Sur la Cordillère Royale en Bolivie, nous avons reconstitué les bilans de masse de 21 glaciers représentatifs, par photogrammétrie numérique. Les MNT's ont été construit à partir des clichés aériens de l'IGM-Bolivie de 1956, 1963, 1975, 1983, 1997 et 2006, avec une précision décimétrique ou métrique.<br />L'analyse des résultats sur le glacier du Zongo montre qu'un tiers de la surface du glacier (zone d'ablation) contrôle 80% du bilan de masse annuel. La série du Zongo constitue la série de bilan de masse glaciaire la plus longue et la plus précise des Andes tropicales.<br />Nous avons analysé les bilans de masse des 21 glaciers depuis 1956, lorsqu'on s'affranchit des tendances de ces glaciers, les variations temporelles du bilan de masse montrent un signal commun d'origine climatique.<br />Nous avons montré ainsi que 88% de la variance des bilans cumulés sont expliqués par l'exposition et l'altitude. Cette corrélation et les restitutions photogrammétriques ont permis de calculer les bilans de masse et la perte de surfaces de 376 glaciers au cours de la période 1963-2006 (43% de perte de leur volume et 48% de perte de leur surface depuis 1975).<br />Enfin, notre étude évalue la contribution des glaciers au système d'alimentation en eau potable de la ville de La Paz. En moyenne sur la période 1975-2006, la fonte glaciaire a contribué à hauteur de 18% et 15% sur la période récente 1997-2006 (12% en saison humide et 27% en saison sèche). Nous avons enfin calculé les débits attendus en cas de disparition totale des glaciers (12% en moins à l'année, 9% en moins en saison humide et 25% en moins en saison sèche).

Les considérations environnementales occupent une place croissante dans l'opinion publique ainsi que dans les politiques nationales et internationales. Le cas de la rivière en est un exemple particulièrement frappant : au centre d'enjeux multiples et pour certains hautement stratégiques (énergie, irrigation), elle est le théâtre d'un conflit d'usages donnant lieu à l'établissement de compromis particulièrement fins pour la gestion de la ressource. Dans les approches les plus courantes, la description de l'état et du fonctionnement d'un hydrosystème tel que celui de la rivière est effectuée par la mesure de variables physiques ou la mise en relation des variables d'intérêt avec les paramètres physiques quantifiables caractérisant le milieu (modèles hydrauliques, modèles hydrobiologiques). L'objectif de ce travail est donc de proposer une réponse à la question de la mesure de la géométrie de la rivière par télédétection. On s'attache tout d'abord à décrire le contexte particulier de la rivière mentionné plus haut puis à effectuer un état de l'art faisant ressortir une lacune pour la restitution du relief immergé par stéréo à travers l'eau avec des moyens légers. On propose ensuite une méthode complète d'acquisition d'images et de traitements permettant d'estimer le relief immergé de rivière. Le travail effectué repose sur la mise en oeuvre de moyens technologiques légers permettant une grande flexibilité pour l'acquisition des données. On se base sur les méthodes de stéréorestitution du relief, pour lesquelles on propose une adaptation au contexte spécifique de la photogrammétrie à travers l'eau. Enfin, on met en place des méthodes de correction des mesures brutes intégrant des contraintes a priori (cohérence hydraulique ; cohérence spatiale) pour la correction de l'effet de réfraction. L'application de la méthode développée en conditions opérationnelles sur une rivière peu profonde à fond de galets montre que la mesure du relief immergé par stéréophotogrammétrie est possible, et permet une représentation de la topographie du lit d'une qualité compatible avec les modèles hydrobiologiques (modèles habitat-poisson). On a ainsi développé, testé, validé et determiné les conditions d'application d'une méthode de mesure de la géométrie de la rivière par télédétection originale et complémentaire des technologies existantes.

La production de Modèles Numériques de Terrain (MNT) a subi d'importantes évolutions durant les deux dernières décennies en réponse à une demande croissante pour des besoins scientifiques et industriels. De nombreux satellites d'observation de la Terre, utilisant des capteurs tant optiques que radar, ont permis de produire des MNT couvrant la plupart de la surface terrestre. De plus, les algorithmes de traitement d'images et de nuages de points ont subi d'importants développements. Ces évolutions ont fourni des MNT à différentes échelles pour tout utilisateur. Les applications basées sur la géomorphologie ont profité de ces progrès. En effet, ces applications exploitent les formes du terrain dont le MNT constitue une donnée de base. Cette étude a pour objectif d'évaluer l'impact des paramètres de production de MNT par photogrammétrie et par InSAR sur la qualité de position et de forme de ces modèles. La qualité de position, évaluée par les producteurs de MNT, n'est pas suffisante pour évaluer la qualité des formes. Ainsi, nous avons décrit les méthodes d'évaluation de la qualité de position et de forme et la différence entre elles. Une méthode originale de validation interne, qui n'exige pas de données de référence, a été proposée. Ensuite, l'impact des paramètres de l'appariement stéréoscopique, du traitement interférométrique ainsi que du rééchantillonnage, sur l'altitude et les formes, a été évalué. Finalement, nous avons conclu sur des recommandations pour choisir correctement les paramètres de production, en particulier en photogrammétrie.Nous avons observé un impact négligeable de la plupart des paramètres sur l'altitude, à l'exception de ceux de l'InSAR. Par contre, un impact significatif existe sur les dérivées de l'altitude. L'impact des paramètres d'appariement présente une forte dépendance avec la morphologie du terrain et l'occupation du sol. Ainsi, le choix de ces paramètres doit être effectué en prenant en considération ces deux facteurs. L'effet des paramètres du traitement interférométrique se manifeste par des erreurs de déroulement de phase qui affectent principalement l'altitude et peu les dérivées. Les méthodes d'interpolation et la taille de maille présentent un impact faible sur l'altitude et important sur ses dérivées. En effet, leur valeur et leur qualité dépendent directement de la taille de maille. Le choix de cette taille doit s'effectuer selon les besoins de l'application visée. Enfin, nous avons conclu que ces paramètres sont interdépendants et peuvent avoir des effets similaires. Leur choix doit être effectué en prenant en considération à la fois l'application concernée, la morphologie du terrain et son occupation du sol afin de minimiser l'erreur des résultats finaux et des conclusions.

Nous proposons dans ce travail une étude de la fusion de connaissances et ses applications aux relevés de fouilles archéologiques sous‐marines. Le cadre de ce travail est la mesure fondée sur la connaissance, pouvant être décrite comme la synthèse entre des modèles théoriques élaborés par des experts du domaine étudié et d'un ensemble d'observations effectuées sur les objets à relever. Lors de l'étude d'un site archéologique, les relevés peuvent être effectués par des opérateurs différents et à des moments différents. Cette multiplication des observations induit des risques d'incohérence lors de l'agrégation de tous les résultats (objets mesurés deux fois, objets mal identifiés, ...). La construction d'un résultat final nécessite la mise en place d'un processus de fusion piloté par le responsable de l'étude. Un tel pilotage doit être automatisé tout en laissant à l'opérateur le choix des méthodes de rétablissement de la cohérence. Ce travail est divisé en trois parties : une étude théorique des méthodes de fusion connues, la mise en place de méthodes de fusion dans le cadre de la mesure fondée sur la connaissance et l'expérimentation des solutions proposées lors de relevés dans des applications grandeur nature. Dans la première partie, nous proposons une étude théorique des techniques de fusion de croyances existantes et nous proposons un nouveau cadre de fusion réversible permettant d'exprimer de manière équivalente ces méthodes de fusion d'un point de vue sémantique et syntaxique. Ce cadre est basé sur des pondérations par des polynômes qui permettent de représenter à la fois les priorités entre les croyances mais aussi l'historique des changements de ces priorités. Dans la deuxième partie, nous détaillons la mesure fondée sur la connaissance en décrivant une représentation des connaissances basée sur la notion d'entité. Cette représentation est exprimée dans le modèle Objet ainsi que sous forme semi‐structurée en XML. Nous proposons ensuite des techniques de fusion adaptées à cette représentation. Ces techniques sont basées sur la logique propositionnelle et la logique des prédicats instanciés. Des algorithmes de fusion sont décrits et étudiés. Dans la dernière partie, nous présentons les expérimentations des techniques de fusion mises en place. Nous proposons une description des outils développés et utilisés dans le cadre du projet Européen VENUS (http://www.venus‐project.eu) mais aussi leurs extensions à l'archéologie du bâti et à la biologie sous‐marine.

Cette thèse met en avant une démarche originale, celle de faire cohabiter l'utilisation d'une technologie moderne, au sein d'une étude archéologique conventionnelle centrée sur l'architecture grecque. L'utilisation de la modélisation 3D dans ce projet doctoral nous amène indubitablement à explorer de nouvelles problématiques en archéologie grecque. Pour ce faire, une réflexion sera menée sur les apports de cette technologie aux sciences archéologiques. En effet, la restitution d'un édifice antique en 3D implique des questionnements sur la réalité virtuelle créée. La modélisation 3D se fonde sur du matériel archéologique partiel altéré par le temps. C'est pourquoi il est nécessaire de prendre du recul face à une image 3D qui peut idéaliser une réalité archéologique. Notre étude s'appliquera aussi à apporter des solutions permettant de remédier à ces complications liées à la restitution virtuelle. De plus, la restitution 3D d'un édifice antique n'est pas une fin en soi. En d'autres termes, cette technologie doit par son approche intuitive apporter une nouvelle façon d'appréhender les questions qui touchent à la construction des édifices antiques. À commencer par les méthodes de constructions ou encore la faisabilité architecturale...etc. Dans un même temps, nous mènerons un examen architectural et archéologique dans le but de proposer une étude qui soit équilibrée et qui puisse être réutilisée par la recherche archéologique. Nos objectifs sont multiples et cette étude fait le vœu d'être ambitieuse. Pour cela, cette étude s'attellera à éviter l'écueil de proposer une approche ayant un cadre trop restrictif. C'est pourquoi nous envisageons de préférence une étude qui associera plusieurs groupes d'édifices aux fonctions différentes. De ce fait, en tenant compte d'un maximum de situations et de réalités archéologiques, notre examen gagnera en représentativité, tout comme cela lui assurera une probabilité plus grande d'être réutilisé dans la recherche pour d'autres applications liées à la restitution 3D. Cette thèse est aussi une occasion d'évoquer les questions liées à la valorisation du patrimoine culturel. Ce thème sera aussi abordé, car le partage du savoir ne doit pas seulement être destiné aux initiés, mais aussi auprès du grand public. Il s'agit là d'une mission essentielle que l'archéologie se doit de mener à bien. / This thesis puts forward a novel approach who will make cohabit together the use of a modern technology in a conventional archaeological study focused on Greek architecture. The use of 3D modeling in this doctoral project leads undoubtedly to explore new issues in the Greek archeology. To do this, we will consider to the benefits of this technology to archaeological sciences. Indeed, the restitution of an ancient building in 3D, involves questions on the virtual reality that created. 3D modeling is based on the archaeological material altered by the time. That is why, it is necessary to take a step back on a 3D picture that can idealize an archaeological reality. Our study will also apply to provide solutions to overcome these complications of the virtual restitution. Moreover, the 3D rendition of an ancient building is not an end in itself. In other words, this technology must provide a intuitive approach and a new way to understand the issues that affect at the construction of ancient buildings. Starting with the construction methods or architectural feasibility ... etc.. At the same time, we will conduct an architectural and archaeological examination in order to propose a study that is balanced and that can be reused by archaeological research. Our goals are many and this study wants to be ambitious. For this, this study will strive to avoid the pitfall of proposing an approach that is too restrictive. That is why we plan to combine preferably a study several groups of buildings with different functions. Therefore, taking into account a maximum of archaeological situations our study will be more representative, as this will ensure it a greater likelihood of being reused in the archeological studies. This thesis is also an opportunity to discuss issues related to the promotion of cultural heritage. This topic will also be addressed because the sharing of knowledge should not be accessible only to insiders, but it must also be affordable for the general public. This is an essential task that archeology must carry.

Les roches argileuses, très sensibles à la dégradation par les agents atmosphériques, se caractérisent par des mécanismes de glissement complexes, impliquant des glissements/éboulements de versants et la reprise ultérieure des matériaux argileux glissés et déstructurés par des laves torrentielles. Ce double mécanisme, très fréquent dans les Alpes, pose un problème aux responsables de l'aménagement du territoire, en raison de la soudaineté et de la dangerosité des éboulements et des laves torrentielles en cas de forte pluviométrie. Récemment, les méthodes de traitement du bruit sismique acquis en continu sur des mouvements de terrain rapides (éboulements et glissements coulées dans les sols argileux) ont montré qu'il était possible de mesurer des variations de paramètres sismiques (fréquences de résonance, vitesse de propagation des ondes S) de la zone instable. Dans deux cas d'étude (éboulement et coulée), le suivi temporel de ces paramètres à partir du bruit sismique a montré une variation significative avant le déclenchement d'un évènement gravitaire, pouvant être interprétée comme un signal précurseur. Le projet présenté vise à mettre au point une méthodologie de suivi temporel des mouvements complexes affectant les roches argileuses à partir de mesures de bruit sismique et d'acquisitions photogrammétriques. Des capteurs sismiques ont été implantés à la fois dans la zone de départ des éboulements et dans les ravines qui canalisent le matériau éboulé, afin d'étudier les variations de différents paramètres sismiques avant des instabilités de versant et le déclenchement de laves torrentielles. Ces mesures de bruit sismique ont été couplées à des campagnes d'acquisition photogrammétrique, ce qui a permis de déterminer les taux d'érosion des versants par éboulement et d'évaluer les volumes de matériaux déstabilisés susceptibles d'être affectés par des laves torrentielles. / Clay-rich rocks are very sensitive to weathering and are affected by complex sliding mechanisms, involving both slope sliding/falling and debris flows in a second stage. This double mechanism often occurs in the Alps and raise a problem for land managers, because of the suddenness of falls and flows. Recent studies have showed that continuous ambient vibration recordings could be used to infer seismic parameters (e.g. resonance frequency, shear wave velocity) that characterize the unstable mass. In both cases (falls and flows), the monitoring of these parameters evidences a significant variation before the triggering of gravitational movements, which has been interpreted as a precursory signal. We develop and test a monitoring methodology for such complex movements affecting clay-rich rocks, from ambient vibration measurements and photogrammetric acquisitions. We installed seismic sensors both in the scarp area and in the gullies, in which the material deposits, in order to study variations in seismic parameters before the triggering of movements. By combining these seismic measurements with regular photogrammetric acquisitions, we determine slope erosion rates and evaluate the material volumes likely to be affected by debris flows.

Le développement des appareils photos numériques, de la puissance de calcul des ordinateurs, les travaux de recherche en photogrammétrie et vision par ordinateur ont abouti à l’émergence récente de solutions opérationnelles permettant de construire de manière automatique des modèles 3D à partir de prises de vues à recouvrements multiples (multi stéréoscopiques).Par exemple, en prenant les « bonnes » photos, il est aujourd’hui possible de réaliser en quelques heures de calcul et quelques minutes d’interaction opérateur, des ortho-photos rigoureuses qui, il y a quelques années, auraient demandé des jours de restitution. Ces méthodes commencent à être répandues parmi certains acteurs du relevé patrimonial (architectes ou archéologues) et une économie commence même à se construire autour de services de modélisation 3D.Cependant ces méthodes restent loin d’être pleinement acceptées par la majorité des utilisateurs potentiels. Parmi les freins liés à la diffusion de ces techniques auprès des scientifiques du patrimoine, la méconnaissance des règles d’acquisition photographique permettant de tirer un parti optimum des outils de modélisation par photo.L’objectif de ce travail de thèse est de réaliser un travail de transfert et d’accompagnent effectif des outils du monde de la technologie et de l’informatique vers celui des utilisateurs dans le domaine du patrimoine. De manière plus spécifique, la thématique d’application choisie est celle de l’archéologie préventive, dans laquelle les contraintes de budget et de calendrier pour la réalisation des fouilles rendent particulièrement intéressantes les méthodes de relevé par photo.Nos travaux ont exclusivement porté sur la mise au point de méthodes photogrammétriques à partir de protocoles d’acquisition d’images fiables et légers, ainsi que de traitements adaptés à chaque étape de la chaîne de calcul.Le choix de traiter tel ou tel type d’objet dans le cadre de nos travaux est indépendant de toute classification des nombreuses spécialités de l’archéologie, mais est plutôt lié à un cadrage méthodologique, préférant multiplier les protocoles expérimentaux de documentation de petits artéfacts plutôt que de diversifier le type de vestiges à documenter. Au-delà du cas des petits artéfacts, les problématiques soulevées par la documentation d’une fouille archéologique comme site « vivant » ont aussi été partiellement abordées. Des méthodes de relevé capables d’enregistrer de manière exhaustive l’ensemble des objets découverts tout en les associant à une stratigraphie particulière ont en effet été étudiées / The development of digital cameras, the computational power of computers, photogrammetry and computer vision research has led to the recent emergence of operational solutions for building automatically 3D models from shooting multiple overlays (stereoscopic multi).For example, taking the "good" photos, it is now possible to achieve in a few hours of calculation and a few minutes of operator interaction, rigorous ortho-photos that, there a few years have asked for days restitution. These methods are starting to be widespread among some in the heritage survey (architects or archaeologists) and an economy even starting to build around 3D modeling services.However, these methods are far from being fully accepted by the majority of potential users. Among the brakes associated with the dissemination of these techniques to the scientific heritage, ignorance of the rules of photographic acquisition to take optimum advantage of modeling tools per photo.The objective of this thesis is to do a job transfer and accompany the actual world of technology tools and IT to the users in the field of heritage. More specifically, the theme chosen for application is that of preventive archeology, in which the constraints of budget and timetable for the completion of excavations make it particularly interesting methods identified by photograph.Our work has focused exclusively on the development of photogrammetric methods from acquiring reliable and lightweight image protocols and treatments for each stage of the calculation chain.The choice to treat a particular type of object in the context of our work is independent of any classification of the many specialties of archeology, but is instead linked to a methodological framework, preferring multiply experimental protocols documentation rather small artifacts that diversify the type remains to be documented. Beyond the case of small artifacts, the issues raised by the documentation of an archaeological dig as a site "living" were also partially addressed. Survey methods capable of recording exhaustively all objects discovered while linking to a particular stratigraphy have indeed been studied

Cette thèse s'intègre dans le processus qui conduit de l'acquisition numérique 3D à<br />la réalisation de maquettes virtuelles destinées à l'architecture et à l'archéologie.<br />Elle débute par l'étude des techniques d'acquisition 3D utilisées, la lasergrammétrie<br />et la photogrammétrie architecturale, et se poursuit par une analyse comparative<br />détaillée de ces dispositifs, basée sur de multiples expérimentations réalisées sur le<br />terrain lors de la collaboration entre le Map-Crai et le Map-Page.<br />Ensuite une réflexion sur la morphologie architecturale est abordée autour de ses<br />variantes typologiques et architectoniques, suivie par les questions théoriques<br />soulevées par la modélisation 3D et plus spécifiquement la modélisation<br />architecturale.<br />Diverses expérimentations sont ensuite présentées, elles constituent le support<br />d'une réflexion sur le développement d'outils numériques destinés à faciliter la<br />modélisation géométrique architecturale. La principale contribution de cette thèse<br />correspond à l'association de cette réflexion empirique à une approche analytique<br />fondée sur nos connaissances théoriques en architecture, qui aboutit à l'identification<br />de primitives géométriques contraintes, les moulures. Les outils numériques ainsi<br />développés dans un logiciel de CAO définissent ces primitives géométriques<br />ajustables dont le champ d'application initial, spécifique à l'architecture classique,<br />sera étendu à l'architecture khmère.<br />Enfin une proposition plus évoluée correspondant à la téléologie de cette thèse,<br />obtenir de façon efficace un résultat conforme au cahier des charges de la<br />modélisation architecturale et archéologique, est intégrée dans un logiciel de<br />synthèse d'image.

Tirée par le développement et la démocratisation des globes numériques et des systèmes de géolocalisation grand public, la numérisation 3D mobile terrestre en milieux urbains s'est développée de manière très importante ces dix dernières années. Les principaux verrous résiduels de ces systèmes reste d'une part la localisation précise des données pour certaines applications (conduite autonome urbaine, levers de géomètres, etc.) du fait des masques et multi-trajets GPS dans les canyons urbains et d'autre part le passage à l'échelle du traitement de l'information vu les volumes de données considérables acquis chaque jour (plusieurs To).La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation de la numérisation mobile, aussi bien du point de vue système que du point de vue usage. Une description fine du système Stéréopolis V2, véhicule de numérisation mobile multi-caméras développée au laboratoire MATIS de l'Institut National de l'Information Géographique et Forestière, est faite afin de présenter les données utilisées dans cette thèse. Les blocs d'images manipulés dans ces travaux sont constitués de plusieurs centaines de milliers à un million d'image. La seconde partie est consacrée à la calibration du système: calibration intrinsèque de caméra, tout d'abord, en utilisant une géométrie d'acquisition de type panoramique, qui permet de s'affranchir de réseaux de cibles 3D métrologiques. Une calibration extrinsèque des imageurs du véhicule, ensuite, qui permet de déterminer de façon précise la position et l'orientation de caméras sur un dispositif de numérisation mobile. Deux procédures sont détaillées et comparées: l'une dite "off-line" nécessitant une acquisition spécifique avec un réseau de cibles métrologiques et l'autre dite "on-line" utilisant uniquement les données d'acquisition standards. Nous démontrons que la méthode "on-line" produit dans les mêmes conditions une précision comparable à celle "off-line" tout en étant plus adaptée aux variations de conditions d'acquisition in-situ. La troisième partie détaille le processus de compensation par faisceaux appliquée aux données de numérisation mobile multi-caméras qui permet d'estimer la pose d'un grand nombre d'images. La mise en équation ainsi que différents cas d'utilisations de la méthode sont explicités. La structuration et la gestion des données dans un entrepôt est elle aussi développée car elle permet la gestion d'importants volumes et donc le passage à l'échelle tout en restant performante. La quatrième et dernière partie propose différentes méthodes de recalage qui peuvent être utilisées aussi bien de manière individuelle que combinées afin de permettre de mettre en cohérence des séquences d'images distinctes (boucles, passage multi-dates, etc.) dans des contextes applicatifs différents

Ce travail s'insère dans un projet global de modélisation de scènes urbaines à partir d'images satellitaires très haute résolution. Le projet a été proposé dans le cadre d'une collaboration entre l'IGN et le CNES et l'université de Paris 5. L'objectif final du projet sera de fournir un système automatique permettant de classifier la scène en deux thèmes ; bâti et routes et de reconstruire les bâtiments en 3D. Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse uniquement à la modélisation des bâtiments. <br />On dispose en entrée de couples stéréoscopiques panchromatiques à [50-70 cm] de résolution et de faible rapport Base sur Hauteur B/H [0.05-0.2]. On exclut la multiscopie.<br />Étant donnée la complexité d'une extraction fine et détaillée des toits en contexte satellitaire, on propose de modéliser la scène urbaine par une surface 3D hybride fournissant différents niveaux de description en fonction de la fiabilité des primitives extraites : points 3D, segments 3D et surfaces planes. <br />Une stratégie mixte a été adoptée. Tout d'abord, une stratégie ascendante basée sur les images permet d'extraire les primitives 3D (segments 3D et facettes 3D). Deux stratégies complémentaires d'extractions de primitives seront détaillées. Une description multi-échelles est utilisée pour la segmentation des images. Notre apport consiste essentiellement dans l'appariement global de deux segmentations multi-échelles du couple stéréoscopique.<br /><br />L'ensemble des primitives sera validé par une approche descendante et permettra de contraindre la modélisation de la surface 3D.<br />Le problème de modélisation de surface 3D peut être formulé comme un problème de minimisation d'énergie. Il sera résolu par optimisation à base de flots de graphes, contrainte par les primitives 3D. Le graphe 3D hybride sera construit à partir d'un volume de corrélation sur la scène 3D et des primitives 3D extraites. La surface finale est obtenue par recherche de la coupe de capacité minimale dans ce graphe 3D.<br /> La majeure contribution de notre approche consiste à utiliser des primitives 3D extraites et des données externes telles que le réseau routier ou les plans cadastraux pour contraindre le problème d'optimisation et modéliser de manière explicite les occultations et les discontinuités.<br />Le produit final, sera un Modèle Numérique d'Élévation hybride « raster/vecteur », permettant d'exploiter à chaque endroit de la scène, les primitives du niveau le plus élevé que l'on a pu reconstruire de manière fiable.<br /><br />Mots-clés : images satellitaires haute résolution, stéréoscopie, Modèle Numérique d'Élévation, primitives 3D, mise en correspondance de régions, appariement multi-échelles, optimisation à base de flots de graphes.