La description détaillée des phases de la coda permet d'affiner la compréhension des processus de propagation des ondes sismiques, en milieu hétérogène. Ces phases sont importantes puisque l'énergie globale qui leur est associée peut représenter une quantité d'énergie supérieure à celle que véhicule le champ d'onde direct. En terme d'évaluation de l'effet de site, les phases secondaires ne peuvent donc pas être négligées et il est important de comprendre et d'identifier la nature des structures responsables de leur existence. En milieu hétérogène, les ondes incidentes émises lors d'un séisme subissent de nombreuses déformations au cours de leur propagation. Ces ondes sont alors diffractées et réfractées par les structures hétérogènes qu'elles rencontrent, avant d'être réémises notamment dans la direction de l'antenne. Il en résulte des sismogrammes présentant une coda complexe, caractérisée par la présence simultanée de nombreuses composantes ondulatoires. Les approches statistiques ont été les plus utilisées pour caractériser la coda des sismogrammes régionaux. La décroissance d'énergie de la coda permet en effet d'estimer le facteur de qualité, qui traduit le degré d'hétérogénéité moyen du milieu de propagation. Dans ce travail, un point de vue déterministe de la description de la coda a été adopté et nous avons lors décomposé les différents trains d'onde enregistrés par une antenne sismologique, en une somme d'ondes planes, chacune étant décrite par un temps d'arrivée, un contenu fréquentiel, une direction et une vitesse apparente de propagation. Devant la complexité que présente la coda des sismogrammes régionaux, les traitements classiques souffrent d'un manque de résolution et ne suffisent plus à caractériser la propagation de chaque phase cohérente qui se propage à travers une antenne. Des développements méthodologiques ont permis de mettre au point une technique de décomposition temps-fréquence-nombre d'onde haute résolution des sismogrammes enregistrés par une antenne. Cette décomposition permet une description détaillée de l'évolution temporelle des paramètres de propagation des différentes phases cohérentes du sismogramme. Nous avons notamment construit un critère original permettant l'estimation du nombre de phases de même contenu fréquentiel, qui se propagent simultanément à travers l'antenne. Ce critère est basé sur la reconstruction a posteriori des formes d'onde analysées, à partir des paramètres de propagation retrouvés par la décomposition temps-fréquence-nombre d'onde. La mise en pratique sur différents cas synthétiques simples (propagation d'une onde plane à travers l'antenne) a montré sa supériorité à caractériser les paramètres de propagation des champs d'ondes corrélées qui se propagent simultanément à travers l'antenne ainsi que l'efficacité du critère de reconstruction d'énergie, pour l'estimation du nombre de phases à une fréquence donnée, présentes dans la même fenêtre d'analyse temporelle. L'application de cette méthode de décomposition à l'analyse de signaux simulés numériquement nous a permis de tester son pouvoir de résolution dans la description des paramètres ssociés à la propagation d'un champ d'ondes en milieu hétérogène. La méthode de décomposition temps-fréquence-nombre d'onde développée ainsi que l'utilisation du critère du maximum d'énergie expliquée ont été validés. Les signaux réels auxquels nous nous sommes intéressés sont issus de l'expérience d'Annot, où les champs d'onde locaux ont été enregistrés par quatre antennes de faible ouverture (250 mètres). A partir des résultats obtenus de l'analyse des données, nous avons pu localiser les principales zones hétérogènes qui ont affecté la propagation des champs d'onde enregistrés par chaque antenne.

Ces travaux de recherche portent sur la problématique CEM (Compatibilité Electromagnétique) en électronique de puissance. Cette étude s'intéresse particulièrement à la modélisation HF (haute fréquence) des convertisseurs d'énergie dans le but d'étudier la propagation des perturbations conduites vers le réseau avec ou sans l'utilisation du RSIL (Réseau Stabilisateur d'Impédance de Ligne). Une première partie présente les outils de modélisation des sources de perturbation dans les convertisseurs statiques.La seconde partie est consacrée à la modélisation HF d'un système d'entraînement à vitesse variable. L'onduleur de tension triphasé est représenté par trois générateurs équivalents afin de reconstituer le découpage des tensions de sortie. Un modèle HF du câble blindé de 4 conducteurs tenant compte de la dissymétrie est ensuite proposé. Les résultats de simulation ont été validés par des relevés expérimentaux. La comparaison montre qu'il est possible de modéliser correctement le comportement HF du dispositif jusqu'à 20MHz.Une troisième partie porte sur la propagation des perturbations conduites vers le réseau sans RSIL. Il a fallu pour cela déterminer et modéliser l'impédance du réseau. L'influence du pont redresseur à diodes sur la propagation des perturbations de mode commun a ensuite été étudiée. Les résultats de simulation montrent que l'impact de ces perturbations sur la tension réseau est prépondérant lorsque le pont redresseur est à l'état bloqué. Les résultats expérimentaux ont permis de valider cette étude. Ce travail se termine par une étude préliminaire sur l'association de deux convertisseurs connectés localement à une même source d'énergie

Le volcan Arenal présente une activité explosive continue de type strombolien caractérisée par l'effusion permanente de coulées de lave, la formation d'écoulements pyroclastiques et une sismicité intense. Cette activité est suivie depuis 1974 par l'Observatorio Sismologico y Vulcanologico de Arenal y Miravalles (OSIVAM) rattaché à l'Institut Costarisien d'Electricité (ICE). Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié l'activité volcanique de l'Arenal entre 1986 et 2000 à partir des données obtenues par l'OSIVAM que nous avons regroupées en une base de données unique. Nous avons analysé ces informations en nous focalisant sur le comportement du volcan à l'échelle de plusieurs années. Il est actuellement difficile d'établir si les évolutions des paramètres observés reflètent de réelles modifications de l'activité éruptive de l'Arenal. Nous avons mis en évidence les limites du système de surveillance et nous proposons des améliorations.La suite de ce mémoire est une étude de la structure de l'activité sismique réalisée à l'aide de plusieurs réseaux denses de capteurs (triangles, demi-cercles, profils, réseaux en L). A partir des données de deux profils sismiques déployés à l'Est et l'Ouest du volcan, nous avons analysé les effets de la structure sur les signaux sismo-volcaniques. De fortes variations de l'amplitude des pics spectraux sont observées localement le long des profils. Nous avons étudié ces anomalies en utilisant la méthode des rapports spectraux U/V et avons montré que la forme de ces rapports est indépendante du type de signal utilisé. Les résultats mettent en évidence dans certains sites des effets de résonance à des fréquences qui correspondent à celles des amplifications observées. Des fonctions de transfert théoriques des ondes S ont été calculées en chaque site en utilisant des modèles de vitesse obtenus par sismique réfraction. Lorsqu'il existe un contraste d'impédance suffisant entre les couches peu consolidées et les couches plus profondes les rapports spectraux et les fonctions de transfert présentent des pics de même fréquence. Cela montre le lien entre les amplifications observées et la structure géologique. Nous avons également sondé la structure superficielle de l'Arenal en utilisant la méthode d'auto-corrélation spatiale basée sur le calcul de coefficient de corrélation entre station de réseaux semi-circulaires. Nous avons amélioré l'inversion de ces coefficients pour mieux estimer les vitesses de phase des ondes de surface. A l'ouest du volcan, les vitesses des ondes de Rayleigh varient de 765 m s-1 à 1 Hz à 300 m s-1 à 12 Hz et pour les ondes de Love entre 780 et 295 m-1 dans la même bande de fréquence. A l'est, les vitesses des ondes de Raleigh sont comprises entre 1386 et 300 m s-1 et celle de Love entre 1983 et 315 m s-1. Ces courbes de dispersion ont ensuite été inversées pour obtenir des modèles de structure, en tenant compte des connaissances géologiques disponibles. Les modèles de vitesse obtenus sont cohérents avec les résultats de sismique réfraction et les calculs de rapports spectraux. L 'analyse d'enregistrements continus large bande montre une grande variété de comportement du trémor et des explosions volcaniques. Les résultats révèlent notamment l'existence de deux processus de résonance non stationnaires pouvant se produire simultanément mais ayant des caractéristiques spectrales différentes. Cela suggère qu'à certains moments, deux sources de trémor peuvent être actives. Les méthodes auto-régressives utilisées fournissent des mesures robustes et de haute résolution fréquentielle et temporelle de la fréquence des pics spectraux. Elles montrent également que les fréquences et les facteurs de qualité de ces pics varient rapidement au cours du temps, reflétant des évolutions des propriétés physiques des sources sismo-volcaniques..

Cette thèse étudie de nouvelles techniques de représentation du signal pour le codage audio. Les codeurs audio existants sont basés soit sur une transformée (codage par transformée), soit sur un modèle paramétrique (codage paramétrique), soit sur une combinaison des deux (codage hybride). D'une part, le codage par transformée permet une qualité transparente à haut débit (ex. AAC à 64 kbps/canal), mais obtient de mauvaises performances à bas débit. D'autre part, le codage paramétrique et le codage hybride obtiennent de meilleures performances que le codage par transformée à haut débit mais ne permettent pas une qualité transparente à haut débit. La nouvelle approche de représentation du signal que nous proposons permet d'obtenir une qualité transparente à haut débit et de meilleures performances que le codage par transformée à bas débit. Cette représentation du signal est basée sur un ensemble redondant de fonctions temps-fréquence composée d'une union de plusieurs bases MDCT à différentes échelles. La première contribution majeure de cette thèse est un algorithme à la fois rapide et performant qui décompose un signal dans cette ensemble redondant de fonctions. La deuxième contribution majeure de cette thèse est un ensemble de techniques qui permettent un codage de ces représentations à la fois performant et progressif. Finalement, cette thèse étudie l'application à l'indexation audio. Nous montrons que l'utilisation d'une union de plusieurs MDCT permet de dépasser les limitations des représentations utilisées dans les codeurs par transformée (en particulier la résolution fréquentielle), ce qui rend ainsi possible une indexation dans le domaine transformée performant.

Le travail de recherche exposé s'intéresse à la localisation de source acoustique sous-marine avec un système de réception mono-capteur en milieux petits fonds dans la gamme Ultra Basses Fréquences (1-100Hz).<br />Le signal acoustique reçu se décompose en modes dispersifs.<br /><br /> Nous développons dans un premier temps des outils (représentations et filtres) temps-fréquence adaptés à la configuration d'étude basés sur les lois de dispersion et utilisant le principe d'équivalence unitaire.<br />Ces outils contournent les limitations des méthodes classiques, leurs performances sont évaluées et comparées.<br /><br /> La seconde étape est consacrée à la localisation de source (distance et profondeur) à partir des modes filtrés : deux techniques originales d'estimations séparées de la profondeur (en se basant sur l'énergie des modes) et de la distance (en se basant sur la phase des modes) sont proposées et validées sur données réelles.

Ce travail de recherche est consacré à l'élaboration et le développement d'une nouvelle méthode d'estimation<br />et de reconstruction de signaux fortement non-stationnaires, modulés non-linéairement à la fois<br />en amplitude et en fréquence. L'estimation de tels signaux dans un contexte trés bruité est un problème<br />délicat et les méthodes existantes de la littérature présentent plusieurs inconvénients dans ce cas.<br />Nous avons montré comment une approche locale permet une meilleure adaptabilité du modèle à la<br />nature des variations locales des amplitudes et des fréquences instantanées. Les résultats de l'estimation<br />sont par conséquent améliorés. L'originalité de la méthode proposée tient à l'application de modèles paramétriques bien adaptés sur des segments temporels de courtes durées extraits du signal étudié. Nous<br />avons proposé une stratégie de segmentation puis une stratégie de fusion des segments estimés permettant<br />la reconstruction du signal dans la totalité de sa durée. L'approche proposée permet de s'affranchir d'un<br />modèle global du signal requérant un ordre d'approximation élevé.<br />La validation de l'efficacité de l'estimation a été effectuée au préalable sur un segment temporel court.<br />Le modèle considéré localement consiste en une approximation polynomiale de la fréquence et de l'amplitude<br />exprimée dans une base polynomiale discrète et orthonormale que nous avons calculée. Cette base<br />permet de réduire le couplage entre les paramètres du modèle. Nous proposons et comparons deux techniques<br />différentes pour estimer ces derniers. La première est fondée sur la maximisation de la fonction<br />de vraisemblance en utilisant la technique d'optimisation stochastique le recuit simulé. Tandis que la<br />deuxième se base sur une approche Bayésienne employant les méthodes MCMC simulées par l'algorithme<br />de Metroplois-Hastings.<br />Nous montrons, sur des simulations et également sur des signaux réels, que l'approche proposée fournit<br />de bons résultats d'estimation par comparaison à celles de la HAF.

Cette thèse propose une nouvelle méthode pour modéliser les fonctions non linéaires de modulations d'amplitude et de fréquence de signaux multicomposantes non stationnaires de durée longue. La méthode repose sur une décomposition du signal en segments courts pour une modélisation locale sur les segments. Pour initialiser la modélisation, nous avons conçu une première étape qui peut être considérée comme un estimateur indépendant et non paramétrique des fonctions de modulations. L'originalité de l'approche réside dans la définition d'une matrice de convergence totale intégrant simultanément les valeurs d'amplitude et de fréquence et utilisé pour l'association d'un pic à une composante selon un critère d'acceptation stochastique. Suite à cette initialisation, la méthode estime les fonctions de modulations par l'enchaînement des étapes de segmentation, modélisation et fusion. Les fonctions de modulations estimées localement par maximum de vraisemblance sont connectées dans l'étape de fusion, qui supprime les discontinuités, et produit l'estimation globale sur la durée totale du signal. Les étapes sont conçues afin de pouvoir modéliser des signaux multicomposantes avec des morts et naissances, ce qui en fait une de ses originalités par rapport aux techniques existantes. Les résultats sur des signaux réels et simulés ont illustré les bonnes performances et l'adaptabilité de la méthode proposée.

Les peignes de fréquences optiques auto-référencés constituent aujourd'hui l'outils de choix en temps-fréquences pour mesurer avec des très hautes stabilités et exactitudes des fréquences optiques. Au delà de cette activité de mesure proprement dite, ils trouvent également des applications novatrices variées à très hautes performances, tel que par exemple la génération de signaux micro-ondes à très bas bruit de phase et le transfert de pureté spectrale entre différentes fréquences optiques. Ce manuscrit décrit différents travaux autour de ces outils versatiles que j'ai réalisé au NIST (Boulder, Colorado, USA) et au LNE-SYRTE (Partis, France) entre 2004 et 2014

La surveillance automatique consiste à vérifier le bon fonctionnement d'un système tout au long de sa durée d'utilisation et ce, sans intervention humaine. Elle permet de mettre en place une stratégie de maintenance prévisionnelle qui présente un intérêt économique majeur, en particulier dans le cas de systèmes isolés comme les éoliennes construites en pleine mer. La surveillance automatique se base sur l'acquisition plus ou moins régulière de signaux pendant le fonctionnement du système surveillé. L'analyse de ces signaux doit permettre d'établir un diagnostic et de prendre une décision sur le déclenchement des opérations de maintenance. Dans cette thèse, nous proposons une méthode d'analyse générique permettant de s'adapter à n'importe quel système surveillé. La méthode se déroule en plusieurs étapes. Premièrement, chaque signal est analysé individuellement pour en extraire son contenu spectral, c'est-à-dire identifier les pics spectraux, les séries harmoniques et les bandes de modulation présents dans sa densité spectrale. Ensuite, ce contenu spectral est suivi au cours du temps pour former des trajectoires sur l'ensemble de la séquence de signaux acquis. Ces trajectoires permettent de générer des tendances qui sont le reflet de la santé du système. Enfin, les tendances sont analysées pour identifier un changement au cœur du système qui serait synonyme d'usure ou de défaut naissant. Cette méthodologie est validée sur de nombreux signaux réels provenant de la surveillance de différents systèmes mécaniques. / The automatic monitoring consists in verifying without any human intervention that a system is operating well. The monitoring allows to use a predictive maintenance strategy, which is economically interesting, especially in the case of isolated systems like off-shore wind turbines. The automatic monitoring is based on signals acquired more or less regularly while the monitored system is operating. The analysis of these signals should be sufficient to diagnose the system and to decide whether or not the maintenance operations should be done. In this thesis, we propose a generic analysis method able to adapt itself to any monitored system. This method is composed by several steps. First, each signal is analyzed individually in order to extract its spectral content, that is to identify the spectral peaks, the harmonic series and the modulation sidebands presents in the signal spectrum. Then, the spectral content is tracked through time to construct spectral trajectories in the sequence of acquired signal. These trajectories are used to generate trends which indicate the state of the system health. Finally, the trends are analyzed to identify a change in the system response which would indicate some wear or a fault in is early stage. This analysis method is validated on real world signals acquired on different mechanical systems.

Cette thèse s'articule autour de deux axes de recherche. Le premier axe aborde les aspects méthodologiques liés au traitement temps-fréquence des signaux issus d'un radar FMCW (à onde continue modulée en fréquence) dans le contexte de la mesure des déplacements fins. Le second axe est dédié à la conception et à la validation d'une chaîne de traitement des images RSO (radar à synthèse d'ouverture) satellitaire. Lorsqu'un maillage 3D de la structure envisagée est disponible, les traitements proposés sont validés par l'intercomparaison avec les techniques conventionnelles d'auscultation des grands ouvrages d'art.D'une part, nous étudions la correction de la non-linéarité d'un radar FMCW en bande X, à courte portée, conçu pour la mesure des déplacements millimétriques. La caractéristique de commande non linéaire de l'oscillateur à large bande, entraine une perte de résolution à la réception. Afin de pallier cet inconvénient, nous avons développé deux méthodes basées sur le ré-échantillonnage temporel (time warping) dans le cas des signaux à large bande non-stationnaires. La première approche estime la loi de fréquence instantanée non linéaire à l'aide de la fonction d'ambiguïté d'ordre supérieur, tandis que la deuxième approche exploite la mesure de concentration spectrale du signal de battement dans un algorithme d'autofocus radial.D'autre part, nous proposons un cadre méthodologique général pour la détection et le pistage des centres de diffusion dans les images RSO pour la surveillance des grands ouvrages d'art. La méthode est basée sur la ré-focalisation de chaque image radar sur le maillage 3D de l'infrastructure étudiée afin d'identifier les diffuseurs pertinents par tomographie 4D (distance – azimut – élévation – vitesse de déformation). L'algorithme de ré-focalisation est parfaitement compatible avec les images RSO acquises dans les différents modes (« stripmap », « spotlight » et « sliding spotlight ») : dé-focalisation en azimut suivie par rétroprojection modifiée (conditionnée par la structure temps-fréquence du signal) sur l'ensemble donné des points. Dans la pile d'images ré-focalisées, les centres de diffusion sont détectés par tomographie 4D : test de conformité à l'hypothèse d'élévation zéro dans le plan élévation – vitesse de déformation. La vitesse moyenne correspond au maximum à l'élévation zéro, tandis que la série temporelle des déplacements est obtenue par double différence de phase des amplitudes complexes pour chaque diffuseur pertinent.Nous présentons également les campagnes in situ effectuées au barrage de Puylaurent (et glissement de Chastel) : les relevés GPS, topographiques et LIDAR sol employées au calcul des maillages 3D. La comparaison entre les déplacements mesurés in situ et les résultats obtenus par l'exploitation conjointe de la télédétection RSO satellitaires et les maillages 3D valident la chaîne de traitement proposée. / The thesis is composed of two research axis. The first one consists in proposing time-frequency signal processing tools for frequency modulated continuous wave (FMCW) radars used for displacements measurements, while the second one consists in designing a spaceborne synthetic aperture radar (SAR) signal processing methodology for infrastructure monitoring when an external point cloud of the envisaged structure is available. In the first part of the thesis, we propose our solutions to the nonlinearity problem of an X-band FMCW radar designed for millimetric displacement measurements of short-range targets. The nonlinear tuning curve of the voltage controlled oscillator from the transceiver can cause a dramatic resolution degradation for wideband sweeps. To mitigate this shortcoming, we have developed two time warping-based methods adapted to wideband nonlinearities: one estimates the nonlinear terms using the high order ambiguity function, while the other is an autofocus approach which exploits the spectral concentration of the beat signal. Onwards, as the core of the thesis, we propose a novel method for scattering centers detection and tracking in spaceborne SAR images adapted to infrastructure monitoring applications. The method is based on refocusing each SAR image on a provided 3D point cloud of the envisaged infrastructure and identifying the reliable scatterers to be monitored by means of four dimensional (4D) tomography. The refocusing algorithm is compatible with stripmap, spotlight and sliding spotlight SAR images and consists of an azimuth defocusing followed by a modified back-projection algorithm on the given set of points which exploits the time-frequency structure of the defocused azimuth signal. The scattering centers of the refocused image are detected in the 4D tomography framework by testing if the main response is at zero elevation in the local elevation-velocity spectral distribution. The mean displacement velocity is estimated from the peak response on the zero elevation axis, while the displacements time series for detected single scatterers is computed as double phase difference of complex amplitudes.Finally, we present the measurement campaigns carried out on the Puylaurent water-dam and the Chastel landslide using GPS measurements, topographic surveys and laser scans to generate the point clouds of the two structures. The comparison between in-situ data and the results obtained by combining TerraSAR-X data with the generated point clouds validate the developed SAR signal processing chain. / Teza cuprinde două axe principale de cercetare. Prima axă abordează aspecte metodologice de prelucraretimp-frecvenţă a semnalelor furnizate de radare cu emisie continuă şi modulaţie de frecvenţă (FMCW)în contextul măsurării deplasărilor milimetrice. În cadrul celei de-a doua axe, este proiectată şi validatăo metodă de prelucrare a imaginilor satelitare SAR (radar cu apertură sintetică) ce este destinatămonitorizării infrastructurii critice şi care se bazează pe existenţa unui model 3D al structurii respective.În prima parte a tezei, sunt investigate soluţii de corecţie a neliniarităţii unui radar FMCW în bandaX destinat măsurării deplasărilor milimetrice. Caracteristica de comandă neliniară a oscilatorului debandă largă determină o degradare a rezoluţiei în distanţă. Pentru a rezolva acest inconvenient, au fostelaborate două metode de corecţie a neliniarităţii, adaptate pentru semnale de bandă largă, ce se bazeazăpe conceptul de reeşantionare neuniformă sau deformare a axei temporare. Prima abordare estimeazăparametrii neliniarităţii utilizând funcţii de ambiguitate de ordin superior, iar cea de-a doua exploateazăo măsură de concentraţie spectrală a semnalului de bătăi într-un algoritm de autofocalizare în distanţă.În a doua parte a lucrării, este propusă o metodologie generală de detecţie şi monitorizare a centrilorde împrăştiere în imagini SAR în scopul monitorizării elementelor de infrastructură critică. Metoda sebazează pe refocalizarea fiecărei imagini radar pe un model 3D al structurii investigate în scopul identificăriicentrilor de împrăştiere pertinenţi (ţinte fiabile ce pot fi monitorizate în timp) cu ajutorul tomografiei SAR4D (distanţă-azimut-elevaţie-viteză de deplasare). Algoritmul de refocalizare este compatibil cu imaginiSAR achiziţionate în moduri diferite (« stripmap », « spotlight » şi « sliding spotlight ») şi constă într-odefocalizare în azimut urmată de o retroproiecţie modificată (condiţionată de structura timp-frecvenţă asemnalului) pe modelul 3D al structurii. Ţintele sunt identificate în stiva de imagini refocalizate cu ajutorultomografiei 4D prin efectuarea unui test de conformitate cu ipoteza că centrii de împrăştiere pertinenţivor avea elevaţie zero în planul local elevaţie-viteză. Viteza medie de deformare corespunde maximuluide pe axa de elevaţie nulă, iar seria temporară a deplasărilor se obţine printr-o dublă diferenţă de fază aamplitudinilor complexe corespunzătoare ţintelor identificate.În final sunt prezentate campaniile de măsurători pe teren efectuate la un baraj şi o alunecare de terendin regiunea Puylaurent (Franţa) destinate obţinerii modelului 3D al celor două elemente de infrastructurăprin măsurători GPS, topografice şi LIDAR. Comparaţia între deformările măsurate pe teren şi rezultateleobţinute prin combinarea imaginilor SAR cu modelele 3D au permis validarea metodologiei propuse.