Réduire la vulnérabilité et accroître la résilience des sociétés d'aujourd'hui aux fortes précipitations et inondations exige de mieux caractériser leur très forte variabilité spatio-temporelle observable sur une grande gamme d'échelle. Nous mettons donc en valeur tout au long de cette thèse l'intérêt méthodologique d'une approche multifractale comme étant la plus appropriée pour analyser et simuler cette variabilité. Cette thèse aborde tout d'abord le problème de la qualité des données, qui dépend étroitement de la résolution temporelle effective de la mesure, et son influence sur l'analyse multifractale et la détermination de lois d'échelle des processus de précipitations. Nous en soulignons les conséquences pour l'hydrologie opérationnelle. Nous présentons la procédure SERQUAL qui permet de quantifier cette qualité et de sélectionner les périodes correspondant aux critères de qualité requise. Un résultat surprenant est que les longues chronologies de pluie ont souvent une résolution effective horaire et rarement de 5 minutes comme annoncée. Ensuite, cette thèse se penche sur les données sélectionnées pour caractériser la structure temporelle et le comportement extrême de la pluie. Nous analysons les sources d'incertitudes dans les méthodes multifractales " classiques " d'estimation des paramètres et nous en déduisons des améliorations pour tenir compte, par exemple, de la taille finie des échantillons et des limites de la dynamique des capteurs. Ces améliorations sont utilisées pour obtenir les caractéristiques multifractales de la pluie à haute résolution de 5 minutes pour plusieurs départements de la France (à savoir, les départements 38, 78, 83 et 94) et pour aborder la question de l'évolution des précipitations durant les dernières décennies dans le cadre du changement climatique. Cette étude est confortée par l'analyse de mosaïques radars concernant trois événements majeurs en région parisienne. Enfin, cette thèse met en évidence une autre application des méthodes développées, à savoir l'hydrologie karstique. Nous discutons des caractéristiques multifractales des processus de précipitation et de débit à différentes résolutions dans deux bassins versant karstiques au sud de la France. Nous analysons, en utilisant les mesures journalière, 30 minutes et 3 minutes, la relation pluie-débit dans le cadre multifractal. Ceci est une étape majeure dans la direction d'une définition d'un modèle multi-échelle pluie-débit du fonctionnement des bassins versants karstiques

Les missions robotiques sont généralement exprimées à travers des buts à atteindre (objectifs) tout en respectant des conditions impératives (contraintes). Ces entrées opérationnelles pouvant être inconnues à l'avance, l'utilisation des méthodes de commandes réactives est courante. Cependant, ces approches se limitent généralement à la résolution du problème de commande, celui-ci étant considéré comme résoluble. Le simple cas d'une articulation soumise simultanément à des contraintes de limites d'accélération et de position montre que les incompatibilités sont fréquentes. Dans ce cadre, une méthodologie est proposée pour analyser et garantir la sécurité au niveau de la commande, et des études de cas sont exposées. S'en dégagent deux résultats principaux: 1/ l'expression intuitive des contraintes de position nécessite une modification pour rester compatible avec les contraintes d'accélérations; 2/ les accélérations opérationnelles dépendant de la configuration, la compatibilité entre évitement d'obstacle et limites d'accélérations articulaires ne peut être établie simplement et le recours à des comportements alternatifs sûrs est nécessaire. Ces résultats sont illustrés à travers des expériences sur un manipulateur à 6 DDL. La résolubilité du problème étant assurée, la qualité de sa résolution obéit à plusieurs critères : sécurité, optimalité, efficacité, etc. La sécurité étant un prérequis, deux compromis sont proposés. Premièrement la Constraints Compliant Control (CCC), basée sur un principe d'évitement passif, donne des résultats performants et robustes. Ensuite, l'utilisation d'une configuration virtuelle déplacée offre un compromis entre efficacité et optimalité.

Cette thèse porte sur l'étude du positionnement optimale des réseaux de capteurs pour la localisation de sources. Nous avons étudié deux approches: l'approche basée sur les performances de l'estimation en termes d'erreur quadratique moyenne et l'approche basée sur le seuil statistique de résolution (SSR).Pour le première approche, nous avons considéré les bornes inférieures de l'erreur quadratique moyenne qui sont utilisés généralement pour évaluer la performance d'estimation indépendamment du type d'estimateur considéré. Nous avons étudié deux types de bornes: la borne Cramér-Rao (BCR) pour le modèle où les paramètres sont supposés déterministes et la borne Weiss-Weinstein (BWW) pour le modèle où les paramètres sont supposés aléatoires. Nous avons dérivé les expressions analytiques de ces bornes pour développer des outils statistiques afin d'optimiser la géométrie des réseaux de capteurs. Par rapport à la BCR, la borne BWW peut capturer le décrochement de l'EQM des estimateurs dans la zone non-asymptotique. De plus, les expressions analytiques de la BWW pour un modèle Gaussien général à moyenne paramétré ou à covariance matrice paramétré sont donnés explicitement. Basé sur ces expressions analytiques, nous avons étudié l'impact de la géométrie des réseaux de capteurs sur les performances d'estimation en utilisant les réseaux de capteurs 3D et 2D pour deux modèles des observations concernant les signaux sources: (i) le modèle déterministe et (ii) le modèle stochastique. Nous en avons ensuite déduit des conditions concernant les propriétés d'isotropie et de découplage.Pour la deuxième approche, nous avons considéré le seuil statistique de résolution qui caractérise la séparation minimale entre les deux sources. Dans cette thèse, nous avons étudié le SSR pour le contexte Bayésien moins étudié dans la littérature. Nous avons introduit un modèle des observations linéarisé basé sur le critère de probabilité d'erreur minimale. Ensuite, nous avons présenté deux approches Bayésiennes pour le SSR, l'une basée sur la théorie de l'information et l'autre basée sur la théorie de la détection. Ces approches pourront être utilisée pour améliorer la capacité de résolution des systèmes.

L'hydrodynamique du Golfe du Lion, situé en Méditerranée Nord Occidentale, fait intervenir de nombreux processus physiques, présentant des échelles de variabilité spatiale et temporelle très hétérogènes. La plupart de ces processus sont générés en réponse aux conditions atmosphériques et en particulier au forçage du vent. Ce travail de thèse contribue à la compréhension de cet impact sur les processus de petit échelle et met en évidence l'intérêt de la haute-résolution de ces forçages. Dans un premier temps, une étude de processus a permis de mettre en évidence l'influence du vent sur la génération d'un tourbillon méso-échelle situé à l'Est du golfe, pécédemment observé par radars HF. Les influences respectives de la bathymétrie, des effets de flottabilité et de la circulation générale ont également été évaluées à l'aide de configurations idéalisées du modèle hydrodynamique MARS3D. Dans un deuxième temps, différents modèles atmosphériques, de résolutions différentes, ont été comparés en tant que forçage d'un modèle hydrodynamique réaliste du Golfe du Lion. D'un point de vue énergétique, les mouvements inertiels de la couche de surface, les oscillations de la thermocline et la variabilité méso-échelle de l'océan sont amplifiés avec le modèle atmosphérique haute- résolution AROME. Cette étude également permis de mettre en évidence l'importance de la variabilité spatiale du vent pour la génération de l'upwelling au Nord du plateau et les intrusions le long de la côte Ouest.

La réutilisation d'applications n'est pas un problème récent et de nombreux travaux ont étudié différentes façons de réutiliser tout ou partie d'une application. L'apparition des services et des composants au niveau fonctionnel facilite la construction et l'extension d'applications par composition de fonctionnalités indépendantes. En parallèle, des travaux sur les Interfaces Homme-Machine (IHM) proposent des solutions pour créer des IHM par composition d'IHM existantes. Mais ce n'est que récemment que des travaux se sont intéressés à composer l'ensemble d'une application. Malgré cela, ils ne proposent que des compositions simples tant au niveau des IHM que fonctionnel. Ces travaux de thèse proposent une approche pour faciliter le travail du développeur en lui permettant de réutiliser l'intégralité des applications à composer, c'est-à-dire, la partie fonctionnelle, l'IHM et les interactions entre l'IHM et la partie fonctionnelle. La proposition faite dans cette thèse lui permet de continuer d'utiliser les outils industriels dont il dispose pour composer les parties fonctionnelles des applications. Ainsi, c'est au travers de cette composition fonctionnelle ainsi que des interactions entre la partie fonctionnelle et l'IHM présentes dans les applications que se fera l'identification des éléments d'IHM à conserver et la création de l'application résultante. Cette approche repose sur un méta-modèle AliasComponent qui fournit une architecture à base de composants permettant de décrire à la fois les applications (en distinguant la partie fonctionnelle, les IHM et les interactions entre les deux) et la composition fonctionnelle. Ce méta-modèle permet ainsi d'extraire des applications existantes et de la composition fonctionnelle l'ensemble des informations essentielles à la réalisation de la composition des applications. Elle s'appuie aussi sur une formalisation qui permet la réalisation de la composition, c'est-à-dire, la déduction des éléments d'IHM à conserver, la détection de doublons non identiques (lorsque plusieurs widgets différents peuvent convenir), l'aide à la résolution de ceux-ci et la création de l'application résultante de la composition. Cette formalisation pose également les propriétés que doivent respecter les applications et le résultat de la composition assurant ainsi une application résultante fonctionnelle. Le méta-modèle et la formalisation sont intégrés au sein d'un processus d'aide à la composition. La solution proposée a, quant à elle, été mise en oeuvre au sein d'un atelier d'aide à la composition qui a permis de valider l'approche.

Nous proposons de traiter dans cette thèse, une partie du vaste domaine de la recherche dans le domaine des incendies de forêt. Nous nous intéressons plus particulièrement à la formalisation des connaissances (structuration des connaissances et de leurs interrelations) pour l'analyse du comportement des feux de forêt et plus précisément pour la modélisation de la vitesse de propagation d'un front de flammes. Le système incendie de forêt, de par sa complexité, doit être appréhendé par une démarche modélisatrice du phénomène (expérimentation, modélisation et validation). Nous proposons dans cette thèse, par la formalisation du corpus de connaissances issues d'expérimentations en milieu naturel, d'apporter une aide à la modélisation du comportement des incendies de forêt. Un prototype de système de gestion des connaissances est élaboré afin d'assister les scientifiques chargés de conduire des expérimentations en milieu naturel. Ce système de gestion des connaissances étant partie intégrante des outils informatiques à mettre en œuvre dans une zone atelier, nous nous permettrons d'imaginer ce que pourrait être une zone atelier pour la modélisation du comportement des incendies de forêt en France. La première partie de la thèse a pour objet de présenter le système incendie de forêt, la démarche de modélisation pour l'analyser ainsi que le recours à la démarche de formalisation de connaissance pour assister le modélisateur. La deuxième partie présente l'acquisition des connaissances dans le domaine de l'expérimentation en milieu naturel pour l'étude du comportement d'un incendie de forêt et leur formalisation à l'aide du langage de modélisation UML. La troisième partie présente, un prototype d'un système de gestion des connaissances issues d'expérimentations en milieu naturel : MODELLIS (MODELLed-Information System). Nous voyons comment celui-ci pourrait être intégré à ce que pourrait être une zone atelier pour l'étude du comportement des incendies de forêt dans le Sud de la France.

Depuis le milieu des années 1990, l'INFO-STRATEGIE, c'est-à-dire la stratégie de mise en place de l'Information Géographique, est au cœur des préoccupations des gestionnaires du territoire et des urbanistes. Elle nécessite des données multi-sources, multi-échelles et mises à jour régulièrement à une périodicité adaptée à l'évolution du milieu urbain. Les images d'Observation de la Terre représentent un potentiel important d'acquisition d'IG. Actuellement, le marché connaît une évolution majeure avec la mise en orbite de produits-systèmes Très Haute Résolution (THR) de résolution inférieure à 5 m. Cette évolution technologique débouche sur une abondance de données numériques, sources potentielles d'IG en milieu urbain, modifie les attentes des utilisateurs et transforme leurs applications. Une réflexion en termes de demande (formalisation des besoins) et non plus d'offre est indispensable pour répondre à la multiplication de l'utilisation d'IG à diverses échelles. Par ailleurs, répondre aux besoins des « utilisateurs finaux » (politiques, gestionnaires, techniciens) revient à préciser les ajustements nécessaires à la définition des capacités des nouveaux produits-systèmes. A partir d'une enquête auprès des utilisateurs d'IG, un cahier des charges précisant les besoins en information à grande échelle est établi. Des « niches potentielles d'utilisation » des images métriques sont identifiées. Des tests sont appliqués pour analyser les gains dans l'utilisation de ces nouveaux capteurs. L'un des enjeux de l'augmentation de la résolution spatiale est une nouvelle vision du territoire plus proche de la réalité. Les objets urbains s'individualisent (domaine de l'identification) et sont caractérisés par leurs éléments constitutifs (domaine de l'analyse). Cet apport de détails perturbe les procédures classiques d'extraction automatiques et complexifie l'attribution des objets aux nomenclatures existantes. Le test de plusieurs algorithmes classiques conduit à la formalisation de règles d'identification des objets urbains sur des images THR. Ces règles sont intégrées dans une procédure de classification « orientée-objets ».

On présente trois algorithmes dans cette thèse: Le premier algorithme résout de systèmes polynomiaux homogènes et paramétrés zéro-dimensionnels avec un temps simplement exponentiel en le nombre n des inconnus, cet algorithme décompose l'espace des paramètres en un nombre fini d'ensembles constructibles et calcule le nombre fini de solutions par de représentations rationnelles paramétriques uniformes sur chaque ensemble constructible. Le deuxième algorithme factorise absolument de polynômes multivariés paramétrés avec un temps simplement exponentiel en n et en la borne supérieure d de degrés de polynômes à factoriser. Le troisième algorithme décompose les variétés algébriques définies par de systèmes algébriques paramétrés de dimensions positives en composantes absolument irréductibles d'une manière uniforme sur les valeurs des paramètres. La complexité de cet algorithme est doublement exponentielle en n. D'autre part, la borne inférieure du problème de résolution de systèmes algébriques paramétrés est doublement exponentielle en n.

Depuis la découverte de la première exoplanète autour d'une étoile de la séquence principale en 1995, seule une poignée d'exoplanètes ont été détectées par imagerie directe du fait de la grande différence de contraste qui existe entre les étoiles et les planètes. L'instrument SPHERE pour le VLT fait partie d'une nouvelle génération d'instruments dédiés à la détection directe de planètes géantes gazeuses qui combine un système d'OA extrême et des coronographes de dernière génération pour allier haute résolution angulaire et haut contraste. IRDIS, le spectro-imageur différentiel de SPHERE, offre plusieurs modes d'observation dans le proche infrarouge, dont les deux principaux sont l'imagerie différentielle (DBI) et la spectroscopie longue fente (LSS). Durant ma thèse j'ai étudié au moyen de simulations numériques détaillées les performances des modes DBI et LSS pour la détection et la caractérisation des exoplanètes. En mode DBI j'ai utilisé les méthodes SDI et ADI pour éliminer les speckles qui limitent intrinsèquement les données, puis j'ai estimé les limites de détection et la précision photométrique de IRDIS en imagerie afin de déterminer une séquence de paires de filtres optimale pour la caractérisation des exoplanètes. En utilisant cette séquence, j'ai pu estimer les températures effectives des planètes qui seront effectivement caractérisables avec IRDIS. En mode LSS, j'ai développé une méthode d'analyse des données spécifique pour les spectres dominés par les speckles et j'ai étudié ses performances en détail pour la caractérisation des exoplanètes. Enfin, j'ai travaillé sur la stratégie d'observation à adopter pour la caractérisation des exoplanètes avec IRDIS au moyen de tests en aveugle en imagerie et en spectroscopie. Ces tests m'ont permis de confirmer les résultats obtenus dans le cadre du travail détaillé sur les modes DBI et LSS, et en particulier d'étudier la discrimination des contaminants stellaires dans les données de IRDIS.

L'étude des sédiments laminés, permettant des reconstitutions paléoenvironnementales à haute résolution, constitue le fil directeur de notre thèse. Les lacs d'Anterne (2063 m asl) et du Bourget (231,5 m asl), tous deux situés dans les Alpes françaises du nord, ont été choisis afin de contribuer à la compréhension de l'évolution du climat dans cette région et d'étudier l'impact de activités humaines sur les environnements alpins et périalpins. Un des défis de cette thèse est donc de distinguer le rôle respectif de ces deux facteurs dans les changements observés à travers l'étude des sédiments. La séquence sédimentaire du lac d'Anterne couvre la majeure partie de l'Holocène. L'évolution des processus d'érosion dans le bassin versant a pu être reconstituée à partir d'analyses sédimentologiques et d'une approche " source-puits " appliquée aux analyses géochimiques organiques et minérales. Cette approche méthodologique, couplée aux indicateurs quantitatifs d'érosion, a permis de mettre en évidence l'évolution des couvertures pédologiques, lesquelles sont contrôlées par la lithologie, la topographie, la végétation, le climat et l'usage des sols. Les résultats obtenus ont apporté des éléments de réponse sur l'origine climatique et/ou anthropique des changements observés. Une évolution progressive au début de l'holocène (9950-5450 cal. BP) avec mise en place des sols (processus de décarbonatation et d'acidification) et de la végétation, puis stabilisation de celle-ci a ainsi été mise évidence. Des conditions anoxiques se sont développées au fond du lac au cours de cette phase de stabilisation. Elles sont interprétées comme la conséquence d'une végétation bien développée dans le bassin versant. Une évolution régressive des sols, accompagnée d'importants processus d'érosion débute vers 5450 cal. BP, en raison d'un renversement climatique vers des conditions plus froides. Cette histoire régressive se poursuit en réponse à une pression anthropique renforcée (déforestation, activité pastorale) à l'Age du Bronze (autour de 3400 cal. BP), durant la fin de l'Age de Ferdébut de la période Romaine (2400-1800 cal. BP) et au Bas Moyen Age (1000-1200 ap. J.-C.). Nos interprétations ont pu être confortées et enrichies grâce au croisement de nos données avec des reconstitutions climatiques obtenus sur le site d'étude (température à partir des chironomes) et dans la région, et avec des données de paléovégétation (pollen, bois fossiles) et d'archéologie acquises dans le massif entourant le Lac d'Anterne. L'enregistrement du lac du Bourget ne couvre que les 120 dernières années. L'intérêt de cette archive est l'étude de la variabilité hydroclimatique annuelle à décennale et la reconstitution de l'évolution des conditions trophiques et de l'oxygénation du fond du lac en relation avec les activités humaines (rejet d'eaux usées, activités agricoles) et le climat. Contrairement à Anterne, les sédiments laminés du Lac du Bourget sont varvés. Une datation juste, précise et à haute résolution a donc été obtenue. A partir des analyses sédimentologiques et géochimiques, notre étude a pu mettre en évidence les effets opposés des crues du Rhône (affluent temporaire du lac) sur la qualité des eaux du lac (apport de nutriments mais aussi d'oxygène). Un intérêt particulier a donc aussi été porté à la compréhension des facteurs contrôlant les crues du Rhône (climat/activités anthropiques).