Le but de cette thèse est l'étude expérimentale de la turbulence du point de vue lagrangien. On cherche donc à suivre une particule de fluide pendant un temps supérieur au temps caractéristique des grandes <br />échelles. Pour ce faire, nous avons mis au point une nouvelle technique de mesure de vitesse lagran- gienne dans un écoulement turbulent à haut nombre de Reynolds. Le principe choisi est basé sur l'utilisation de l'effet Doppler d'une onde ultrasonore monochromatique diffusée par une petite par- ticule solide. Le signal diffusé est reçu par un réseau de récepteurs et mis en forme par une électro- nique rapide et ultrafaible bruit conçue spécialement au cours de ce travail. Pour extraire la modula- tion de fréquence due à la vitesse, nous avons développé un algorithme d'estimation spectrale basé sur une méthode de maximum de vraisemblance approché couplé à un filtre de Kalman. Nous avons ainsi accès à la vitesse lagrangienne sur des échelles temporelles englobant le régime inertiel et les grandes échelles de l'écoulement. Le champ de vitesse est gaussien à décorrélation temporelle exponentielle. On obtient ainsi un spectre temporel à décroissance conforme à la prédiction de la théorie de Kolmogorov 41. Le régime inertiel lagrangien se prolonge jusqu'à des échelles temporelles inférieures au temps de Kolmogorov. On observe une intermittence lagrangienne plus intense (en termes de courbure des exposants de structure) que pour le champ eulérien et dont l'intensité ne peut être reproduite par le modèle usuel basé sur la dissipation. Cette intermittence est liée à l'existence de corrélations tempo- relles très longues de la valeur absolue des incréments temporels de vitesse.

Le travail présenté s'inscrit dans le contexte particulier des écoulements en régime supersonique à l'origine de niveaux de bruit très importants et pouvant induire des phénomènes de vibrations significatives des structures solides présentes dans le champ acoustique rayonné. L'étude préalable de techniques de réduction de bruit et des mécanismes vibro-acoustiques nécessite, entre autres, une connaissance rigoureuse du bruit rayonné ainsi que de ses différentes sources. Pour un écoulement libre quelconque, une approche possible d'estimation du bruit généré consiste à relier la dynamique du champ turbulent intrinsèque de l'écoulement au champ acoustique rayonné. Ceci est rendu possible grâce au concept d'(\it analogie aéroacoustique) proposé initialement par Lighthill (1952). La détermination des organisations spatiale et temporelle du champ turbulent à partir d'un tenseur de corrélation des fluctuations de vitesse permet de rendre compte, statistiquement, de l'évolution au sein de l'écoulement des mécanismes de conversion de l'énergie cinétique turbulente en énergie acoustique et indirectement, de celle des sources aéroacoustiques. Des mesures par Vélocimétrie Laser à Effet Doppler (technique de mesure optique) en jets supersoniques successivement froid et chaud sont ainsi ici réalisées afin de déterminer une des composantes principales de ce tenseur de corrélation. Une modélisation simplifiée du tenseur, basée sur l'estimation d'échelles spatiales et temporelles dites intégrales et caractéristiques des mécanismes sources, est ensuite proposée dans la cas d'une turbulence homogène. La composition spectrale du champ turbulent dans le cas du jet supersonique froid est également ici rapportée et renseigne sur sa dynamique. Ces données expérimentales sont finalement couplées à un code de calculs aéroacoustiques dans le but de prédire le spectre d'intensité acoustique rayonné par un jet supersonique chaud.

Ce mémoire concerne le développement de méthodes de traitement, de mise en relation et d'interprétation de données des Sciences de la Terre. Partant du constat que, de par leur nature complexe (non-stationnarité, multi-échelles), les signaux géophysiques-géologiques gagneraient beaucoup à être étudiés à l'aide de méthodes non-stationnaires, nous proposons d'utiliser des méthodes d'analyse basées sur le formalisme mathématique de la transformation en ondelettes continues. Présentées et illustrées sur des exemples synthétiques et naturels, les propriétés d'analyse locale et multi-échelles des ondelettes ouvrent de nombreuses perspectives, inaccessibles avec les méthodes classiques du traitement du signal. En particulier, les techniques développées à une ou deux dimensions visent à éclater toute l'information dans une représentation « espace-échelle », propice à dévoiler la dynamique complexe, la nature multi-échelles et/ou les interactions au sein du système étudié. Ne nécessitant aucune hypothèse sur la nature des signaux, ces techniques sont polyvalentes et permettent de reconnaître les processus agissant sur divers systèmes. L'analyse en ondelette a été appliquée à l'étude de la paléointensité relative du champ magnétique terrestre. La ré-inspection des enregistrements magnétiques du site Ocean Drilling Program 983, caractérisés par des composantes significatives à des fréquences correspondant aux paramètre orbitaux de la Terre, a permis d'opter pour une origine lithologique (climatique) plutôt que pour l'expression de la géodynamo elle-même. On confirme ainsi la représentativité de l'enregistrement de la paléointensité et sa possibilité à être corrélé avec d'autres enregistrements mondiaux. Dans le cadre de la surveillance sismique, nous avons développé un algorithme de pointé automatique de phases sismiques. Utilisées comme des filtres passe-bande naturellement bien localisés en temps et en fréquence, nous avons montré que les ondelettes permettent de détecter, de distinguer et de pointer les séismes proches et lointains, en rejetant les pointés incertains et le bruit. Sur les bases de développements méthodologiques liés à l'étude bi-dimensionnelle des champs de galaxies et des champs de fractures, nous avons développé une nouvelle méthode qui, appliquée aux organisations minérales de sections de granite, a permis de détecter et de quantifier en termes de taille, de forme, d'orientation et de distribution spatiale, les différents niveaux d'organisation minérale. A partir de cette approche, on peut étudier le comportement complexe d'un magma –milieu biphasé solide liquide- qui cristallise tout en se déformant, et ainsi, mieux cerner l'histoire dynamique des massifs granitiques. Appliquée à la distribution spatiale de la séquence de répliques du séisme d'Arudy de 1980 (M=5.1, Pyrénées Orientales), la méthodologie précédente a permis d'identifier des plans potentiels de rupture. La combinaison de ces résultats avec les mécanismes au foyer disponibles et avec les marqueurs géologiques et géomorphologiques a conduit à proposer et valider un modèle tectonique local sous la forme d'une terminaison en queue de cheval d'orientation E-W. Les perspectives ouvertes par ce mémoire laissent présager d'un champ énorme de développement d'outils et de réflexions nouvelles. Même si les problèmes abordés dans cette thèse ont concerné exclusivement des données mono-dimensionnelles et des données binaires (noir et blanc) bi-dimensionnelles, la voie est ouverte pour étendre les méthodologies précédentes à des données bidimensionnelles non-binaires (couleur) et tri-dimensionnelles.

Le but de l'expérience Virgo est la détection des ondes gravitationnelles. L'objet de cette thèse est l'étude de méthodes pour la recherche de signaux émis par des étoiles à neutrons ainsi que l'étalonnage du détecteur.<br> Dans une première partie, l'étoile à neutrons et son émission d'ondes gravitationnelles, sont présentées. Ensuite le détecteur, les principales sources de bruits, ainsi que la solution adoptée pour l'étalonnage sont décrits.<br> Puis dans une seconde partie la modélisation des effets dus aux mouvements de la terre (effet Doppler, modulation d'amplitude) est décrite. Leurs conséquences sur le rapport signal sur bruit sont déterminées.<br> Les deux derniers chapitres sont consacrés aux algorithmes de recherche de signaux périodiques. Tout d'abord le cas où la position de la source est connue est présenté. Le ralentissement de la rotation de la source et la correction de cet effet sont décrits. La correction de l'effet Doppler est aussi détaillée. De même, le problème de la gestion du gigantesque flot de données à traiter est abordé, et une solution y est apportée. Finalement la difficulté de recherche multidirectionnelle est présentée. Des prototypes d'algorithmes hiérarchiques sont aussi évalués.

Avec l'avènement des télécommunications mobiles grand public, le besoin d'améliorer la prise de son, notamment en réduisant la gêne due au bruit, s'est fait de plus en plus présent. Les techniques de réduction du bruit sont soumises à un compromis entre le niveau effectif de réduction et la distorsion qui affecte le signal de parole. Au vu des performances actuelles, il est souhaitable de supprimer plus de bruit tout en conservant un niveau de dégradation acceptable du signal restauré, ceci en particulier lorsque le niveau de bruit est important. Les techniques qui ont suscité le plus l'intérêt au cours de ces 30 dernières années sont les approches par atténuation spectrale à court terme qui consistent à modifier une transformée à court terme du signal bruité en utilisant une règle de suppression. L'essor de cette famille de techniques s'explique essentiellement par le fait qu'elles permettent de respecter les contraintes de temps réel et de complexité inhérentes aux applications de communication parlée. La première partie de ce document est consacrée à l'analyse des techniques majeures de réduction du bruit par atténuation spectrale à court terme. Ce sera notamment l'occasion d'identifier les limitations, points de blocage et autres défauts de ces méthodes ainsi que de montrer qu'il existe une marge de progression intéressante en terme de qualité par rapport à ces différents points clés. La seconde partie est essentiellement consacrée à la description et l'analyse de solutions originales proposées en réponse aux limitations identifiées dans la première partie. Un soin particulier a également été apporté à la mise en œuvre qui fait partie intégrante des techniques de réduction de bruit et qui conditionne la qualité du signal restauré. L'analyse des limitations des techniques de réduction du bruit actuelles a permis de dégager plusieurs approches originales permettant de résoudre tout ou partie des problèmes identifiés. Ainsi, l'introduction de nouveaux modèles statistiques, adaptés aux signaux de parole et de bruit, pour déterminer l'expression d'une règle de suppression permet d'obtenir des résultats sensiblement meilleurs qu'en utilisant le modèle gaussien classique. Un problème d'ordre plus général concerne les défauts des estimateurs du rapport signal à bruit, paramètre fondamental qui conditionne les performances des techniques de réduction de bruit. La suppression de ces défauts conduit effectivement à une limitation des distorsions de la parole. Cependant, le signal restauré souffre toujours de certaines dégradations dues notamment aux erreurs d'estimation du bruit et à l'impact de la phase. En effet, l'estimation du bruit, qui constitue une étape clé des techniques de réduction de bruit, souffre de nombreuses limitations surtout lorsque le bruit n'a pas un caractère stationnaire. Dans une moindre mesure, la phase, qui est souvent négligée, a aussi une influence importante dans l'estimation du signal de parole, en particulier lorsque le niveau de bruit est élevé. Une approche originale qui tire parti de la structure voisée du signal de parole pour limiter les distorsions harmoniques engendrées par les techniques classiques est proposée et permet de dépasser les limites de performances des techniques classiques. Outre ces nouvelles approches, leur mise en œuvre conditionne également la qualité finale du signal restauré. Plusieurs points sensibles sont donc soulevés et des solutions sont données qui permettent d'éviter de nombreux artefacts ("clics", nasalisation, bruit musical) désagréables. Les approches proposées sont évaluées en utilisant des critères objectifs dont les résultats sont au besoin validés par des tests subjectifs. Les résultats obtenus montrent des améliorations significatives par rapport aux performances des techniques de référence.

Nous étudions les propriétés statistiques de réponses impulsionnelles de salles. Si la qualité acoustique d'une salle est décrite par ses réponses impulsionnelles, ces dernières renseignent également sur le système physique considéré. En 1975, Joyce émet l'hypothèse selon laquelle les grandes salles sont mélangeantes ou tout au moins ergodiques. Afin de vérifier cette dernière hypothèse, ce document se concentre sur l'estimation du temps auquel le système devient mélangé: le temps de mélange. Plusieurs types d'estimateur sont mis en œuvre. L'algorithme Matching Pursuit permet d'estimer les temps d'occurrence des retours. L'étude de leur distribution temporelle permet de définir un temps à partir duquel la densité de retours augmente d'un rapport constant avec le temps. Nous avons développé l'eXtensible Fourier Tranform (XFT) qui permet une visualisation temporelle pas-à-pas des composantes spectrales du signal. La XFT permet d'estimer le temps à partir duquel les composantes spectrales du signal sont distribuées statistiquement. Les deux estimateurs s'accordent tant sur des réponses expérimentales que synthétisées par un modèle stochastique: le temps de mélange est une fonction de la distance source/récepteur. Nous montrons que le temps que nous estimons n'est pas le temps de mélange au sens dynamique du terme. Nous proposons l'emploi du nom de temps de transition à la place. Finalement, les estimateurs ouvrent la voie à l'estimation de la diffusion, du filtrage d'une salle ou de l'entropie comme des fonctions du temps.

Dans la présente thèse, nous développons la technique d'impédance bioélectrique pour la mesure de la rigidité artérielle. Notre première étude montre la possibilité d'acquérir le signal d'impédance sur plusieurs sites anatomiques (thorax, bassin, cuisse et mollet). L'analyse tempséchelle des signaux d'impédance sur chacun des sites anatomiques a permis de valider le concept d'invariance temporelle et spatiale du signal d'impédance. L'étude a été réalisée sur 15 sujets sains. Notre deuxième étude porte sur la mesure de la vitesse d'onde d'impédance (VOI) pour l'étude du segment aortique. Les résultats montrent que, sur une population de 71 patients, la VOI présente une forte corrélation (r2=0,86 et P<0,0001 selon le test de Spearman) avec la vitesse d'onde de pouls (VOP). Au vu de ces résultats, nous pouvons conclure que la technique d'impédance bioélectrique est à même d'offrir un indice de la rigidité régionale aortique au même titre que la VOP. La méthode est beaucoup plus simple, rapide, facile à mettre en place et indépendante de son opérateur. Notre dernière étude propose une modélisation mathématique du signal d'impédance. Celui-ci peut être considéré comme une mesure de l'énergie cinétique du flux artériel. Le modèle propose trois nouveaux indices pour la mesure de la rigidité aortique locale : IRA, RP et PEPA, respectivement pour Indice de Rigidité Artérielle, Résistances Périphériques et Propriétés Élastique de la Paroi Artérielle. Nous observons une forte corrélation (r2=0,79 ; P<0,0001 selon le test de Pearson) entre la VOP et l'indice IRA mesuré au niveau de l'aorte sur une population de 50 patients.

La mission spatiale internationale Mars96 devait emporter vers la planète rouge un aérostat développé en France par le CNES. Le guiderope métallique de cet aérostat devait contenir un radar de sondage de la subsurface jusqu'au kilomètre de profondeur. La mission du ballon sur Mars96 a été reportée puis annulée. Ce mémoire présente et discute l'essentiel des développements de ce nouvel instrument radar, certaines parties spécifiques et originales sont détaillées. L'évaluation de performance, l'étude de la dynamique des signaux avec adaptation de l 'instrument, et l'évaluation de la quantité d'information disponible terminent ce mémoire.

Les ondes gravitationnelles sont des solutions aux équations gourvenant la dynamique de la gravitation prédite en 1918 à partir de la théorie de la Relativité Générale d'Einstein. Elles représentent la propagation d'une oscillation de l'espace-temps induisant d'infimes variations de distance sur leur passage entre des masses libres. Depuis deux décennies, un réseau d'interféromètres de Michelson kilométriques a été développé et mis en opération à travers le monde afin de prouver l'existence des ondes gravitationnelles en détectant leur passage sur Terre. Leur signature est recherchée dans un canal de détection étalonné, obtenu à partir des mesures fournies par le détecteur et reconstruisant le signal absolu d'une onde gravitationnelle le traversant. La vérification de la procédure est nécessaire pour déceler d'éventuelles erreurs systématiques d'étalonnage biaisant l'exploitation du canal par les analyses des données. Depuis plusieurs années, une nouvelle technique d'étalonnage est développée à cette fin dans les différents interféromètres du réseau et repose sur la pression de radiation d'un laser modulé en puissance afin d'induire un déplacement étalonné de l'un de ses miroirs. Le dispositif, appelé étalonneur laser, permet de reproduire le passage d'une onde gravitationnelle connue et d'en vérifier la reconstruction dans le canal de détection. Le travail de cette thèse a concerné la mise en \oe uvre de cette technique pour l'interféromètre franco-italien Virgo afin de vérifier la reconstruction de son signal d'onde gravitationnelle. Le principe de fonctionnement de l'étalonneur laser installé sur le site est d'abord détaillé et son étalonnage est ensuite décrit avec les campagnes de mesures réalisées. Enfin, les vérifications faites durant les deux périodes de prises de données de Virgo qui se sont déroulées entre 2010 et 2011 seront présentées. Les résultats ont permis de valider la reconstruction du signal d'onde gravitationnelle de Virgo et ses incertitudes confirmant leur impact négligeable sur l'analyse des données.

Les progrès des technologies de la micro-électronique ont permis d'embarquer des circuits numériques dans des objets multiples et divers (téléphones, GPS, automobiles, etc.) dont ils ont enrichi les fonctionnalités et amélioré les performances à moindre coût. Conjointement, l'essor rapide et constant de ces applications a amené des contraintes de conception sans précédent (contraintes de coût, de performance, de consommation, etc.). Dans ce contexte, l'émergence des architectures reconfigurables à grain épais a ouvert la voie à de nouveaux compromis entre performances et flexibilité. À ce jour, la mise en oeuvre des mécanismes de reconfiguration matérielle a principalement concerné les aspects calculatoires de ces architectures. Or, les applications embarquées (multimédia) manipulent des volumes de données croissants, engendrant une sollicitation intensive des ressources de mémorisation. En outre, l'hétérogénéité et l'évolutivité des traitements induits ne permet plus d'envisager l'élaboration de solutions de stockage dédiées dans un objectif de performance et de maîtrise de la consommation. Aussi, dans le cadre de cette thèse, nous avons développé le modèle RTL, valide et fonctionnel, d'une architecture reconfigurable que nous avons nommé MOREA (acronyme de Memory-Oriented Reconfigurable Embedded Architecture) et dont la structure mémoire est flexible. Celle-ci est organisée en un pavage de tuiles de traitement et de stockage qui supportent les processus d'une application. Au sein d'une tuile, les tâches du processus sont exécutées par quatre clusters qui intègrent des ressources mémoire et de calcul. Ces clusters communiquent entre eux et avec une mémoire de tuile, contenant les données partagées par les tâches du processus, grâce à une interconnexion flexible de type crossbar. Dès lors, cette structure permet de minimiser les mouvements de données au sein de MOREA et notamment le nombre d'accès mémoire et donc d'en atténuer l'impact sur la puissance de calcul et la dissipation énergétique du système. De plus, les gains obtenus sont maximisés grâce à une unité de génération d'adresses programmable dont l'architecture a été définie en fonction des caractéristiques des applications de traitement du signal et de l'image. Celle-ci intègre notamment un accélérateur matériel pour la génération de séquences d'adresses régulières. Cette architecture permet dès lors, comparativement à une solution programmable classique, d'améliorer significativement les performances de l'unité de génération d'adresses, d'un facteur 6 en terme de Millions d'Adresses générées Par Seconde (MAPS), tout en réduisant drastiquement sa consommation d'énergie de 96%.