La thèse, réalisée au Centre de Recherches de Climatologie, UMR 5210 CNRS / Université de Bourgogne, a été co-financée par le Conseil Régional de Bourgogne et les Associations agréées de Surveillance de la Qualité de l'Air (AASQA) de la région (Atmosf'Air). Elle porte sur l'ozone, gaz toxique que les concentrations placent parmi les polluants atmosphériques les plus préoccupants de la région. Les concentrations horaires en ozone mesurées sur quelques années dans douze stations bourguignonnes sont analysées. Leurs variations spatiales et temporelles sont mises en relation avec certains éléments extra-régionaux (ozone de fond, conditions synoptiques) et infra-régionaux (propriétés physiques, occupation du sol, caractéristiques météorologiques locales et potentiel d'émission de précurseurs). Le deuxième volet concerne l'élaboration d'une méthode statistico-dynamique de prévision des concentrations maximales d'ozone pour le lendemain pour cinq stations Atmosf'Air dans l'agglomération dijonnaise, trois dans celle de Chalon-sur-Saône, deux à Mâcon, une à Montceau-les-Mines et une station rurale, dans le Morvan, à Saint-Brisson. Nous avons élaboré les modèles de prévisions avec le concours de Météo-France. Ils intègrent des prévisions météorologiques extraites d'ALADIN. La chimie est également prise en compte, puisque peuvent être intégrés dans les modèles de régressions multiples retenus, des précurseurs (oxyde d'azote) ou l'ozone mesuré par Atmosf'Air le jour où est effectuée la prévision. L'erreur moyenne de prévision est d'environ 20 μg/m3. Grâce à l'application d'un correctif qui renforce le « dynamisme » des prévisions, les pics d'ozone sont correctement prévus. Les erreurs résiduelles sont analysées et indiquent que les modèles atténuent légèrement les variations de concentrations observées lors des changements brutaux de types de temps. Des erreurs ponctuelles, mais plus fortes, sont liées à des erreurs de prévisions météorologiques ou à des concentrations anormales de précurseurs. Au total, ces prévisions sont performantes et plus fines spatialement que celles issues des modèles déterministes. Leur intérêt est indéniable localement pour informer et alerter les populations concernées. Enfin, en s'appuyant sur les résultats d'une campagne de mesures terrain (104 points échantillonnés par tubes à diffusion passive), distribués sur l'ensemble de la Bourgogne en août 2000, nous avons cherché à mieux comprendre les déterminants de la répartition spatiale de l'ozone et par conséquent les mécanismes mis en jeux. Une démarche descendante utilisant les méthodes de l'analyse et de la statistique spatiale a été développée. Tout d'abord, des indices sur les propriétés de la surface ont été créés à partir des données compilées (MNT, occupation du sol, champs atmosphériques simulés) et avec l'aide d'un Système d'Information Géographique (SIG). Ensuite, la structuration spatiale de l'ozone a été étudiée à partir de l'analyse variographique directe et croisée. Nous avons interprété ces comportements à partir des états de l'atmosphère et des indices de la surface. En plus de la forte anisotropie observée sur la répartition spatiale de l'ozone, les résultats ont fait ressortir deux types de structuration en accord avec deux situations météorologiques contrastées. Un premier type correspond à une configuration peu favorable à la formation d'ozone. Dans ce cas, la structure spatiale de l'ozone à l'échelle de la région est fortement corrélée à la rugosité de la surface. Un deuxième type correspond à une situation favorable à la production d'ozone. Nous montrons alors le forçage « biologique » de la surface sur le champ d'ozone, via des grandes classes combinant rugosité de surface et occupation du sol. Ainsi, une forte corrélation entre la concentration en ozone en un point et la proportion de forêt mixte en amont de ce point est observée. Dans tous les cas, les résultats démontrent la complexité des mécanismes et le forçage de la répartition spatiale de l'ozone en Bourgogne par la surface.

Cette HDR est composée de trois volumes : le premier retrace le parcours professionnel et le second regroupe les publications les plus importantes contextualisées par thèmes. Le troisième volume, dit inédit, est une réflexion sur l'habiter contemporain à partir de l'exemple des espaces périurbains. Une analyse des différentes acceptions d'habiter débouche sur la proposition de plusieurs verbes pour définir les principales actions dans l'espace (habiter, circuler, se socialiser, s'identifier, agir). Les espaces périurbains sont également définis comme des espaces en tension, qui permettent mieux que d'autres de mettre en évidence les transformations des modes de vie et la nature des relations entre individus ou entre groupes sociaux. Dans un second temps, l'exemple de la mobilité résidentielle périurbaine permet d'approfondir les notions de trajectoire et de parcours, tout en montrant combien les stratégies résidentielles des ménages sont marquées par la force des modèles sociaux. Enfin, l'étude des pratiques spatiales du quotidien conduit à spécifier les modes de vie et les rapports à l'espace des périurbains, tout en mettant en évidence les nombreux plans de différenciations existant à l'intérieur de cette population. Une typologie en neuf types de modes de vie permet de comprendre que la trajectoire des espaces périurbains oscille entre les figures du vivre-ensemble et de l'entre-soi.

Outils miniaturisés, polyvalents et sensibles, les biopuces constituent un type d'instrument très prometteur pour la recherche de vie dans le Système solaire. Elles peuvent en effet détecter une grande variété de molécules organiques, ainsi que des bactéries, avec un haut degré de spécificité et de sensibilité. Les biopuces sont actuellement très usitées dans les domaines médical et environnemental, mais aucun instrument à base de biopuce n'a encore été conçu dans le cadre d'une mission spatiale. Pour adapter un tel instrument à ce nouvel environnement, il est nécessaire d'effectuer une étude approfondie de l'impact des contraintes spatiales sur l'ensemble de ses composants.<br /><br />Cette thèse s'insère dans le projet BiOMAS (Biochip for Organic Matter Analysis in Space), financé par le CNES, qui vise à développer une biopuce dédiée au spatial. Le principal objectif de la thèse est d'évaluer la résistance des composants de cette biopuce face aux diverses contraintes spatiales.<br />Dans un premier temps, nous avons étudié la résistance de la lame de la biopuce, c'est-à-dire le support solide de l'instrument. Plusieurs types de matériaux (verre, thermoplatiques, élastomère) ont été comparés en termes de dégazage, résistance aux solvants organiques et comportement thermique et mécanique, afin d'identifier celui qui répond le mieux au cahier des charges que nous avons établi. Parmi les différents candidats testés, le CycloOléfine Copolymère (COC) s'impose comme le meilleur matériau pour la réalisation d'une biopuce spatiale. <br />Dans un second temps, des études de résistance aux contraintes spatiales ont été menées pour la première fois sur des anticorps (qui servent de sondes de reconnaissance dans les biopuces). L'objectif est de déterminer l'évolution de leur comportement lors de cycles thermiques et sous divers types d'irradiations. Nous avons mis en place un outil de simulation performant, sur la base de l'outil Geant 4 du CERN, qui nous a permis de déterminer le type de particules ainsi que les gammes d'énergies pertinentes pour les expériences d'irradiation. Deux campagnes d'irradiation ont été menées sur la plateforme AIFIRA du CENBG à Bordeaux. Nous avons notamment démontré la bonne résistance des anticorps face à des flux de neutrons de faibles énergies.<br /><br />Ce travail de thèse, fortement pluridisciplinaire, a nécessité la mise en place de nombreuses collaborations complémentaires entre des planétologues, des biochimistes, des physiciens nucléaires et des experts en matériaux. Les résultats que nous avons obtenus sont d'une importance capitale pour la réalisation d'une biopuce spatiale opérationnelle et fiable.

Ce mémoire est composé de deux grandes parties. Dans la première, nous simulons le fonctionnement d'automates cellulaires par différents modèles de calcul parallèle comme les PRAM, les XPRAM et les machines spatiales. Nous obtenons ainsi différentes preuves de l'universalité de ces modèles. Nous tirons quelques conséquences de ces résultats du point de vue de la calculabilité et de la complexité. Dans la seconde partie, nous considérons les automates cellulaires définis sur des graphes de Cayley finis. Nous rappelons la simulation de Róka qui permet de mimer le fonctionnement d'un tore hexagonal d'automates par un tore d'automates de dimension deux. Nous décrivons ensuite différentes manières de plonger un tore d'automates de dimension deux dans un anneau d'automates. Nous déduisons de ces résultats la simulation de tores de dimension finie par un anneau d'automates et celle d'un tore hexagonal d'automates par un anneau d'automates.

Les connaissances spatiales sont définies a partir d'une classification qui met en évidence l'importance de la topologie. L'examen d'applications différentes montre que le raisonnement spatial revêt souvent trois formes particulières non exclusives les unes des autres: la construction de topologies, l'inférence de propriétés spatiales et la localisation d'objets. Les données et les mécanismes d'inférence qui sont utilises peuvent être introduits dans des systèmes a base de connaissances qui servent alors de support au raisonnement spatial. Son graphe de dépendances possède, par ailleurs, des particularités qu'il est intéressant et, parfois, nécessaire d'exploiter pour gérer la dynamique de ces bases de connaissances spatiales. Les résultats d'inférences doivent en particulier être enregistres et le maintien de la vérité qu'exige cet enregistrement peut être facilite en exploitant une forme de localité au sein de ce graphe. Ces considérations prennent appui sur l'expérience du développement du système Elsa, destine a l'analyse de sites avalancheux. D'autres utilisations des bases de connaissances spatiales ont également été étudiées: modélisation symbolique de phénomènes spatiaux, environnements de resolution de problèmes et bases de connaissances géographiques. Elsa utilise une représentation de connaissances par objets, qui se révèle bien adaptée même si des extensions apparaissent utiles; il s'agit notamment de la prise en compte, au sein du modèle de représentation, des relations entre objets, de l'insertion d'un filtrage constructif et d'une ouverture plus grande du langage de requête. Le fait que ces extensions ne soient pas propres a l'espace et qu'elles puissent concerner d'autres types de connaissances suggère que le raisonnement sur l'espace, a défaut d'être spécifique, apparait comme un révélateur des besoins du raisonnement en général

Ces dernières années ont vu une croissance phénoménale dans la production et la diffusion des données spatiales de sources aussi variées qu'hétérogènes. Cela a généré des besoins d'intégration dans des entrepôts de données et des perspectives d'analyse exploratoire et de fouille de données spatiales et spatiotemporelles. Nos travaux se placent dans ce contexte visant l'analyse et l'extraction des connaissances depuis les bases de données spatiotemporelles. Ils traitent différents aspects allant de la modélisation avancée des données spatiales, à la fouille de ces données en passant par leur intégration dans un entrepôt, l'optimisation des requêtes et l'analyse en ligne. Ainsi, nous décrivons nos approches pour la modélisation 3D, puis pour la modélisation spatiotemporelle d'objets mobiles. Ensuite, l'intégration de données spatiales est traitées selon deux aspects : l'intégration de formats et l'intégration de données par l'appariement géométrique. Une architecture d'entrepôt de données spatiales basée sur les standards XML et GML est proposée, puis dotée d'une technique d'optimisation de requêtes spatiales basée sur un cache sémantique. L'exploration des données spatiotemporelles a donné lieu à des solutions originales extension de l'OLAP. Enfin, différentes approches sont proposées pour la fouille de données spatiales. Nous avons ouvert le spectre de nos recherches à la fouille d'autres données complexes, telles que les données séquentielles et textuelles. Ces travaux ainsi que les développements futurs sont exposés dans ce mémoire.

Les Tubes à Ondes Progressives (TOP), utilisés pour amplifier des signaux hyperfréquences, présentent un comportement non-linéaire pour des puissances d'entrée élevées, ce qui limite leurs performances. Ce travail vise à améliorer la linéarité des TOP, et propose une solution consistant à injecter, en plus d'une l'onde fondamentale F, sa seconde harmonique 2F, afin d'améliorer la puissance de sortie.<br /><br />Une étude théorique approfondie de la non-linéarité dans les TOP a identifié la "saturation inertielle", comme un aspect essentiel de la saturation de la puissance de sortie. La possibilité d'améliorer la linéarité des TOP par injection d'harmonique a été étudiée à l'aide de modèles analytiques et de simulations numériques, puis validée par des mesures sur des tubes industriels. <br /><br />Ce travail a ouvert des perspectives pour des applications industrielles qui amélioreront le rendement des TOP.

Nous nous intéressons à l'étude asymptotique de certaines statistiques dans des modèles ARMA spatiaux quadrantaux<br />dont les innovations sont supposées être indépendantes et identiquement distribuées ou plus généralement vérifier une propriété de martingales fortes. Après une revue des théorèmes limites pour des martingales spatiales sur un réseau, nous démontrons d'abord un théorème de la limite centrale et un principe d'invariance sous la condition de Lindeberg conditionnelle pour des tableaux de martingales fortes. Afin de mieux situer notre étude des champs ARMA quadrantaux, nous rappelons divers résultats conçernant l'estimation et l'identification dans d'autres modèles ARMA spatiaux. Puis, dans le but de sélectionner les ordres et d'estimer les paramètres autorégressifs de modèles ARMA spatiaux quadrantaux, nous introduisons un nouvel estimateur obtenu à partir des équations de Yule-Walker généralisées. Nous démontrons sa consistance et sa normalité asymptotique. Enfin, pour un certain nombre de modèles ARMA spatiaux, nous illustrons leurs comportements par des représentations graphiques et nous <br />présentons une étude de procédures pour les identifier à partir de nombreuses simulations.

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Les statistiques spatiales sont pour les écologues un ensemble d'outils permettant de caractériser la structure d'un semis de points, par exemple une carte représentant des emplacements des arbres dans une parcelle de forêt. Cette structure est définie implicitement comme un écart à semis complètement aléatoire, résultat d'un processus de Poisson. L'hétérogénéité du processus ponctuel dont le semis de points est une réalisation et la non-indépendance des points en sont les causes indiscernables, ce qui amène généralement à supposer l'intensité du processus connu et nommer " concentration spatiale " ou " agrégation " (la régularité spatiale est possible, mais rare en pratique) la non-indépendance. Une revue de la littérature des processus ponctuels et des mesures de structures spatiales est fournie pour clarifier les concepts et les choix. L'objectif de ce travail de thèse était de produire des améliorations méthodologiques. Ses résultats principaux sont : * L'établissement d'un test pour la principale statistique utilisée, la fonction K de Ripley, permettant de s'affranchir de la méthode de Monte-Carlo utilisée dans la littérature pour rejeter l'hypothèse nulle d'un processus complètement aléatoire. * L'extension de K aux processus hétérogènes, dans le cadre d'une typologie claire des statistiques (absolues, relatives, topographiques). Lorsque la position exacte des objets n'est pas connue, mais que des effectifs par zone sont disponibles (par exemple des nombres d'arbres par parcelle), la théorie de l'information est utilisée pour définir un cadre général permettant de caractériser la structure spatiale (des espèces dans les parcelles) et la diversité (des parcelles, en termes d'espèces) comme deux aspects d'une même mesure d'inégalité. Ce cadre est appliqué à l'indice de biodiversité de Shannon pour définir clairement la mesure de diversité bêta, son calcul direct indépendamment de la différence entre diversités gamma et alpha, et fournir un test statistique de non nullité. La voie est ouverte pour l'application à d'autres mesures de diversité et de structure spatiale. En conclusion, il semble clair que ces outils de caractérisation sont un premier pas pour traiter les questions écologiques, leur développement étant toujours du domaine de la recherche. Ils sont cependant très insuffisants pour répondre à des questions liées aux processus écologiques, assez éloignés des processus ponctuels qui ignorent l'aspect temporel de l'installation des objets.