dimension sont effectuées afin de trouver des expressions analytiques de la distribution de la température et des gradients de température dans le liquide et dans le solide. L'équation de déplacement de l'interface liquide-solide est également obtenue du bilan énergétique à l'interface. Après quoi, l'effet de l'espacement cristal-creuset sur la courbure de l'interface liquide-solide est étudié pour un ensemble de paramètres représentatifs non-dimensionnels de la croissance de cristaux semi-conducteurs classiques. Une expression analytique pour la déflexion de l'interface, basée sur la théorie du flux de chaleur est rapportée. Afin de vérifier l'exactitude de la formule obtenue analytiquement et d'identifier ses limites de validité, l'équation de transfert de chaleur est résolue numériquement dans une symétrie axiale en 2D, pour un cas stationnaire et en utilisant le code d'éléments finis COMSOL Multiphysics 3.3. Le dernier chapitre est entièrement consacré à l'analyse de la stabilité. Tout d'abord, différents concepts de stabilité de Lyapunov qui peuvent survenir dans la croissance des cristaux: classique, uniforme, asymptotique et exponentielle d'un état d'équilibre; stabilité partielle de Lyapunov d'un état d'équilibre, et les mêmes types de stabilités de Lyapunov pour la solution temporelle sont présentés. Dans ce qui suit, après l'introduction de la notion de stabilité pratique sur une période de temps limitée, des études analytiques et numériques de la stabilité pratique sur une période de temps limitée du système non linéaire, des équations différentielles décrivant le déplacement d'interface liquide-solide et l'évolution de l'espacement cristal-creuset, pour des cristaux élaborés par le procédé Bridgman démouillage sous conditions terrestres sont développés. Enfin, les conclusions générales et perspectives de ce travail sont exposées.

L'explosion de la téléphonie cellulaire et le déferlement de normes de communication mobiles de couverture réduite (Wide, Local, Personal Area Networks, WAN, LAN et PAN), motivent de nombreuses études avec des approches très différentes. C'est dans ce contexte que s'inscrit ce travail de thèse qui propose une architecture reconfigurable pour la numérisation du signal radio de récepteurs mobiles multistandards. De la transition progressive du GSM vers l'UMTS en Europe découle le besoin de terminaux bi-mode GSM/UMTS dans un futur proche. Pour cette raison nous avons appliqué cette étude à ces deux normes. La première phase du travail cherche à déterminer la chaîne la mieux adaptée à la réception de différentes normes. Les récepteurs à conversion directe ou homodynes sont particulièrement adaptés à cette application car ils allient forte intégration et implémentation multi-standard. Mais la flexibilité d'un tel système impose des contraintes sévères pour le traitement analogique en bande de base. En effet, la bande de réception dans son intégralité (60MHz pour l'UMTS) se retrouve en bande de base. La deuxième phase propose une architecture reconfigurable GSM/UMTS pour la bande de base analogique. Une fois l'architecture du récepteur choisie, nous avons défini les fonctions assurées par le traitement du signal en bande de base ainsi que les blocs qui la constituent. Puis nous avons déduit l'architecture qui répond le mieux au cahier des charges fixé, notamment en ce qui concerne la reconfigurabilité. Nous avons privilégié une architecture qui nous permette de réutiliser telle quelle ou de reconfigurer, le maximum de blocs afin qu'ils servent aussi bien pour le GSM que pour l'UMTS. La troisième phase présente une méthode qui permet de définir un cahier de charges à partir des spécifications techniques d'une norme, pour les différents blocs de la bande de base analogique, à savoir amplificateurs à gain variable, filtre anti-repliement et convertisseur analogique-numérique. Ceci sera fait en termes de dynamique et de linéarité pour tous les éléments de la bande de base. Pour les filtres, nous définirons en plus leurs gabarits. Cette méthode met en évidence les compromis entre les fonctions de filtrage anti-repliement, conversion analogique - numérique et amplification à gain variable. La quatrième décrit un convertisseur analogique-numérique GSM/UMTS et enfin, la conception d'un filtre anti-repliement reconfigurable GSM/UMTS. Lors de cette phase du travail notre réflexion s'est portée sur le degré de reconfigurabilité de ce bloc et sur la recherche du meilleur compromis entre flexibilité, performance et surface. Enfin, une conclusion récapitule les principaux résultats obtenus et présente les perspectives.

Les villes regroupent la moitié de la population mondiale. Le suivi de leur croissance est devenu un enjeu majeur en aménagement du territoire, en écologie ou pour la défense. Ce suivi nécessite une connaissance fine de l'occupation du sol et de la géométrie tridimensionnelle du bâti. L'interférométrie par radar à synthèse d'ouverture (RSO) a fait ses preuves pour mesurer l'élévation du milieu naturel à basse résolution, mais il n'est pas certain que les progrès récents en imagerie RSO à haute résolution offrent des capacités suffisantes pour rendre compte de la complexité du milieu urbain. L'objectif de cette thèse était de répondre à cette question. En raison des réflexions multiples, des discontinuités et de la grande diversité des matériaux du milieu urbain, les images RSO et, a fortiori les interférogrammes, sont difficiles à interpréter. Une inversion classique de l'interférogramme ne fournit pas un Modèle Numérique de Surface exploitable. Nous avons donc proposé un ensemble de traitements de plus haut niveau qui prend en compte toute l'information disponible, aussi bien dans les images que dans leur interférogramme. Notre travail comporte une étape d'analyse du signal RSO et une chaîne de reconstruction 3D. L'analyse est faite à trois échelles: au niveau de la cellule de résolution par simulation électromagnétique, au niveau de l'objet par un découpage en sous-bandes et au niveau de la texture par modélisation statistique. Elle aboutit à l'identification de plusieurs caractéristiques de la scène et au calcul joint de l'élévation en chaque pixel et d'une classification.

La Boucle Locale Radio (BLR) ou Wireless Local Loop (WLL) est un système qui connecte les abonnés du réseau téléphonique commuté public (PSTN) grâce à une liaison radio. La BLR doit offrir les services suivants: la voix téléphonique, les données dans la bande du son et les services numériques. En France, les bandes de fréquence allouées à la BLR sont autour de 26 et 3,5 GHz. Les caractéristiques de la BLR à 26 GHz sont définies par la norme IEEE 802.16c. Dans le cadre de cette thèse, une boucle constituée de deux émetteurs/récepteurs fonctionnant dans la bande de 26 GHz a été étudiée. Le système était constitué dans un premier temps de composants disponibles commercialement. Il a été simulé avec le logiciel ADS de Agilent Technologies, et ensuite mis en œuvre au laboratoire RFM. Les récepteurs employés dans cette plate-forme étaient des récepteurs hétérodynes. Leur structure était donc complexe et la transmission altérée par les non-appariements en gain et en phase entre les voies I et Q des démodulateurs en quadrature. Afin de réduire sa complexité tout en gardant les mêmes performances du système, nous avons choisi de proposer une architecture homodyne du récepteur en introduisant le réflectomètre "cinq-port". Le réflectomètre cinq-port est un circuit passif linéaire ayant deux entrées et trois sorties. Il est constitué d'un circuit interféromètrique à cinq accès et de trois détecteurs de puissance. Un démodulateur cinq-port en technologie coaxiale a donc été introduit dans le système de transmission à 26 GHz. La démodulation étant validée avec ce circuit, un démodulateur cinq-port en technologie MHIC était réalisé. Afin de régénérer les signaux I et Q à partir des tensions de sortie du démodulateur cinq-port, un algorithme numérique particulier traite ces trois signaux. Ce traitement effectue simultanément la synchronisation trame et symbole ainsi que la synchronisation porteuse sur chaque trame de donnée transmise. Il inclut aussi une procédure adaptative d'auto-calibrage qui permet de régénérer les signaux I et Q tout en corrigeant tous les défauts de la chaîne de transmission contenant le cinq-port. Ce même traitement permet de corriger les non-appariements entre les deux voies d'un démodulateur classique en quadrature. Le système de transmission complet a été validé en réalisant la démodulation de signaux modulés en QPSK et en 16QAM avec des débits binaires atteignant 40 Mbit/s. Les diagrammes de constellation de phase obtenus étaient bien normalisés et les taux d'erreurs binaires étaient très proches que ceux définis par la norme de la BLR.

L'amélioration du rendement d'un moteur d'avion est reliée à l'élévation de la température de combustion. Les progrès de l'industrie aéronautique de ces 30 dernières années ont permis l'augmentation de cette température. Les aubes de turbine qui en subissent directement les effets ont vu leur métallurgie et leur géométrie évoluer avec le temps. Aujourd'hui, elles sont en superalliage monocristallin à base de nickel. Les barrières thermiques, constituées d'une sous-couche métallique et d'un dépôt céramique ont été développées pour protéger la surface de l'aube de la température et de l'environnement agressif (oxydation, corrosion à chaud). Parallèlement à l'évolution des matériaux, la géométrie de l'aube a également été adaptée. Un circuit de refroidissement interne permet la circulation puis l'éjection d'air par des micro-trous créant ainsi une fine couche protectrice à la surface de l'aube. Depuis des années, ces trous (diamètre de 0,45mm pour une profondeur comprise entre 1,5 et 3 mm) sont percés par laser impulsionnel ou par électroérosion favorisant ainsi le temps d'usinage. <br/>Ce travail porte sur l'étude du perçage laser impulsionnel milliseconde qui chauffe le matériau irradié, le fond puis vaporise une couche superficielle de liquide. La pression résultant, dite pression de recul, est la force motrice du perçage. L'objectif de cette étude est de définir et caractériser l'endommagement subi par le matériau après perçage laser. Les phénomènes d'éjection de la matière sont modélisés par éléments finis par l'adaptation d'un code initialement développé pour le soudage laser. Ce modèle est comparé à des mesures expérimentales de vitesse d'éjection liquide, de pression de recul ainsi qu'à des observations micrographiques fines qui montrent une couche de matière resolidifiée dont la microstructure est différente de celle du superalliage. Aujourd'hui, les modèles numériques utilisés pour prédire la durée de vie des pièces perforées ne prennent en compte que la dimension des trous donc le gradient de contrainte résultant. Les essais de fatigue à haute température réalisés dans cette étude avec deux types de perçage laser (une source femtoseconde et une source milliseconde) permettent de mettre en évidence l'influence de la modification de la matière induite par le procédé de perçage sur le comportement mécanique d'éprouvettes percées. Une étude de la vitesse de fissuration combinée à l'étude des faciès de rupture permet de comprendre les phénomènes d'amorçage et de propagation de fissure courte. Elle montre que l'engouement actuel pour les sources lasers ultrarapides (c'est-à-dire pico/femtoseconde), qui ne modifie pas la microstructure du perçage de la même façon qu'un laser classique (milliseconde) n'est pas obligatoirement justifié pour ce type d'application.

Cette thèse porte sur la conception d'une technique de tatouage sûr et robuste dans le contexte du traçage de documents multimédia, et propose un système complet du traçage de traîtres. Ces travaux s'appuient sur la technique de tatouage zéro-bit robuste 'Broken Arrows', dont nous proposons des améliorations afin de la rendre plus robuste, notamment à l'attaque de débruitage de A. Westfeld, et plus sûre. Sa sécurité est renforcée au regard des attaques connues et publiées, telles que l'attaque de regroupement de A. Westfeld et l'attaque d'estimation de sous-espace de P. Bas. Par ailleurs, nous étendons sa sécurité en considérant des attaques non publiées. Nous proposons ainsi une nouvelle technique de tatouage sûr, basé sur un test de décision 'a contrario' et une insertion avec maximisation sous contraintes d'imperceptibilité et de sécurité. Nous proposons dans le dernier chapitre un schéma complet de traçage de documents multimédia, basé sur les codes de Tardos en version q-aire symétrique et les techniques du tatouage améliorées mentionnées plus haut. Comme les techniques du tatouage sont très robustes, nous pouvons détecter plusieurs symboles en un seul bloc attaqué, ce qui nous permet de proposer deux méthodes d'accusation étendues pour le code de Tardos. Les études expérimentales montrent les bonnes performances de notre schéma de traçage, y compris face à des attaques jusqu'alors mal gérées comme la fusion de documents.

Comment caractériser et modéliser les paramètres qui contrôlent les mouvements verticaux, le flux thermique, la cinématique et la géométrie des failles néoformées durant les épisodes de rifting continental ? Pour répondre à cette question, un code explicite thermomécanique 2D a été utilisé. Dérivé de l'algorithme Flac, il permet de prendre en compte des comportements rhéologiques complexes (visco- élasto-plastique) et s'avère très efficace pour modéliser les déformations non-linéaires à courtes et moyennes échelles de temps et d'espace. Cependant, pour traiter des écoulements incompressibles, ce type de code devient moins performant. Pour palier à ce problème, un code éléments finis (FEM, 2/3D) thermomécaniquement couplé, a été développé. L'impact de la prise en compte de rhéologie viscoélastique et d'une surface libre sur la topographie à l'aplomb d'un panache mantellique a ainsi pu être quantifié. Un algorithme implicite permettant d'inclure une rhéologie visco-élasto-plastique consistante dans le code FEM 2D est en cours de développement. Par ailleurs, des expériences analogiques ont été menées en parallèle des études numériques 2D dans le but de valider l'approximation de déformation plane et de comprendre les implications tridimensionnelles de la présence d'hétérogénéités dans le socle pré-rift. Tous ces outils ont permis de mettre en évidence, comment, à différentes échelles, la présence de plusieurs couches de lithologies différentes, peut entraîner des accélérations locales de la subsidence, l'asymétrie des structures ou des inversions du sens de migration des dépôts-centres. En terme d'application, le golfe de Corinthe, un rift continental actif qui découpe la chaîne des Hellénides a reçu une attention particulière. La comparaison de modèles numériques 2D (Flac) et analogiques 3D a montré que l'évolution structurale d'est en ouest et la cinématique des failles du golfe peuvent être expliquées par la présence de la nappe des Phyllades dans les séries anté-rift du golfe.

Cette thèse démontre l'existence du mental humain comme réalité substantielle, qui déploie sa force créatrice tout le long de notre vie, et qui est aussi irréductible à notre cerveau que la masse m est irréductible au corps qui en manifeste la présence. Le phénomène ciblé est celui des mathématiques, vues sous la perspective de leur naissance/développement à l'intérieur de la vie d'un même homme : un homme apprend à lire, et à la suite de cet apprentissage l'évidence mathématique fait son apparition devant sa conscience. La formule utilisée pour exprimer l'unité de ce processus est "A→"A"→"A↔A" ", où les flèches expriment les différentes phases d'un seul et même vecteur : celui de notre force mentale. Le travail comprend trois parties : 1) Réincarner les mathématiques, dont le but est celui de rendre la mathématique au mathématicien incarné. 2) Réorienter le développement. Toute la théorie piagétienne/post-piagétienne sur le développement mental de l'être humain est ici exposée, discutée, réfutée et dépassée. 3) Redonner une voix à l'homme, où il est démontré que la voix humaine vient avant sa propre fréquence, ou que la fréquence de notre voix est le fruit de notre intention de nous exprimer, et pas l'inverse. Grâce à ce renversement, notre voix se révèle comme le fruit d'une attraction fréquentielle exercée par notre corps sur l'une de ses parties ; or ce même processus se répète dans le cas de l'apprentissage à lire/écrire. Une même force donc - la force de donner un sens à notre vie - engendre premièrement la formation de notre voix, ensuite celle de notre écriture, pour finalement faire éclater, au sein de cette même écriture, la lumière de l'évidence mathématique.

Ce travail porte sur l'étude des interrelations entre les domaines numérique-algébrique et géométrique (NAG) dans l'enseignement des mathématiques en classes de troisième et de seconde en France. L'objectif est de comprendre comment les enseignants utilisent et font travailler les élèves sur ces interrelations et d'étudier dans quelle mesure l'utilisation de telles interrelations peut favoriser le processus d'enseignement -apprentissage. En nous appuyant sur le cadre de la théorie de l'anthropologie du didactique développée par Yves Chevallard, nous partons de l'hypothèse qu'il y a un vide didactique pour ces interrelations en tant qu'outil et en tant qu'objet dans l'enseignement des mathématiques au secondaire. Malgré ce vide didactique, les interrelations sont présentes dans la pratique des enseignants, elles ont une place et un rôle important dans l'enseignement des mathématiques. Ce vide peut constituer un obstacle pour les élèves lors de la résolution de problèmes qui font appel, simultanément, aux domaines numérique-algébrique et géométrique et lors de la construction des nouvelles connaissances. La thèse présente les caractéristiques de pratiques enseignantes à propos du NAG dans le cadre de l'observatoire des pratiques sur le numérique initié par Alain Bronner. La méthodologie est de type clinique, elle s'appuie sur les données recueillies auprès de deux professeurs et de leurs élèves, dans une classe de troisième et une classe de seconde. Le travail comprend, à propos du NAG: une étude historique et épistémologique, une étude des programmes, l'étude des pratiques de deux professeurs et la mise en évidence des conditions actuelles de l'enseignement. La recherche a mis en évidence un problème didactique qui semble non identifié, voire sous-estimé, par les enseignants à propos du rôle des interrelations entre les domaines mathématiques.