La structuration et les effets de l'hétérogénéité spatiale des organismes font l'objet d'un questionnement transversal à l'écologie. Leur prise en compte correspond aussi à une préoccupation grandissante pour la conception et l'évaluation des projets de restauration écologique. Le travail qui a été développé au cours de cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Avec comme modèle d'étude un système fortement anthropisé – les digues restaurées des canaux de dérivation du Rhône – j'ai analysé les liens unissant la structure spatiale des plantes à leurs traits biologiques, en vue de comprendre leurs rôles dans la structure et le fonctionnement des communautés végétales intégrées au coeur d'un système hiérarchisé. Cette démarche repose sur l'analyse des structures spatiales qui s'étendent du voisinage de la plante au paysage, c'est-à-dire des dimensions géographiques allant du centimètre jusqu'au kilomètre. Dans cette perspective il a été nécessaire de croiser des approches issues des statistiques spatiales, de l'écologie fonctionnelle et de la télédétection. Les résultats obtenus permettent d'expliquer la genèse de structures spatiales végétales, à diverses échelles, à partir de traits biologiques qui interviennent dans la manifestation de processus endogènes (dispersion et interactions biotiques) et/ou dans la réponse des plantes à des facteurs exogènes (conditions environnementales imposées par des travaux de restauration et perturbations). Ils mettent également en lumière 1) le rôle de trois stratégies spatiales dans la structuration des communautés herbacées; 2) des relations variables entre l'agrégation fine de graminées monopolistes et la coexistence des espèces au niveau du voisinage de la plante ; et 3) des relations fortes entre la structure/diversité fonctionnelle des communautés et les propriétés de réflectance de la végétation dérivées d'images aériennes à haute définition. Ceci permet d'établir une continuité entre des assemblages fonctionnels locaux et l'hétérogénéité spatiale de propriétés écosystémiques complexes au niveau du paysage. Une synthèse de cette étude conduit à proposer un modèle conceptuel qui intègre le rôle des structures spatiales végétales, des traits des plantes et de leurs interactions, dans le fonctionnement des communautés végétales en lien avec leurs niveaux adjacents (n+1 : le paysage ; n-1 : le voisinage de la plante). Enfin, les résultats qui ressortent de ce travail ouvrent des perspectives d'application pour l'évaluation et la gestion des projets de restauration.

La croissance démographique des vingt prochaines années au pays est orientée vers les villes intermédiaires. Ceci est une possibilité substantielle pour un développement plus équitable à condition que ces villes agissent en articulation, constituant ainsi un réseau territorial des villes intermédiaires. Étant une alternative réticulaire dans un cadre doccupation urbaine très centralisé comme le Pérou. La préoccupation centrale se place sur le mode doccupation spatiale en réseau. La spatialité du réseau territorial est composée par la relation entre les centres, les liens et fondamentalement les surfaces. Ce dernier composant constat daccumulation local dans le territoire, observable dans le propre paysage, et configure le réseau dans lespace. L´étude de cas prend la vallée basse du Jequetepeque, sur la côte au nord du pays, où loccupation urbaine sest construite dans un réseau de villes intermédiaires. Ce réseau pourrait être efficient, prennent en compte des conditions spatiales et topologiques, et servir de modèle spatial pour dautres alternatives territoriales. Lapproche méthodologique se structure sur trois réseaux fondamentaux, leau, qui implique directement les surfaces et le paysage; les transports en commun, que remettent en question la relation entre les échelles et laccessibilité aux villes; et la gestion municipale, où lon trouve la dimension politique et décisionnelle. Autres approches danalyse sont, larticulation entre les échelles spatiales, les dichotomies spatiales où se placent non seulement les conflits mais les potentialités, et finalement lexistence des réseaux concernant leur efficience et possibilités. Le modèle est énoncé à partir de ses composants, les conditions spatiales et topologiques requisses pour un réseau territorial, les relations entre échelles territoriales, les variables et constants spatiales, les réseaux fondamentaux, et lorganisation spatial du réseau.

Ce mémoire traite de la fiabilité de l'inférence statistique pour des données spatiales se présentant sous la forme d'une image numérique texturée extraite d'une scène plus vaste. Plus particulièrement, nous proposons un cadre permettant d'évaluer le caractère représentatif de l'image observée par rapport à la scène, et de calculer la variance d'estimation de la moyenne et de la variance des niveaux de gris de l'image dans le cas où celle-ci est supposée homogène.<br />La première partie consiste en une formalisation du problème en termes statistiques.<br />Dans une seconde partie, nous présentons deux familles de méthodes paramétriques permettant le calcul de la variance d'estimation, de même que les relations entre ces deux familles. Nous montrons cependant les difficultés liées à leur mise en œuvre dans le contexte applicatif envisagé.<br />La troisième partie est consacrée à l'étude d'une méthode non paramétrique basée sur un sous-échantillonnage par blocs. Elle permet une estimation de la variance d'estimation dont les propriétés sont analysées dans le cadre général de la décomposition de Wold des processus stationnaires 2-D. Cette analyse exhaustive nous permet de proposer des critères objectifs qualifiant l'homogénéité de la moyenne et de la variance d'une texture, propriété nécessaire pour l'inférence statistique.<br />Enfin, dans une dernière partie, ces critères sont appliqués et validés dans un contexte industriel de caractérisation de matériaux composites par analyse d'image.

Ce mémoire résume les activités de recherches exercée depuis ma thèse et consacrées à l'étude des images texturées et en particulier celui des textures dites directionnelles. On rencontre fréquemment ce type de textures dans la nature (imagerie sismique, empreintes digitales, etc.) mais aussi dans des images résultant d'activités humaines (matériaux composites, ou télédétection haute résolution de parcelle viticoles, par exemple). Par ailleurs, ce type de texture s'avère complexe à appréhender, compte tenu qu'il associe généralement des aspects déterministes et stochastiques, aussi bien au niveau de la forme des motifs texturaux que de leur disposition. Les textures directionnelles offrent donc simultanément des challenges scientifiques à relever et un contexte applicatif riche. <br />Les premiers problèmes auxquels je me suis intéressé relèvent de la caractérisation des textures directionnelles par des statistiques d'ordre deux calculées sur des champs d'orientation. Les approches résultantes permettent de caractériser finement la structure spatiale de textures directionnelles, tout en s'affranchissant de perturbations telles que le bruit ou les conditions d'éclairage de la scène observée.<br />Les champs des orientations locales d'une image sont à la base des approches que nous avons proposées, et il est rapidement apparu que, dans certains cas difficiles, les opérateurs classiques d'estimation des orientations locales s'avéraient défaillants. Nous avons donc tenté d'apporter des solutions à ces défaillances, en proposant deux approches originales pour l'estimation des orientations locales, l'une fondée sur des approches dérivatives et l'autre sur des filtres orientables. Une extension 3D de ces travaux est également en cours. Grâce à ces travaux, nous disposons maintenant d'une gamme d'estimateurs des orientations locales qui nous permet de répondre aussi bien à l'estimation d'orientations uniques (lignes, frontières droites) que d'orientations multiples (coins, intersections), avec un biais minimal y compris dans des environnements difficiles (bruit, haute fréquence, etc.).<br />Les deux axes de recherche précédents ont contribué à étudier et à proposer un assez grand nombre d'estimateurs et d'attributs texturaux. Considérant les estimateurs et les attributs comme des mesures, nous avons donc souhaité aborder la question de la fiabilité des mesures. Ce travail constitue un troisième axe de recherche et consiste à associer une incertitude aux mesures résultant d'une analyse d'image. S'agissant de mesures spatiales, ce problème difficile fait largement appel aux géostatistiques, mais concerne également la stéréologie, lorsque les estimations effectuées sur une image 2D (une coupe) traduisent des phénomènes 3D (un volume).<br />Le contexte applicatif de ces travaux est varié. La principale source, et chronologiquement la première, est la caractérisation des matériaux aéronautiques. Ces matériaux sont observés à travers des dispositifs variés. Les images qui en résultent montrent fréquemment des textures dont la caractérisation reflète la structure du matériau. Deux autres contextes applicatifs pour nos travaux méritent d'être évoqués. Il s'agit de la télédétection à très haute résolution et l'imagerie sismique.

Cette étude est consacrée à la possibilité d'identification des sources acoustiques (les structures cohérentes en particulier) dans la zone de mélange de jets turbulents en utilisant la Décomposition Orthogonales aux Valeurs Propres (POD) appliquée aux fluctuations de pression en champ proche. Lors d'une première expérience, on mesure le champ de pression proche d'un jet transsonique et d'un jet supersonique. Dans les deux cas, les deux premiers modes POD, qui à eux seuls captent l'essentiel de l'organisation spatiale et spectrale, possèdent des comportements similaires à ceux observés dans les éléments bibliographiques. Cependant, la seule connaissance du champ de pression ne suffit pas à l'interprétation physique des modes POD en terme d'organisation turbulente de l'écoulement. Une seconde expérience est alors menée dans une configuration plus simple d'un jet à faible vitesse d'éjection. On mesure simultanément la distribution longitudinale des fluctuations de pression en champ proche et les fluctuations de deux composantes de vitesse dans plusieurs tranches de l'écoulement. On accède ainsi aux corrélations spatiales pression-vitesses sur le domaine bidimensionnel de mesure. A partir de ces corrélations et en utilisant l'Estimation Stochastique Linéaire (LSE), on reconstruit la dynamique des grosses structures dans le domaine de mesure à partir seulement de la distribution longitudinale des fluctuations de pression. On montre que l'estimation du champ tourbillonnaire obtenue est en très bon accord avec la physique des phénomènes aux grandes échelles et on l'utilise pour donner une interprétation physique des modes POD de pression : les quatre premiers modes représentent la partie organisée du champ de pression. Enfin, on effectue une évaluation du rayonnement acoustique en champ lointain de l'estimation du champ tourbillonnaire qui s'avère être conforme à ce qui est attendu.

Dans cette thèse on étudie le couplage de modèles à dimensions spatiales hétérogènes, avec une application en hydraulique fluviale. On commence par donner un cadre mathématique général à cette problématique. Ensuite, on étudie un cas académique de couplage 1-D/2-D dans le cadre elliptique. On définit les opérateurs de restriction et d'extension nécessaires à l'analyse en se basant sur la dérivation du modèle 1-D à partir du modèle 2-D. Après cela, on met en oeuvre un algorithme de couplage de type Schwarz avec des conditions de type Robin. On montre alors la convergence de cet algorithme, plus particulièrement sa convergence optimale en utilisant l'opérateur absorbant exact 1-D. On termine cette partie en établissant une majoration de l'erreur entre la solution couplée et la solution globale de référence en fonction du rapport d'aspect du domaine d'étude et de la position de l'interface de couplage. Ces résultats sont illustrés numériquement. Dans la deuxième partie, on généralise cette analyse mathématique au cas du couplage des systèmes linéaires de Saint-Venant 2-D et de Navier-Stokes hydrostatiques 3-D. En faisant l'hypothèse d'une friction nulle au fond, on montre que la convergence de l'algorithme de couplage est équivalente à celle de l'algorithme usuel de décomposition de domaine du Système de Saint-Venant. On calcule une approximation des opérateurs absorbants exacts du système de Saint-Venant, ce qui nécessite de faire des hypothèses restrictives. Comme alternative, on propose un algorithme avec des conditions de type Robin, dont on montre la convergence. Enfin, on présente une première étude d'un cas test réel de couplage des systèmes de Saint-Venant 1-D et Navier-Stokes 3-D en utilisant les codes numériques Mascaret 1-D et Telemac 3-D développés par EDF R&D.

La répartition spatiale des fonctions et des populations urbaines n'est pas due au hasard, elle peut mettre en évidence des inégalités qui interrogent nos sociétés démocratiques fondées avant tout sur le principe d'égalité. Celui-ci s'appuie sur les relations entre le " social " et le " spatial " qui consistent principalement à explorer les inégalités sociales dans les espaces urbains et ce qui est ressenti comme une injustice par les individus. Pour saisir ces dynamiques socio-spatiales, nous focalisons notre recherche sur l'histoire urbaine de Besançon, Mulhouse et Strasbourg ainsi que sur les rapports entre les habitants et leur environnement résidentiel. À l'aide des grandes bases de données géo-localisées de l'INSEE, nous étudions la distribution spatiale des ménages ainsi que son évolution sur une période de près de vingt années (de 1990 à 2007). Par ailleurs, nous cherchons à observer les différents modes d'habiter des Bisontins, c'est-à-dire leurs stratégies résidentielles ainsi que leurs pratiques et représentations spatiales à l'aide d'enquêtes de terrain. Cette thèse s'appuie donc sur une double approche : l'une macroscopique, historique et quantitative et l'autre microscopique et qualitative. Elle présente finalement les structures socio-spatiales des zones d'étude et les trajectoires des quartiers (plus précisément des IRIS) afin de montrer les diverses tendances d'évolution (gentrification, paupérisation...) dans une optique comparative. Des facteurs d'évolution spécifiques apparaissent également en lien avec la localisation des villes d'étude ainsi qu'avec leurs fonctions urbaines et sociales, leur organisation interne et leur taille. Les enquêtes révèlent, pour leur part, plusieurs règles comportementales qu'il s'agit de comparer compte tenu de la diversité sociale des quartiers. Ces informations collectées à partir d'enquêtes sont plus subjectives, mais elles complètent les données des recensements et leur donnent du sens. Au final, elles montrent que l'appartenance à un groupe sociospatial ne détermine pas systématiquement les comportements résidentiels.

L'étoile laser polychromatique (ELP) fournit la référence de phase à une optique adaptative (OA)pour corriger les surfaces d'onde turbulentes, y compris leur pente. L'ELP, générée dans la mésosphère parune excitation résonnante à deux photons du sodium, repose sur la déviation chromatique des images. Uneimagerie dans le visible devient possible, et est indispensable pour 80% des programmes astrophysiquesprioritaires de l'E-ELT.L'ELP requiert un écart-type des mesures de position 26 fois inférieur au cas classique. Cela m'a amené àétudier le projecteur laser interférométrique. J'ai mis au point un correcteur de base polychromatique pourégaliser la période des franges et un correcteur de phase pour compenser la réfraction atmosphérique. J'aiétudié l'optique de mesure des franges, et de séparation entre l'ELP et l'objet observé.La précision requise m'a conduit à étudier dans quelles conditions l'algorithme du maximum devraisemblance tend vers la borne de Cramér-Rao.J'ai également développé un modèle numérique de bout en bout pour simuler l'ELP depuis les lasersjusqu'à la mesure du rapport de Strehl. Je montre que pour un VLT, les rapports de Strehl sont supérieurs à40% à 500 nm sans étoile de référence, en prenant une OA qui aurait donné 50% instantané (Strehl depente : 80%). Une approche analytique valide ces résultats.Enfin, j'aborde l'application de l'ELP aux télécommunications interplanétaires et à la destruction des débrisorbitaux.

L’effet d’encombrement, qui nous empêche d’identifier correctement un stimulus visuel lorsqu’il est entouré de flanqueurs, est omniprésent à travers une grande variété de classes de stimuli. L’excentricité du stimulus cible ainsi que la distance cible-flanqueur constituent des facteurs fondamentaux qui modulent l’effet d’encombrement. La similarité cible-flanqueur semble également contribuer à l’ampleur de l’effet d’encombrement, selon des données obtenues avec des stimuli non-linguistiques. La présente étude a examiné ces trois facteurs en conjonction avec le contenu en fréquences spatiales des stimuli, dans une tâche d’identification de lettres. Nous avons présenté des images filtrées de lettres à des sujets non-dyslexiques exempts de troubles neurologiques, tout en manipulant l’excentricité de la cible ainsi que la similarité cible-flanqueurs (selon des matrices de confusion pré-établies). Quatre types de filtrage de fréquences spatiales ont été utilisés : passe-bas, passe-haut, à large bande et mixte (i.e. élimination des fréquences moyennes, connues comme étant optimales pour l’identification de lettres). Ces conditions étaient appariées en termes d’énergie de contraste. Les sujets devaient identifier la lettre cible le plus rapidement possible en évitant de commettre une erreur. Les résultats démontrent que la similarité cible-flanqueur amplifie l’effet d’encombrement, i.e. l’effet conjoint de distance et d’excentricité. Ceci étend les connaissances sur l’impact de la similarité sur l’encombrement à l’identification visuelle de stimuli linguistiques. De plus, la magnitude de l’effet d’encombrement est plus grande avec le filtre passe-bas, suivit du filtre mixte, du filtre passe-haut et du filtre à large bande, avec différences significatives entre les conditions consécutives. Nous concluons que : 1- les fréquences spatiales moyennes offrent une protection optimale contre l’encombrement en identification de lettres; 2- lorsque les fréquences spatiales moyennes sont absentes du stimulus, les hautes fréquences protègent contre l’encombrement alors que les basses fréquences l’amplifient, probablement par l’entremise de leur impact opposé quant la disponibilité de l’information sur les caractéristiques distinctives des stimul. / Visual crowding, which impairs our ability to accurately identify a target stimulus when surrounded by flankers, is ubiquitous across a wide variety of stimulus classes. Target eccentricity and target-flanker distance constitute fundamental factors in crowding. Target-flanker similarity appears as another key factor based on findings obtained with non-linguistic stimuli. The present study investigated the impact of these factors in conjunction with spatial frequency content on single letter identification performance. We presented spatial frequency filtered letters to neurologically intact nondyslexic readers while manipulating target-flanker distance, target eccentricity and target-flanker similarity (metric based on published letter confusion matrices). Spatial frequency filtering conditions were broadband, low-pass, high-pass and hybrid (i.e. medium spatial frequencies, known as optimal for letter recognition, removed from the stimulus). These conditions were matched on overall contrast energy. Participants were required to identify the target letter as fast and as accurately as possible. The results show that high target-flanker similarity enhances crowding, i.e. the joint effects of distance and eccentricity. This extends past findings on the impact of similarity on crowding to the visual identification of linguistic materials. Most importantly, the magnitude of the crowding effect is greatest with low-pass filtering, followed by hybrids, high-pass, and broadband, with all pairwise contrasts significant. We conclude that: 1- medium spatial frequencies provide optimal protection from crowding in letter recognition; 2- when medium spatial frequencies are absent from the stimulus, low spatial frequencies magnify crowding and high spatial frequencies protect against it, most likely through their opposite impact on the availability of distinctive feature information.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal