L’objectif principal de cette thèse est d’instruire l’organisation des successions culturales, à l’échelle de la France et sur un recul décennal, tant en terme de cinétiques localisées qu’en terme de dynamiques liées à des variables explicatives du milieu physique et socio-technico-économiques. Ce travail de « fouille de données » est appliqué en France métropolitaine, en utilisant les bases de données publiques disponibles. Notre étude couvre la période 1992-2003 où s’implémenta la réforme de 1992 de la Politique Agricole Commune européenne et l’agenda 2000 en France. A partir d’une fouille de données sur l’ensemble des points Terruti sur cette période, 2549 successions culturales de trois ans furent identifiées. Ensuite, 21 clusters de l’ensemble des 430 régions agricoles (RA) françaises, quatre systèmes de culture, 90 RA, parangons des 430 RA, et trois régions principales appartenant à cinq des 21 clusters, regroupant les cultures de céréales, oléagineux et protéagineux, ont été définis. Deux approches de cinétiques des successions ont été réalisées : Une étude envisageant les successions de culture qui suivent les retournements de prairies permanentes. Une recherche des dynamiques d’évolution de successions culturales en lien avec des conditions externes. Nous proposons une utilisation ultérieure des méthodes mobilisées qui ont montré leur capacité à cartographier les grandes tendances d’évolution en France et à identifier les principales variables explicatives de ces évolutions. Les apports de cette thèse contribuent à améliorer notre compréhension des processus qui organisent les successions culturales en France et construisent par ces pratiques agricoles très dynamiques des impacts forts sur le territoire agricole français / In the context of changing agricultural policy, the development of agricultural production systems, increasing concern for agricultural sustainability and shifts in agricultural land management practice-related land-use change, the main objective of this thesis was to mine crop sequence patterns (CSP) and the relationships between CSP and the biophysical and socio-technical-economic conditions in mainland France from historical census data (e.g. land-cover survey, agricultural censuses, population census). Our study period 1992-2003 covers the implementation period of the 1992 European Union Common Agricultural Policy reform and Agenda 2000 in France. Both the classical statistical and data mining technique were applied in alone or combined ways in this thesis. First, we proposed an innovative approach to representing CSP within a given area and period at a large regional scale in a stationary way. The 2549 3-year crop sequences (CSs) were first identified as major CSs within all 430 agricultural districts (ADs) in mainland France during this period. Next, 21 clusters of ADs , four types of cropping systems, 90 representative ADs and three principal planting zones of cereals, oilseeds, and protein crops belonging to five clusters identified previously were further defined. We then explored CSP in a dynamic way by investigating CSP after grassland-to-cropland conversion, the temporal variability of CSP, and the evolution of the relationships between CSP and the external conditions over the study period. We conclude that the approaches developed here permit the representation of CSP at the large regional scale in both stationary and dynamic ways using time series land-cover data denoting specific agricultural cover types. The findings of this thesis contribute to improving the understanding of the process and pattern of human land management practices by agriculture affecting the terrestrial biosphere

Dans cette thèse, nous proposons des techniques de gestion de données pour économiser l’énergie dans les réseaux de capteurs périodiques basés sur l’architecture de clustering. Premièrement, nous proposons d’adapter le taux d’échantillonnage du capteur à la dynamique de la condition surveillée en utilisant le modèle de one-way ANOVA et des tests statistiques (Fisher, Tukey et Bartlett), tout en prenant en compte l’énergie résiduelle du capteur. Le deuxième objectif est d’éliminer les données redondantes générées dans chaque cluster. Au niveau du capteur, chaque capteur cherche la similarité entre les données collectées à chaque période et entre des périodes successives, en utilisant des fonctions de similarité. Au niveau du CH, nous utilisons des fonctions de distance pour permettre CH d’éliminer les ensembles de données redondantes générées par les nœuds voisins. Enfin, nous proposons deux stratégies actif/inactif pour ordonnancer les capteurs dans chaque cluster, après avoir cherché la corrélation spatio-temporelle entre les capteurs. La première stratégie est basée sur le problème de couverture des ensembles tandis que la seconde prend avantages du degré de corrélation et les énergies résiduelles de capteurs pour ordonnancer les nœuds dans chaque cluster. Pour évaluer la performance des techniques proposées, des simulations sur des données de capteurs réelles ont été menées. La performance a été analysée selon la consommation d’énergie, la latence et l’exactitude des données, et la couverture, tout en montrant comment nos techniques peuvent améliorer considérablement les performances des réseaux de capteurs. / In this thesis, we propose energy-efficient data management techniques dedicated to periodic sensor networks based on clustering architecture. First, we propose to adapt sensor sampling rate to the changing dynamics of the monitored condition using one-way ANOVA model and statistical tests (Fisher, Tukey and Bartlett), while taking into account the residual energy of sensor. The second objective is to eliminate redundant data generated in each cluster. At the sensor level, each sensor searches the similarity between readings collected at each period and among successive periods, based on the sets similarity functions. At the CH level, we use distance functions to allow CH to eliminate redundant data sets generated by neighboring nodes. Finally, we propose two sleep/active strategies for scheduling sensors in each cluster, after searching the spatio-temporal correlation between sensor nodes. The first strategy uses the set covering problem while the second one takes advantages from the correlation degree and the sensors residual energies for scheduling nodes in the cluster. To evaluate the performance of the proposed techniques, simulations on real sensor data have been conducted. We have analyzed their performances according to energy consumption, data latency and accuracy, and area coverage, and we show how our techniques can significantly improve the performance of sensor networks.

Promouvoir le service de contrôle biologique des bio-agresseurs des cultures nécessite de comprendre le fonctionnement des populations d’ennemis naturels dans des mosaïques agricoles qui sont hétérogènes et dynamiques. Cette thèse porte sur l’étude des déterminants de l’abondance des carabes impliqués dans la régulation des adventices via la consommation de leurs graines. L’analyse des variations d’abondance des espèces à une échelle nationale nous a permis d’évaluer le rôle relatif des facteurs locaux et paysagers et de mettre en évidence le rôle important de la proportion de colza et de prairie dans le paysage sur l’abondance de carabes consommateurs de graines dans les parcelles cultivées. Le suivi expérimental de la composition des communautés de carabes ainsi que du statut nutritionnel et des mouvements de plusieurs espèces dans des dispositifs colza/blé et colza/bordure pérenne sur l’ensemble de la période d’activité des carabes nous a permis de mettre en évidence que (i) les carabes répondent l’hétérogénéité de cette mosaïque agricole (type de culture, qualité de l’habitat au sein d’un même type de culture), avec des réponses souvent spécifiques (ii) que le colza d’hiver joue un rôle important dans le fonctionnement des populations de carabes consommateurs de graines du fait de sa haute qualité d’habitat pour ces espèces, (iii) que la variation de la qualité d’habitat peut jouer sur le mouvement des carabes vers l’habitat adjacent et (iv) que la présence d’une bordure pérenne au voisinage d’une culture favorise le maintien et le fonctionnement de plusieurs espèces consommatrices de graines d’adventices dans la mosaïque agricole. / Promoting biological pest control in crops requires to understand the functioning of natural enemies in heterogeneous and dynamic agricultural mosaics. This thesis focuses on the study of the determinants that influence the abundance of ground beetles involved in the regulation of weeds via the consumption of their seeds. In an analysis of the variations of species abundance at a national scale we identified the respective role of local and landscape factors and showed that oilseed rape and grassland proportions in the landscape were key determinants of the abundance of carabid species in cultivated fields. We then studied carabid communities through combined measured of their abundance, nutritional status and between-habitat movements, during an entire cropping season, in pairs of habitats consisting in winter oilseed rape fields with either a crop (winter cereal fields) or a semi-natural habitat (grassy field margins) as adjacent habitat. We demonstrated that (i) ground beetles respond to the heterogeneity of arable mosaic (crop type, habitat quality within the same crop type), often with specific responses, (ii) winter oilseed rape plays an important role in the functioning of weed seed-eating carabid species due to its high habitat quality, (iii) variations in habitat quality can influence the movement of beetles to the adjacent habitat and (iv) the presence of a grassy field margin in the vicinity of a crop promotes the maintenance and functioning of several species in arable mosaics.

La technologie des réseaux de capteurs sans fil démontre qu'elle peut être très utile dans de nombreuses applications. Ainsi chaque jour voit émerger de nouvelles réalisations dans la surveillance de notre environnement comme la détection des feux de forêt, l'approvisionnement en eau. Les champs d'applications couvrent aussi des domaines émergents et sensibles pour la population avec les soins aux personnes âgées ou les patients récemment opérés dans le cadre. L'indépendance des architectures RCSFs par rapport aux infrastructures existantes permet aux d'être déployées dans presque tous les sites afin de fournir des informations temporelles et spatiales. Dans les déploiements opérationnels le bon fonctionnement de l'architecture des réseaux de capteurs sans fil ne peut être garanti que si certains défis sont surmontés. La minisation de l'énergie consommée en fait partie. La limitation de la durée de vie des nœuds de capteurs est fortement couplée à l'autonomie de la batterie et donc à l'optimisation énergétique des nœuds du réseau. Nous présenterons plusieurs propositions à ces problèmes dans le cadre de cette thèse. En résumé, les contributions qui ont été présentées dans cette thèse, abordent la durée de vie globale du réseau, l'exploitation des messages de données redondantes et corrélées et enfin le fonctionnement nœud lui-même. Les travaux ont conduit à la réalisation d'algorithmes de routage hiérarchiques et de filtrage permettant la suppression des redondances. Ils s'appuient sur les corrélations spatio-temporelles des données mesurées. Enfin, une implémentation de ce réseau de capteurs multi-sauts intégrant ces nouvelles fonctionnalités est proposée. / Wireless sensor networks (WSNs) technology have been demonstrated to be a usefulmeasurement system for numerous bath indoor and outdoor applications. There is avast amount of applications that are operating with WSN technology, such asenvironmental monitoring, for forest fire detection, weather forecasting, water supplies, etc. The independence nature of WSNs from the existing infrastructure. Virtually, the WSNs can be deployed in any sort of location, and provide the sensor samples accordingly in bath time and space. On the contrast, the manual deployments can only be achievable at a high cost-effective nature and involve significant work. ln real-world applications, the operation of wireless sensor networks can only be maintained, if certain challenges are overcome. The lifetime limitation of the distributed sensor nodes is amongst these challenges, in order to achieve the energy optimization. The propositions to the solution of these challenges have been an objective of this thesis. ln summary, the contributions which have been presented in this thesis, address the system lifetime, exploitation of redundant and correlated data messages, and then the sensor node in terms of usability. The considerations have led to the simple data redundancy and correlated algorithms based on hierarchical based clustering, yet efficient to tolerate bath the spatio-temporal redundancies and their correlations. Furthermore, a multihop sensor network for the implementation of propositions with more features, bath the analytical proofs and at the software level, have been proposed.

Les mers côtières jouent un rôle essentiel pour les sociétés humaines. Mais la concentration et la diversité des activités qui s’y développent exercent une pression croissante sur cet espace et les milieux associés en générant des interactions parfois conflictuelles entre activités. La compréhension de ces interactions constitue un enjeu en termes de recherche et pour la société civile. Une méthodologie visant à décrire la distribution spatio-temporelle de différentes activités en mer côtière est donc conçue et mise en œuvre en rade de Brest. La collecte de données spatiales, temporelles, quantitatives et qualitatives combine l’analyse de bases de données spatio-temporelles comme celles issues du Système d’Identification Automatique (AIS), et le dépouillement d’entretiens semi-directifs menés auprès de personnes-ressources. À partir des données hétérogènes collectées, une information structurée dans une base de données spatio-temporelle (BDST) est produite. Dans un premier temps, son exploitation cartographique par un Système d’Information Géographique (SIG) permet la réalisation d’instantanés au pas de temps quotidien sur l’ensemble d’une année. La qualité de l’information temporelle et quantitative puis la nature et la source de l’information spatiale sont renseignées. Dans un second temps, la BDST est mobilisée pour identifier, spatialiser et quantifier les conflits d’usages potentiels et les interactions spatio-temporelles potentielles négatives entre les activités considérées en rade de Brest. / Coastal seas play an essential role for human societies who develop many and diverse activities. These space and resource consuming activities induce an increase pressure on the environment and sometimes generate conflicting interactions among various activities. Understanding these interactions remains a challenge for research and civil society. A methodology is proposed to describe the spatial and temporal distribution of several activities in coastal sea. An application is developed in the bay of Brest (Brittany, France). Spatial, temporal, quantitative and qualitative data acquisition combines both analysis of spatio-temporal databases such as automatic identification system (AIS) databases, and results from semi-structured interviews with key-informants. The heterogeneous data collected are stored in a spatio-temporal database (STDB). First, the STDB is used with a Geographic Information System (GIS) to produce temporal snapshots of daily human activities patterns within a year. The quality of temporal and quantitative information and the nature and source of spatial information are also provided. Secondly, the STBD enables to identify, quantify and map potential uses conflicts and potential negative spatial interactions between activities in the bay of Brest.

Alors que la continuité du bâti ne suffit plus pour appréhender l’espace urbain d’aujourd’hui,la discontinuité du tissu urbain est devenue une clé de compréhension de la ville contemporaine et de sonprocessus de formation. Elle suscite l'intérêt des chercheurs, d'autant plus que le déploiement des systèmesd'information géographique offre de nouvelles perspectives de mesure des formes urbaines. Mais, si lestravaux en écologie du paysage ou en géographie permettent de mesurer l'émergence de ces formesdiscontinues, il nous semble important de nous intéresser aux fondements économiques de l'urbanisationdiscontinue qui commencent à faire l’objet de travaux empiriques en économie. La constitution d’une grillede lecture de l’urbanisation discontinue nous permet de comprendre de manière concomitante la formationdes espaces périurbains et les formes de développement de l’habitat à l’échelle parcellaire. Cette rechercheest appliquée au Limousin sur la période 1950-2009. Le prisme de la discontinuité nous apporte un éclairagesur les trajectoires de développement résidentiel des communes de cette région. La construction d’une basede données spatio-temporelles nous offre la possibilité de lire ces trajectoires à partir de l’association demesures de dispersion géographique et de dispersion morphologique de l’habitat. À partir de ces mesuresde dispersion, nous abordons l’articulation des logiques fonctionnelles et morphologiques du développementrésidentiel grâce à la construction d’une base de données multithématiques. Pour comprendre les schémasde localisation des ménages, nous analysons plus particulièrement les problématiques de la production deslogements, de l’interaction entre structure foncière et régulation publique à l’échelle des communes et del’influence des aménités et désaménités des espaces urbains et ruraux sur la dispersion de l’habitat. / While understanding urban areas through continuity of developed land reached its limits,discontinuity of urban fabrics has become a key to understand today's cities and their shaping dynamics. Itraises researchers’ interest especially as GIS development gives new opportunities to measure urbanpatterns. While researches in landscape ecology or geography allow to measure discontinuous patterns, itseems to be important to focus on their economic foundations which are a matter for recent empiricalresearches in economy. The construction of an analytical grid of discontinuous urban patterns allows tounderstand simultaneously peri-urban development and patterns of residential development at the parcellevel. This research is applied to the Limousin region on the 1950-2009 period. The focus on discontinuousurban patterns sheds light on residential trajectories of the Limousin region's communes. The proposal of aspatio-temporal data base allows to understand these trajectories through combined measures of geographical dispersion and morphological dispersion. With these measures, we broach the link betweenfunctional and morphological dynamics thanks to a multitheme data base. To understand household locationand residential dispersion, we analyze the issue of housing production, the interaction between property andpublic regulation at the scale of communes, the influence of amenities and desamenities of urban and ruralspaces

En santé publique, de nouveaux programmes de surveillance et de gestion sont à proposer notamment pour les masses d'eaux fortement affectées par l'urbanisation et les rejets urbains par temps de pluie. Les niveaux, les réservoirs et les sources de contamination microbiologique des milieux aquatiques doivent être évalués et identifiés, et leur incidence sur la dissémination des bactéries pathogènes et les risques d'exposition des populations humaines comprises. Parmi les agents pathogènes retrouvés dans les milieux hydriques, Pseudomonas aeruginosa représentent une préoccupation sanitaire majeure. A partir de deux sites expérimentaux, les objectifs de ce travail de thèse furent de définir la contribution des rejets d'eaux usées sur la prévalence de P. aeruginosa dans les cours d'eau récepteurs et d'étudier l'écologie des formes introduites dont ces habitats incluant leur dynamique spatiotemporelle. Les sédiments, les biofilms de surface (périphyton) et les végétaux aquatiques submergés, permettraient leur survie voire la multiplication de certains génotypes de Pseudomonas aeruginosa. La répartition des indicateurs de contaminations fécales et de la bactérie pathogène Aeromonas caviae ont également été étudiée. Il a été mis en évidence que les forces hydrauliques, le morpho-dynamisme de la rivière et les variations saisonnières étaient des facteurs structurants de la répartition des contaminants microbiens analysés. La dangerosité des souches isolées a été évaluée et montré que toutes les souches avaient un potentiel de virulence élevée. Ceci s'est confirmé par la détection de clones épidémiques majeurs au sein de la collection dont des souches apparentées aux clones PA14 ou C. Les capacités métaboliques de ces souches ont été étudiées dont leur antibio-résistance / In Public Health, new monitoring and management programs are needed, especially for the aquatic environments strongly affected by urbanization and urban wet weather discharges. The levels, reservoirs and sources of microbiological contamination of the aquatic environment should be assessed and identified, and their impact on the spread of pathogenic bacteria and the risk of exposure of human populations understood. Among the pathogens found in water environments, Pseudomonas aeruginosa is of major health concern. From two experimental sites, the objectives of this work were to define the contribution of wastewater discharges on the prevalence of P. aeruginosa in receiving watercourses and study the ecology of the introduced forms, including their spatiotemporal dynamic and preferential habitats. Sediments, surface biofilms (periphyton) and the submerged aquatic vegetations appeared to favour the survival or growth of some genotypes of Pseudomonas aeruginosa. The distribution of fecal indicator bacteria and of Aeromonas caviae were also studied. It was highlighted that hydraulic forces, the morpho-dynamics of the river and the seasonal vaiations were determinant factors in the distribution of the analyzed microbial contaminants. The health hazard of the clones found in these systems was estimated through indirect molecular approaches. It was shown that all Pseudomonas aeruginosa strains had a high virulence potential and that some were related to the PA14 and C clones which are spread worldwide and pathogenic

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Par delà les études transversales, étudier l'évolution temporelle de phénomènes connait un intérêt croissant. En effet, pour comprendre un phénomène, il semble plus adapté de comparer l'évolution des marqueurs de celui-ci au cours du temps plutôt que ceux-ci à un stade donné. Le suivi de maladies neuro-dégénératives s'effectue par exemple par le suivi de scores cognitifs au cours du temps. C'est également le cas pour le suivi de chimiothérapie : plus que par l'aspect ou le volume des tumeurs, les oncologues jugent que le traitement engagé est efficace dès lors qu'il induit une diminution du volume tumoral.L'étude de données longitudinales n'est pas cantonnée aux applications médicales et s'avère fructueuse dans des cadres d'applications variés tels que la vision par ordinateur, la détection automatique d'émotions sur un visage, les sciences sociales, etc.Les modèles à effets mixtes ont prouvé leur efficacité dans l'étude des données longitudinales, notamment dans le cadre d'applications médicales. Des travaux récent (Schiratti et al., 2015, 2017) ont permis l'étude de données complexes, telles que des données anatomiques. L'idée sous-jacente est de modéliser la progression temporelle d'un phénomène par des trajectoires continues dans un espace de mesures, que l'on suppose être une variété riemannienne. Sont alors estimées conjointement une trajectoire moyenne représentative de l'évolution globale de la population, à l'échelle macroscopique, et la variabilité inter-individuelle. Cependant, ces travaux supposent une progression unidirectionnelle et échouent à décrire des situations telles que la sclérose en plaques ou le suivi de chimiothérapie. En effet, pour ces pathologies, vont se succéder des phases de progression, de stabilisation et de remision de la maladie, induisant un changement de la dynamique d'évolution globale.Le but de cette thèse est de développer des outils méthodologiques et algorithmiques pour l’analyse de données longitudinales, dans le cas de phénomènes dont la dynamique d'évolution est multiple et d'appliquer ces nouveaux outils pour le suivi de chimiothérapie. Nous proposons un modèle non-linéaire à effets mixtes dans lequel les trajectoires d'évolution individuelles sont vues comme des déformations spatio-temporelles d'une trajectoire géodésique par morceaux et représentative de l'évolution de la population. Nous présentons ce modèle sous des hypothèses très génériques afin d'englober une grande classe de modèles plus spécifiques.L'estimation des paramètres du modèle géométrique est réalisée par un estimateur du maximum a posteriori dont nous démontrons l'existence et la consistance sous des hypothèses standards. Numériquement, du fait de la non-linéarité de notre modèle, l'estimation est réalisée par une approximation stochastique de l'algorithme EM, couplée à une méthode de Monte-Carlo par chaînes de Markov (MCMC-SAEM). La convergence du SAEM vers les maxima locaux de la vraisemblance observée ainsi que son efficacité numérique ont été démontrées. En dépit de cette performance, l'algorithme SAEM est très sensible à ses conditions initiales. Afin de palier ce problème, nous proposons une nouvelle classe d'algorithmes SAEM dont nous démontrons la convergence vers des minima locaux. Cette classe repose sur la simulation par une loi approchée de la vraie loi conditionnelle dans l'étape de simulation. Enfin, en se basant sur des techniques de recuit simulé, nous proposons une version tempérée de l'algorithme SAEM afin de favoriser sa convergence vers des minima globaux. / Beyond transversal studies, temporal evolution of phenomena is a field of growing interest. For the purpose of understanding a phenomenon, it appears more suitable to compare the evolution of its markers over time than to do so at a given stage. The follow-up of neurodegenerative disorders is carried out via the monitoring of cognitive scores over time. The same applies for chemotherapy monitoring: rather than tumors aspect or size, oncologists asses that a given treatment is efficient from the moment it results in a decrease of tumor volume. The study of longitudinal data is not restricted to medical applications and proves successful in various fields of application such as computer vision, automatic detection of facial emotions, social sciences, etc.Mixed effects models have proved their efficiency in the study of longitudinal data sets, especially for medical purposes. Recent works (Schiratti et al., 2015, 2017) allowed the study of complex data, such as anatomical data. The underlying idea is to model the temporal progression of a given phenomenon by continuous trajectories in a space of measurements, which is assumed to be a Riemannian manifold. Then, both a group-representative trajectory and inter-individual variability are estimated. However, these works assume an unidirectional dynamic and fail to encompass situations like multiple sclerosis or chemotherapy monitoring. Indeed, such diseases follow a chronic course, with phases of worsening, stabilization and improvement, inducing changes in the global dynamic.The thesis is devoted to the development of methodological tools and algorithms suited for the analysis of longitudinal data arising from phenomena that undergo multiple dynamics and to apply them to chemotherapy monitoring. We propose a nonlinear mixed effects model which allows to estimate a representative piecewise-geodesic trajectory of the global progression and together with spacial and temporal inter-individual variability. Particular attention is paid to estimation of the correlation between the different phases of the evolution. This model provides a generic and coherent framework for studying longitudinal manifold-valued data.Estimation is formulated as a well-defined maximum a posteriori problem which we prove to be consistent under mild assumptions. Numerically, due to the non-linearity of the proposed model, the estimation of the parameters is performed through a stochastic version of the EM algorithm, namely the Markov chain Monte-Carlo stochastic approximation EM (MCMC-SAEM). The convergence of the SAEM algorithm toward local maxima of the observed likelihood has been proved and its numerical efficiency has been demonstrated. However, despite appealing features, the limit position of this algorithm can strongly depend on its starting position. To cope with this issue, we propose a new version of the SAEM in which we do not sample from the exact distribution in the expectation phase of the procedure. We first prove the convergence of this algorithm toward local maxima of the observed likelihood. Then, with the thought of the simulated annealing, we propose an instantiation of this general procedure to favor convergence toward global maxima: the tempering-SAEM.