Au cours de cette thèse, nous avons abordé la problématique du suivi du mouvement humain. Nous proposons d'utiliser plusieurs caméras vidéos, permettant de s'affranchir de contraintes sur l'environnement de capture ainsi que de la pose de marqueurs sur l'acteur, au contraire des systèmes courament utilisés. Cela complexifie la recherche d'une information pertinente dans les images mais aussi la corrélation de cette information entre les différentes images ainsi que l'interprétation de cette information en terme de mouvements articulaires du corps humain. Nous nous intéressons à une approche utilisant les contours occultants du corps et étudions le lien entre le mouvement articulaire du corps et le mouvement apparent des contours dans les images. La minimisation de l'erreur entre les contours extraits des images et la projection du modèle nous permet d'estimer le mouvement de l'acteur. Nous montrons que l'utilisation d'images video permet entre autres de produire des informations complémentaires telles que les contacts entre les parties du corps de l'acteur. Ces informations sont importantes pour la ré-utilisation des mouvements en animation 3D.

Le diagnostic, le traitement chirurgical et le suivi des anévrismes intracrâniens opérés reposaient classiquement sur l'artériographie cérébrale conventionnelle. Récemment, des améliorations de la technique d'angiographie elle-même (angiographie cérébrale tridimensionnelle) ou de nouvelles méthodes d'imagerie (IRM et angioscanner cérébral) se sont développées et sont devenues assez performantes pour compléter ou parfois supplanter la technique de référence. L'objectif de ce travail a donc été d'évaluer l'apport de ces nouvelles techniques d'imagerie aux différentes étapes de la prise en charge chirurgicale des anévrismes intracrâniens.<br />Les progrès apportés aux appareils d'angioscanner cérébral (scanners multi-détecteurs) ont ouvert la voie du bilan initial des anévrismes rompus à un examen plus accessible, plus confortable, plus rapide et non invasif. Au cours de ce travail, nous avons étudié cette technique à la phase diagnostique et montré la possibilité grâce à celle-ci de diriger les patients de façon fiable vers le traitement chirurgical ou endovasculaire. Certains anévrismes, comme les anévrismes paraclinoïdiens, sont de part leurs rapports anatomiques plus difficiles à traiter chirurgicalement. Sélectionner dans ce groupe d'anévrismes ceux qui nécessitent potentiellement d'être exclus (anévrismes intraduraux) est donc primordial. Dans un premier temps, nous avons développé, à l'aide d'un modèle radio-anatomique dédié, un protocole d'IRM (1.5 Tesla) permettant cette analyse, puis nous avons évalué et montré l'intérêt de celui-ci dans la prise en charge d'une population de patients porteurs d'anévrismes paraclinoïdiens, et, enfin nous avons optimisé le protocole lui-même à l'aide d'une machine d'IRM utilisant un aimant plus puissant (3.0 Tesla) et offrant une résolution spatiale supérieure.<br />Avec les progrès du traitement endovasculaire, les anévrismes orientés vers le traitement chirurgical sont plus fréquemment complexes. Les outils permettant d'optimiser le planning pré-opératoire, la décision peropératoire ou le geste chirurgical lui-même vont permettre d'améliorer les résultats de la chirurgie. Nos travaux ont permis de potentialiser l'aide apportée dans ces domaines par l'angiographie rotationnelle tridimensionnelle. Nous avons, d'une part, mis en oeuvre un protocole permettant d'obtenir de façon semi-automatisée la vue 3D de l'arbre vasculaire porteur de l'anévrisme orientée selon la disposition opératoire. D'autre part, nous avons montré l'intérêt de la réalisation d'une angiographie rotationnelle biplan peropératoire comme aide directe au geste chirurgical (contrôle proximal de l'anévrisme avec occlusion carotidienne par ballonnet ou recherche immédiate d'un reliquat).<br />Le contrôle post-opératoire de la qualité du traitement chirurgical est devenu également une priorité. Si l'ARM s'est progressivement imposée dans de nombreux centres comme l'examen privilégié du contrôle des anévrismes embolisés, l'angiographie conventionnelle, examen invasif, restait encore la référence pour les anévrismes traités chirurgicalement. Nos travaux ont permis d'évaluer l'intérêt et les limites de l'angioscanner cérébral 64-détecteurs pour le contrôle post-opératoire immédiat des anévrismes traités par technique de clippage standard, et pour la mise en évidence de la perméabilité d'un pontage extracrânien-intracrânien associé au traitement d'un anévrisme intracrânien.<br />En conclusion, les nouvelles techniques d'imagerie vasculaire cérébrale étudiées dans notre travail permettent d'optimiser à tous les stades la prise en charge chirurgicale des anévrismes intracrâniens. Le développement de nouveaux logiciels de post-traitement d'image (Amira®) pourrait permettre dans un avenir proche et à partir de l'angioscanner de simuler la taille et l'orientation à la pose du ou des clips au niveau du collet anévrismal.

Ce travail est consacré à la modélisation d'écoulements de deux fluides immiscibles et son application en microfluidique. Pour cela, nous mettons en oeuvre des méthodes Level Set actuelles permettant un suivi précis de l'interface, dont le mouvement est induit par des champs de vitesse vérifiant les équations de Stokes ou de Navier-Stokes munies d'un terme de tension de surface.<br />Dans une première partie, nous abordons la problématique du suivi d'interface et présentons en détail les composantes de la méthode Level Set. En particulier, nous détaillons les approches ENO et WENO pour discrétiser les équations de Hamilton-Jacobi ainsi que les diverses méthodes existantes de redistanciation.<br />Dans la deuxième partie, nous traitons de l'analyse et de la résolution numérique des écoulements bifluides incompressibles pilotés par la tension de surface. Après avoir décrit les modèles mathématiques ainsi que leurs discrétisations et solveurs, nous apportons une contribution nouvelle en dérivant théoriquement une condition de stabilité valable pour les nombres de Reynolds faibles à modérés, caractéristiques des configurations microfluidiques. De plus, on introduit une méthode de décomposition de l'écoulement qui permet de diminuer les temps de simulation.<br />Enfin, la troisième partie est consacrée à l'application des outils évoqués précédemment pour simuler la dynamique de gouttes dans des microcanaux. Nous présentons les résultats numériques obtenus avec d'une part, un code bidimensionnel cartésien et d'autre part, avec un code tridimensionnel axisymétrique que nous avons entièrement développés. Une bonne adéquation est obtenue relativement aux expériences microfluidiques du laboratoire LOF (Rhodia - CNRS). En particulier, avec nos simulations, nous mettons à jour différentes dynamiques de mélange au sein des gouttes.

Les colloïdes utilisés sont des suspensions de nanoparticules magnétiques (nanocristaux d'oxyde de fer de 10 nm) chargées négativement en surface, qui s'adsorbent de façon aspécifique sur la membrane de la plupart des types cellulaires, où elles sont spontanément internalisées dans des vésicules intracellulaires. Les nouvelles propriétés magnétiques de cellules thérapeutiques ainsi marquées et implantées au sein de l'organisme permettent leur suivi in vivo de manière non-invasive par IRM. Nous avons ainsi pu suivre des cellules musculaires lisses dans un modèle d'anévrisme et des explants musculaires dans un modèle d'incontinence urinaire. Dans chaque cas, l'évolution des propriétés de contraste des cellules marquées au cours du temps a été étudiée in vitro et in vivo. Ce marquage magnétique nous a aussi permis de soumettre les cellules à des forces magnétiques et analyser leur influence sur la migration cellulaire in vitro et la faisabilité d'un guidage magnétique in vivo.

Cette thèse porte sur le suivi des paramètres de surface par télédétection radar. Le diffusiomètre ERS, caractérisé par une forte répétitivité temporelle et une faible résolution spatiale, a montré son potentiel sur des zones pastorales sahéliennes. Afin d'élargir son utilisation à l'ensemble de la bande sahélienne, il s'agit d'évaluer son potentiel sur des zones plus hétérogènes. Pour cela, les travaux portent sur une région d'étude située en zone sahélienne agro-pastorale. Les résultats d'une étude de modélisation du signal alliée à l'exploitation de la complémentarité des données issues du diffusiomètre et du radar à synthèse d'ouverture ERS, montrent que le taux de recouvrement du couvert végétal est le paramètre clé de la réponse radar au sein de la cellule de résolution. Ces résultats ont permis d'estimer par inversion l'humidité de surface à partir des données du diffusiomètre.

Ce travail porte sur la conception d'une nouvelle forme d'interaction Homme-Machine : la multimodalité parole+présentation visuelle en sortie du système. Plus précisément, l'étude porte sur l'évaluation des apports potentiels de la parole, en tant que mode d'expression complémentaire du graphique, lors du repérage visuel de cibles au sein d'affichages 2D interactifs. <br />Nous avons adopté une approche expérimentale pour déterminer l'influence d'indications spatiales orales sur la rapidité et la précision du repérage de cibles et évaluer la satisfaction subjective d'utilisateurs potentiels de cette forme d'assistance à l'activité d'exploration visuelle. <br />Les différentes études réalisées ont montré d'une part que les présentations multimodales facilitent et améliorent les performances des utilisateurs pour le repérage visuel, en termes de temps et de précision de sélection des cibles. Elles ont montré d'autre part que les stratégies d'exploration visuelle des affichages, en l'absence de messages sonores, dépendent de l'organisation spatiale des informations au sein de l'affichage graphique.

Un nouvel outil numérique pour prédire le mouvement et la déformation de particules sous champ électrique dans les microsystèmes biologiques est proposé. Ce moyen permettra à terme l'optimisation de labopuces dans les premières phases de conception. Le phénomène utilisé pour manipuler les particules est la diélectrophorèse associée au mouvement dû à la polarisation des diélectriques sous champ électrique non uniforme. L'outil numérique utilisé pour le suivi des interfaces mobiles sous champ électrique est la Méthode Intégrale aux Frontières (MIF). Les écoulements sont supposés irrotationnels. Par cet outil, nous avons réussi à retrouver les résultats de Taylor sur l'instabilité des gouttes sous champ uniforme. Les résultats du déplacement des gouttes sous champ non uniforme montrent un bon accord également entre les simulations et des modèles analytiques approchés. L'état de développement de l'outil MIF nous permet d'envisager son extension vers des problèmes électrohydrodynamiques encore plus riches.

Les pâturages constituent un écosystème terrestre important. En France, ils occupent 21% de la superficie totale, ce qui justifie l'effort pour développer un suivi en temps réel de la production de la biomasse au niveau national, en prenant en compte la variabilité spatiale et temporelle des prairies. L'absence de méthodes indirectes de faible coût applicables à des grandes régions conduit à étudier les modèles de simulation du fonctionnement des cultures, comme dans le cas du système ISOP (Information et Suivi Objectif des Praires), et les possibilités offertes par la télédétection pour contribuer à améliorer le diagnostic fourni. Le travail effectué dans cette thèse a pour but d'évaluer ces possibilités. Pour cela, un nombre limité de treize régions fourragères (FR) de France ont été sélectionnées pour leur contexte géomorphologique, climatique et pédologique associé à leur production fourragère. Les données du capteur VEGETATION embarqué sur la plateforme SPOT4 (résolution spatiale de kilométrique) ont été utilisées pour fournir, à partir de modèles de déconvolution, les valeurs de réflectance correspondant à la signature d'une prairie pure. Celle-ci a été mise en relation avec certaines variables de croissance estimées par le modèle STICS-Prairie à l'intérieur du système ISOP. Au delà du bon accord général entre les deux types de données, l'analyse de ces relations a permis d'établir que celle qui lie les indices de végétation basés sur le moyen infrarouge (SWVI) et l'indice foliaire (LAI) était la plus forte. Les résultats obtenus confirment les capacités des données satellitaires à fournir des estimateurs de variables productives complémentaires de celles estimées à partir de modèles de simulation. En particulier les différences spatiales et temporelles entre les informations fournies par le satellite et les estimations du modèle, surtout pendant les périodes de récolte de biomasse dans les systèmes de production, pourraient contribuer à améliorer les estimations du modèle à l'échelle régionale.

Calibrer une camera permet de déterminer les propriétés géométriques qui permettent le processus de formation d'une image. Ce processus a un objectif principal, identifier les coordonnées 3D de chaque points de l'image dans un nouveau référenciel d'image dans lequel les coordonnées de l'image ainsi obtenue en deux dimensions seront exprimées dans une nouvelle unité le pixel. Cette méthode est nécessaire pour restaurer des informations 3D. On peut préciser aussi ,qu'il est indispensable de connaitre la translation et la rotation du capteur vidéo en garantissant l'alignement avec tous les autre paramètres systèmes externes , et aussi évidemment les autres paramètres intrinsèques internes tels que l'optique, longueur des focales, facteurs de magnitude, emplacement des axes d'alignement optique et rétine. Alors en prenant en compte correctement de toutes les conditions précédentes on peut dire de la problématique calibration camera quel est un sujet déjà bien maitrisée, et en cela l'on sait déjà qu'aucunes méthodes ne permet aujourd'hui une robuste auto calibration temps réel et ceci pour chacune des cameras omnidirectionnelles existantes. Les techniques d'auto calibration existantes essaye de calibrer a partir de point de correspondances, de lignes, de cercles, ou encore de spécifiques mouvements de camera. Cependant des résultats intéressants peuvent être obtenus, même si l'autocalibration souffre encore de certaines limites, comme un faible nombre de points fonctionnels, la difficulté de détection des lignes, d'indésirables effets de mouvements camera et de la difficulté de prise en compte de certains types de miroirs. Par conséquence l'objectif de cette thèse est la proposition d'un nouvel algorithme qui permettrait d'éliminer certaines de ces limitations permettant ainsi son utilisation dans différentes applications robotiques ou encore dans d'autre environnement applicatifs pratiques ou l'autocalibration n'a pas encore pénétrée mais ou l'on y trouverait un intérêt certain; cet algorithme fonctionne directement avec l'intensité lumineuse de l'image, en faisant le minimum de d'hypothèses concernant la structure de la scène qui est visualisée et reste valide et utilisable pour tous les systèmes catadioptriques centraux et de fait ne nécessite donc aucunes connaissances antérieures des paramètres intrinsèques et externes. Ainsi, un partie de cette thèse est centrée sur la formalisation de l'unicité de la solution pour résoudre les problèmes de calibration des cameras centrales catadioptrique omnidirectionnelles. Pour la majeur partie de ce travail sur la calibration camera omnidirectionnel, il a été observe ceci, dans le cas de miroirs non planaires, deux images acquises de différents points de vus son suffisantes pour effectuer la calibration de la camera. Cependant, à notre connaissance, aucune démonstration théorique de l'unicité de la solution n'existe. Dans cette thèse le problème de calibration est formalise par l'utilisation d'un model unifie valide pour tous les cameras centrales catadioptrique omnidirectionnelles. Il peut être utilisé avec de cameras traditionnelles quand le miroir planaire est considéré. Il a été aussi montre que l'unicité de la solution peut être dérivé a partir d'un système non linéaire d'équations. Cependant étant donne la complexité pour résoudre ce système d'équations dans un cas général ,cette thèse fait apparaitre l'unicité de solution dans le cas d'un miroir parabolique.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse visent à apporter une aide à la compréhension des mécanismes régissants l' évaporation des films liquides. La physique des problèmes à changement de phase avec ligne de contact est gouvernée par des mécanismes agissant au niveau de ces dernières ainsi qu'au niveau des interfaces gaz-liquide. La description géométrique des interfaces est donc un point clef dans cette étude tant d'un point de vue numérique qu'expérimental. Un outil numérique tridimensionnel de suivi d'interface infiniment fine à été créée afin d'anticiper la simulation numérique de ces problèmes. Cet algorithme repose sur une description quadratique de l'interface qui est une surface du maillage. L'ordre de convergence de cette méthode relatif à différentes caractéristiques (courbure, normale, position) de l'interface ainsi que sa qualité conservative ont été étudiés. Parallèlement a' cette approche numérique, une technique expérimentale d'inversion optique à été développée. Celle-ci permet la mesure dynamique du profil d'une interface au voisinage de la ligne de contact dans le cadre de fluide très mouillant. Cette méthode, appliquée dans le cadre d'un problème de film en évaporation quasi axi- symétrique a permis, dans le cadre d'une expérience simple, une première quantification des flux de chaleur et de masse échangés au niveau de la ligne de contact.