En TAO des ondes sont transmises dans le milieu marin conduisant à l'observation de plusieurs versions du signal émis diversement atténuées et retardées. On s'intéresse ici au problème de l'estimation de ces temps de retard. Les méthodes de type maximum de vraisemblance présentent l'inconvénient de nécessiter la connaissance a priori du nombre de trajets et sont sensibles à une mauvaise initialisation des paramètres. Afin de s'affranchir de ces limitations, on propose une approche bayésienne basée sur la prise en compte d'une information a priori concernant les amplitudes des trajets reçus. On propose alors 2 méthodes différentes de déconvolution. La première utilise comme information la sortie d'un récepteur quadratique et conduit à la minimisation d'un critère simple et de faible complexité. Dans la seconde méthode proposée, le signal est observé après le filtrage adapté. On introduit un modèle Bernoulli Gaussien et le problème est résolu en utilisant des simulations de Monte-Carlo. La mise en œuvre de ces deux méthodes sur des données réelles impose de prendre en compte les distorsions subies par le signal au niveau des transducteurs d'émission et de réception et éventuellement lors de la propagation. On indique comment cette méconnaissance de la forme d'onde peut être résolue et on met en évidence l'amélioration des résultats obtenus par cette prise en compte. Enfin, l'évolution modérée des temps de retard du canal de propagation entre des mesures successives permet d'envisager après la déconvolution trace par trace un traitement bidimensionnel de l'image obtenue en juxtaposant les traces déconvoluées successives. L'intérêt principal de la méthode ainsi obtenue est de ne pas considérer le nombre de trajets de la propagation constant. L'ensemble des méthodes développées est testé sur des données synthétiques, puis sur 2 types de données réelles.

Dans le contexte de la génération synthétique et le décodage d'informations linguistiques, non seulement le composant auditif mais aussi le composant visuel de la parole transmettent de l'information précieuse. Nous étudions le regard en tant qu´élément crucial pour enrichir la parole et fournir des informations supplémentaires. Le regard est un geste déictique très important, ainsi il influence de manières variées l'organisation du dialogue et de l'interaction sociale. Dans une première expérience nous étudions comment le regard d'une tête parlante peut être employé comme geste déictique dans un jeu de recherche et sélection sur un écran d'ordinateur. Nous avons trouvé que ces gestes sont capables de réduire le temps de réaction ainsi que la charge cognitive. Cet effet est accentué quand le geste est de caractère multimodal, utilisant la parole de manière adaptée. Dans une deuxième expérience nous avons étudié le rapport entre le regard d'un sujet cible et les différents éléments d'une interaction dialogique. Nous avons défini différents segments dans l'échange d'information dialogique et avons trouvé qu´ils sont liés aux variations du comportement du regard mesuré. Basé sur ces résultats nous proposons un modèle pour le contrôle du regard d'un agent conversationnel animé dans l'interaction face-à-face.

Le mini-satellite Corot lancé en 2006 utilisera la méthode des transits : <br />Une exoplanète signe son passage devant l'étoile par une brève baisse de flux inférieure au millième. La stabilité et continuité de mesure seront assurées sur 150 jours pour 60.000 étoiles afin d'augmenter le nombre de configurations favorables. La photométrie d'ouverture intègre chaque flux dans un masque de lecture adapté aux multiples bruits, limité `a 250 formes différentes pour 12.000 cibles. J'ai étudié des méthodes autorisant cette réduction sans perte notable de signal `a bruit. Le tri efficace de masques aléatoires s'avère la plus satisfaisante. <br /><br /> Pour la détection, j'ai développé une méthode qui rehausse le contraste des transits en éliminant les composantes des effets collectifs et de certains artefacts. Après détection temporelle les systématiques sont identifiées, même celles d'origine et de poids inconnus. On fait émerger de nouvelles détections en jaugeant la dispersion autour de ces composantes.

Cette thèse de doctorat porte sur la représentation tridimensionnelle de la phase dans un plan temps-fréquence. L'application aux signaux quasi-stationnaires est effectuée dans ce manuscrit.<br />La transformée de Fourier à court terme d'un signal est réalisée par convolution de ce dernier avec une fenêtre glissante par rapport au temps. Il en résulte une distribution complexe dans un plan temps-fréquence, où un module et une phase peuvent être calculés.<br />Le module de la transformée de Fourier à court terme d'un signal contient des informations fréquentielles, dont la précision est limitée par le principe d'inégalité temps-fréquence d'Heisenberg-Gabor. La phase quant à elle contient des informations de localisation temporelle des fréquences beaucoup plus précises que le module, cependant ces informations sont très difficiles à interpréter de manière directe. Les spectrogrammes de fréquence et de phase constituent une solution intéressante pour pallier cette difficulté mais des limitations existent, notamment en ce qui concerne le choix d'un seuil énergétique d'observation.<br />La formulation continue des spectrogrammes de fréquence et de phase est introduite et étudiée dans ce manuscrit. Celle-ci permet un développement mathématique, pour des signaux dont l'expression analytique est connue, de la phase instantanée. L'analyse de processus quasi stationnaires permet une interprétation du comportement de ces nouvelles représentations et permet ainsi de mettre en évidence certaines de leurs propriétés.<br />En conséquence, un nouveau concept de représentations tridimensionnelles temps-fréquence-phase et temps-fréquence-faibles variations de fréquence est créé. Ces représentations tridimensionnelles sont réalisées par une opération de "mapping" des spectrogrammes de fréquence et de phase sur le module carré de la transformée de Fourier à court terme.<br />Les spectrogrammes de fréquence et de phase tridimensionnels ainsi créés permettent l'observation directe des variations de phase et des faibles variations de fréquence en tenant compte des amplitudes (énergie répartie dans le plan temps-fréquence). L'opération de seuillage n'est donc plus nécessaire ou devient seulement une aide à l'interprétation et non pas une limitation de la représentation.<br />Ces nouvelles représentations se révèlent être des outils performants dans le cadre de l'étude de signaux quasi-stationnaires, comme les signaux musicaux ou les signaux biomédicaux. Elles ouvrent de nouvelles perspectives car elles présentent de manière simple des informations qui nécessitaient auparavant de nombreuses manipulations pour être accessibles.

Avec l'augmentation continue du débit par canal, les effets de déformation des impulsions sont de plus en plus critiques, comme peut l'être la dispersion modale de polarisation (PMD) pour un débit de 40 Gbit/s dans les réseaux de fibre optique actuels. Les réseaux tout optiques du futur intégreront des fonctions de conversion de longueur d'onde et de régénération tout optique au niveau des noeuds de commutation. Dans ce mémoire, nous étudions plus particulièrement la capacité des régénérateurs optiques à combattre la PMD. Si leur e cacité est averée, ils constitueront tout naturellement des compensateurs de PMD distribués dans le réseau.<br />Après une introduction aux systèmes de télécommunications par fibre optique et au phénomène de dispersion modale de polarisation, nous présentons les techniques de régénération du signal. Nous proposons une méthode originale pour caractériser un régénérateur optique vis-à-vis de la PMD et en déduire la probabilité de coupure d'une liaison avec un régénérateur d'une part, et sa place optimale au sein de la liaison d'autre part.<br />Les régénérateurs 2R peuvent être classés en deux catégories : les régénérateurs de type I traitent les impulsions sans leur donner de forme particulière tandis que les régénérateurs de type II donnent une forme bien spécifique aux impulsions. L'étude numérique de la capacité d'un régénérateur de type I à combattre la PMD en un passage unique met en évidence l'inutilité d'un régénérateur placé directement devant le récepteur. Seul un régénérateur déporté au sein de la ligne de transmission permet de compenser la PMD dans une certaine mesure, et son e cacité est maximale s'il est placé pratiquement au milieu de la liaison.<br />La technique de régénération par élargissement spectral et fltrage décalé constitue un bon exemple de régénérateur de type II. Par son principe même, ce type de régénérateur permet une compensation naturelle de la PMD. Mais son étude approfondie théorique et expérimentale démontre son inefficacité pour combattre la PMD en un passage.<br />Ces travaux se concluent par l'étude de l'impact de la PMD sur les techniques de récupération d'horloge électriques ou optiques, élément clé de tout régénérateur 3R et de tout récepteur. Les techniques électroniques simples ne peuvent être employées en raison du creusement du spectre électrique induit par la PMD et du décalage temporel horloge-données créé. Aussi l'utilisation de techniques de récupération d'horloge tout optiques permet de circonvenir ces deux limitations. En particulier, les lasers auto-pulsants constituent des composants très prometteurs pour réaliser une récupération d'horloge optique en présence de PMD. Enfin leur utilisation dans un régénérateur 3R original permet de démontrer la faisabilité d'une compensation de la PMD par un régénérateur 3R tout optique à architecture simple.

Les enregistrements EEG de profondeur effectués lors d'examens pré-chirurgicaux de patients épileptiques candidats à une résection, portent réellement a priori des informations précieuses sur la dynamique spatio-temporelle des zones épileptogènes locales. Actuellement l'interprétation de tels signaux, essentiellement qualitative, reste un problème délicat et des efforts restent à faire pour interpréter quantitativement l'information physiologique qu'ils contiennent. Cette thèse traite de l'identification d'un modèle dont les paramètres représentent l'excitation et l'inhibition dans le tissu neuronal enregistré. Une analyse qualitative de ce modèle et une méthode d'identification des paramètres combinant filtrage bayesien non linéaire et algorithme d'optimisation globale de la vraisemblance sont proposées. Cet estimateur est enfin appliqué sur des données réelles et des difficultés inhérentes à l'adéquation du modèle sont discutées.

Les systèmes de navigation par satellite sont connus pour être sensibles aux interférences. Cette thèse étudie les techniques d'antennes adaptatives comme une solution au problème du brouillage des signaux militaires (GPS et Galileo) par des interférences de forte puissance et à grande occupation spectrale. L'objectif est de réaliser, à terme, une antenne réseau indépendante du récepteur de radionavigation, ce qui nous a rapidement conduit à privilégier les systèmes MISO.<br />Divers algorithmes de traitement ont été évalués sur plusieurs géométries de réseau. Nous avons mis en évidence que le SINR moyen de sortie du réseau n'est pas représentatif des performances d'un récepteur de radionavigation. Un critère de sélection des méthodes, basé sur la précision finale de localisation, a donc été défini. Nous avons montré que, selon ce critère, la connaissance a priori des DOA ne permet pas forcément de gain de traitement avec un système MISO. La stabilité de la réponse des réseaux a également été étudiée, nous conduisant finalement à restreindre notre étude aux méthodes aveugles de minimisation de puissance sous contrainte linéaire. <br />Nous avons ensuite caractérisé les principaux défauts de la chaîne RF (dus aux dispersions de fabrication des capteurs et des filtres analogiques, et au couplage inter-capteurs) et en avons évalué l'impact sur les performances des filtres spatiaux. Physiquement, comme l'effet large bande, les défauts du réseau se traduisent par une augmentation du nombre de degrés de liberté consommés par un signal de forte puissance. Le traitement Spatio-Temporel (STAP) constitue une solution possible à cette augmentation du rang du sous-espace interférent car il permet d'accroitre le nombre de degrés de liberté disponibles, sans augmenter la taille du réseau. Cependant, la composante fréquentielle du filtrage STAP peut dégrader les performances du corrélateur d'un récepteur GNSS générique. Aussi, avons-nous défini un nouveau critère de performance, adapté au traitement des signaux GNSS. Nous avons ainsi pu écrire le filtre STAP optimal et nous en avons déduit une version simplifiée qui constitue un bon compromis performances - complexité.<br /> Globalement, le réseau STAP ne permet pas de gain de traitement sur la puissance utile transmise au récepteur mais il permet de mieux rejeter les signaux interférents de forte puissance en présence de défauts linéaires de chaîne.

Les techniques de captation de gestes offrent aux interprètes la possibilité de contrôler des processus de synthèse sonore par leurs mouvements. Les réflexions sur les manières d'associer "geste" et "son" amènent alors à s'interroger sur les liens essentiels unissant un musicien et son instrument. Dans ce contexte, l'étude d'instruments acoustiques et des gestes employés par les instrumentistes pour contrôler le son émis peut apporter des éléments de réponse fondamentaux.<br /><br />Cette thèse étudie ce contrôle dans le cas des cordes frottées, en se fixant dans un cadre défini par les contraintes acoustiques de l'instrument et biomécaniques de l'instrumentiste. Elle s'articule autour de quatre articles. Les articles I et III proposent une exploration des stratégies utilisées par les instrumentistes dans différents contextes impliquant différents modes de jeux, tempos et nuances. L'article II se concentre sur les transitions entre coups d'archet, produisant différentes qualités d'articulations entre notes, et souligne leur importance dans la maîtrise du contrôle de l'archet. L'article IV propose des modèles du mouvement inspirés de travaux en biomécanique, et permettant notamment de mettre en avant l'influence du contexte musical.<br /><br />Les applications à la création artistique et à la pédagogie musicale sont également présentées.

Les activités que j'ai menées depuis une dizaine d'années relèvent essentiellement du domaine du traitement du signal, mais aussi de l'analyse de données et de l'analyse numérique. Ce document ne décrit pas de façon exhaustive tous mes travaux. Il a été rédigé autour d'une idée directrice : les relations de corrélation et de dépendance qui peuvent exister entre des signaux. J'ai choisi de faire une présentation détaillée de mes travaux qui se justifie par la fait que certains d'entre eux ne sont qu'en cours de publication et que d'autres ont été publiés avec un nombre de pages volontairement réduit par l'éditeur. Il m'est ainsi plus facile de parvenir à une présentation homogène et d'inclure en certains endroits des développements complémentaires. Le point de départ est mon intérêt certain pour la résolution de problèmes inverses. Ce paradigme apparait dans divers domaines des sciences : théorie de l'information, physique statistique, thermodynamique, traitement d'images [46], etc. Nous ne nous attacherons pas ici à faire une synthèse ou des rapprochements des diverses approches inverses. On peut trouver dans les travaux de Jaynes (professeur à l'Université de Cambridge) de nombreuses réflexions sur le sujet [104]. Nous nous intéressons par contre aux outils mathématiques qui permettent de résoudre de tels problèmes.

Le sujet de cette ihèse s'inscrit dans le cadre du projet international Antares dont l'objectif est la construction d'un télescope à neutrînos situé dans un environnement marin au large de Toulon, A de fortes profondeurs, un neutrino a d'autant plus de chance de rentrer en collision avec une molécule d'eau, générant ainsi une réaction en chaîne générant un flash lumineux et une onde sonore. L'objectif de cette thèse est d'étudier cette onde sonore en vue de développer un système capable de détecter le front d'onde correspondant et d'estimer la direction originelle du neutrino. Dans un premier temps, l'étude se porte sur le signal acoustique. Deux descriptions issues de la littérature et de récents travaux effectués au CPPM sont confrontées et aboutissent à une modélisation mathématique du signal et du front d'onde.<br />Dans un second temps, plusieurs méthodes de détection sont étudiées, de la plus classique (étude du rapport de vraisemblance} à des méthodes plus récente (filtrage adapté, classification, etc.). La comparaison expérimentale en situation semi-réelle de celles-ci aboutit au choix de la méthode de détection suivante : le FASE (Filtrage Adapté Stochastique Etendu). Enfin, la position et la direction du neutrino sont estimés par un algorithme dérivé de Gauss-Newton, Cet estimateur se base sur la modélisation du déplacement du front d'onde acoustique et sur les informations temporelles de détection fournies par les hydrophones du télescope. De nombreuses configurations sont testées et les performances du système sont évaluées. Une structure d'hydrophone est proposée et une simulation dite « globale » finalisent cette thèse. Dans celle-ci, les étapes de détection et d'estimation sont basées sur les résultats obtenus précédemment. Les bruits de mer sont des bruits réels issus de campagnes de mesure et les résultats obtenus valident les travaux de cette thèse.