Le champ captant de Radicatel est un AEP historique et majeur de la ville du Havre et de son agglomération (255 000 hab.). C'est un système karstique en rive droite de la Seine dont l'aval hydraulique (la Seine) a subi un étagement et une diffluence en réponse aux fluctuations du niveau de base lors du Pleistocène. Cette structure géomorphologique couplée à un contexte structural dominé par la faille Fécamp-Lillebonne détermine le fonctionnement hydrologique et la vulnérabilité du système. L'étude de ce système se réalise en trois temps : (i) l'analyse de l'influence de la variabilité climatique, (ii) l'étude du contexte structural aux échelles régionale, et locale et (iii) l'étude du fonctionnement hydrologique de trois sources (Moulin B, Bruisseresse et Four aux Veaux) grâce à un suivi haute fréquence de la turbidité et de la conductivité électrique. Cette analyse pluri-disciplinaire a permis de montrer le lien entre les variations des signaux hydro-sédimentaire (turbidité et enregistrement sédimentaire) et les variations de l'indice climatique NAO démontrant que les systèmes karstiques de Radicatel présente de très fortes connexions avec les eaux issues du ruissellement. A ce contrôle climatique s'ajoute un contrôle structural marqué par la présence d'une faille orientée N150 entre la source du Moulin B et la source de la Bruisseresse, de failles secondaires N50-60, ainsi que la morphologie singulière du toit de l'Albien. Ce contexte structural et hydrogéologique est le cadre d'un graben compartimenté siège d'un aquifère très puissant et karstifié. L'étude du fonctionnement hydrologique des trois sources par traitement du signal des données de turbidité et de conductivité électrique conforte l'existence d'un caractère commun propre à l'aquifère de la craie, et des fonctionnements propres à chaque source lié à l'influence locale du cadre morpho-tectonique local.

Dans cette thèse, nous utilisons un ensemble d'outils avancés de mathématiques et de méthodes de traitement du signal pour aborder trois problèmes importants en neuroscience: la détection de potentiels d'action (spikes), leur tri, et le codage neuronal. A partir d'enregistrements invasifs de l'activité de neurones, nous avons d'abord abordé la question de la détection de spikes. Les instants d'occurrence des spikes apparaissent (comme des irrégularités) de manière explicite dans les dérivées distributionnelles du signal neuronal. Le problème est alors posé en termes de détection et estimation conjointe de ces instants d'occurrence. En utilisant le calcul opérationnel, qui fournit un cadre commode pour manipuler des Dirac, nous caractérisons le temps d'occurrence d'un spike par une formule explicite. Après la détection nous abordons le problème du tri de spikes. Nous avons développé un algorithme simple pour des enregistrements multi-canaux. Il utilise une application itérative de l'algorithme ICA et une technique de déflation dans deux boucles imbriquées. Dans chaque itération de la boucle externe, l'activité d'un neurone est ciblée, puis isolée et ensuite élaguée des enregistrements. La boucle interne met en œuvre une séquence d'applications de ICA et de détection afin de supprimer tout ce qui ne relève pas du neurone cible. Enfin, nous menons une discussion sur les propriétés du code neuronal. Nous examinons l'hypothèse d'un code reposant sur un alphabet fini. Cette hypothèse correspond à un schéma de modulation PPM qui est déjà suggéré par le codage temporel et la présence de jitter.

L'information polarimétrique des ondes électromagnétiques est fondamentalement semblable pour les micros ondes (radar), l'infrarouge et le visible (optique). Cependant, les échelles et les moyens de mesures impliqués varient très fortement ce qui explique que les divers outils développés (étalonnage, configuration géométrique, filtrage du bruit) divergent entre les différentes communautés. Ces divergences s'illustrent notamment sur les points suivants : - La géométrie d'acquisition, classiquement bistatique en optique et majoritairement monostatique en radar. - La nature de la mesure, cohérente pour le radar (intensité et phase) et en énergie pour l'optique ; quand l'optique mesure directement des grandeurs quadratiques du champ électrique, en radar il faut effectuer des estimations statistiques pour obtenir ces mêmes grandeurs. - Les traitements : en radar ce sont les décompositions polarimétriques en sommes matricielles qui sont les plus populaires, en optique les traitements sont le plus souvent multiplicatifs. Cette thèse exploite l'utilisation transverse des outils appartenant à ces deux mondes afin d'améliorer notre compréhension globale de la polarimétrie et son exploitation. Le travail présenté suit l'organisation logique d'un protocole de la mesure à l'exploitation. Nous avons d'abord adapté une méthode de calibration inspirée de l'optique au cas du radar bistatique. Ensuite nous avons analysé l'impact des géométries bistatiques et des choix de référence, pour proposer le choix du plan de diffusion dans l'analyse des images radar. Puis nous nous sommes penchés sur l'estimation de la matrice de covariance polarimétrique dans le cadre du radar. Ceci a permis de proposer une méthode originale de segmentation des images SAR ainsi que de nouveaux types de détecteurs. Enfin, nous présentons les différents "traitements polarimétriques" à proprement parler, et diverses applications auxquels ces traitements peuvent servir : caractérisation de milieux dépolarisants en optique (tissus) ou radar (forêt), détection de cibles déterministes, aide à la restitution 3D.

L'utilisation de lasers pulsés ouvre la voie à de nouvelles fonctionnalités et à une compacité accrue des systèmes lidars pour la mesure de vibration à distance. Or des bruits de phase et d'amplitude affectent le signal lidar, diminuant particulièrement les performances du régime impulsionnel à multiplets, concept par ailleurs prometteur pour la mesure à longue portée. Ces travaux portent d'abord sur la caractérisation expérimentale de ces bruits afin de les modéliser, en particulier l'effet de la turbulence atmosphérique. Puis nous cherchons à optimiser les formes d'ondes et le traitement du signal en fonction de la vibration et de la statistique de bruit. Nous proposons une méthode originale basée sur un estimateur du maximum de vraisemblance de la fréquence Doppler, associé à une extraction à partir de la représentation temps-fréquence du signal. L'apport de cette approche est constaté par la simulation et l'expérience, en comparant les performances de plusieurs régimes d'émission.

La détermination des directions de propagation d'une onde électromagnétique, à partir des mesures du champ, est un problème "mal-posé". En utilisant le concept de fonction de distribution des ondes (FDO), cela revient 'a "inverser" un opérateur linéaire non-bijectif. Nous avons développé une méthode de régularisation entropique pour résoudre ce problème. L'utilisation de l'entropie est numériquement avantageuse et permet de déterminer une solution contenant l'information minimale requise par la donnée. Une généralisation de la méthode a ensuite été étudiée. Le calcul effectif de la FDO a été effectué d'abord dans le cas du vide sur des données synthétiques, puis sur des données provenant du satellite FREJA. La méthode est automatique, robuste et permet de déterminer des solutions stables. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux obtenus par d'autres méthodes. Ils sont toutefois plus diffus, ce qui est préférable dans la situation considérée.

Les escarpements des massifs calcaires alpins sont particulièrement sensibles aux instabilités à cause de leur structure stratifiée alternant des couches de compétences différentes et des nombreux facteurs favorisant leur érosion, tels que la présence d'eau ou de glace dans les fissures de la roche. L'instabilité des escarpements calcaires se manifeste par des éboulements ou des mouvements progressifs de masses rocheuses. Ces derniers mouvements ont été quantifiés sur deux escarpements à lithologie comparable situés en Haute-Savoie, grâce à deux types de méthodes. Le G. P. S. (Global Positionning System) il permis de mesurer des mouvements significatifs sur le versant d'Allèves entre 1996 et 1998, grâce à un réseau de 18 repères. Des prismes implantés sur l'escarpement Valanginien des Tours Saint-Jacques ont permis d'effectuer des visées distancemétriques à partir de certains points du réseau G.P. S., et de quantifier les mouvements de l'escarpement grâce à la combinaison du G. P. S. et de la distancemétrie. Un traitement fin des données G. P. S. a été réalisé avec le logiciel BERNESE, afin de corriger les biais liés essentiellement aux effets de masque et troposphériques. Les coordonnées horizontales des repères ont ainsi été obtenues à 5 millimètres près. Sur l'escarpement de Passy, des inclinomètres en silice fournissent des mesures de basculement de l'abrupt au pas horaire, L'analyse de six années d'enregistrement (1991 -1996) a nécessité l'emploi de techniques de traitement du signal, afin d'isoler l'influence de la température, et les périodicités présentes dans les données. Le versant d'Allèves présente un raccourcissement horizontal révélé par G. P. S. de 1 cm/an orienté au SSE, par rapport au village d'Allèves, situé au pied du versant. Ce déplacement suggère un glissement sur une surface structurale présentant une inflexion le long d'un axe plongeant vers l'W. Une accélération significative des mouvements a été observée sur le versant durant la période 1997-98 par rapport à 1996-97. Elle pourrait traduire l'influence du séisme d'Epagny (1996) avec retard. Alors que les escarpements sommitaux montrent des déplacements horizontaux suggérant la déstabilisation du rebord des abrupts, les Tours Saint-Jacques révèlent des mouvements traduisant leur dislocation actuelle. La tour amont semble divisée en deux compartiments au moins séparés par des fractures verticales d'azimut N140°. Un décrochement dextre peut rendre compte des déplacements relatifs des prismes. Les mouvements des prismes implantés sur la tour du milieu, de part et d'autre d'une fracture verticale d'azimut N120° parcourant toute la face NW, traduisent également le comportement actuel de deux compartiments évoluant indépendemment. Enfin, les déplacements des prismes de la tour aval peuvent traduire l'ouverture actuelle de fractures verticales d'azimut N135°, parallèles aux faces NE et SW de la tour. Sur le site de Passy, aucune corrélation n'a été observée entre les précipitations et les signaux inclinométrigues, mais de fortes corrélations lient la température et les données inclinométriques dans le domaine des basses fréquences. Malgré ces corrélations, la dérive du signal montre que l'escarpement subit un basculement vers l'amont. Un axe de rotation horizontal orienté N60° peut rendre compte de ces basculements. Ceux-ci suggèrent un glissement de type rotationne!.

Dans le domaine de la robotique, les véhicules autonomes de surface en milieu marin jouent un rôle important. Ils permettent de réaliser des opérations dangereuses, comme la surveillance d'environnements marins ou encore des relevés hydrographiques. Avant d'envisager le déplacement d'un véhicule autonome de surface, il est nécessaire d'assurer sa perception de l'environnement. Elle consiste à observer, localiser et éviter les obstacles. A cause des contraintes technologiques, la complexité de l'environnement naturel, et de la diversité des situations rencontrées, il est difficile d'effectuer une plate-forme parfaitement autonome et adaptée à des applications variées. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ASAROME (Autonomous SAiling Robot for Oceanographic MEasurements), un projet de réalisation d'un voilier autonome pour des missions de mesures et d'observations de longues durées. Dans un premier temps, nous avons conçu une plate-forme de perception composée de plusieurs types de capteurs : hydrophones, caméra panoramique, centrale inertielle et sonar. A partir des signaux acquis pendant des campagnes de test, nous avons développé des méthodes de traitement du signal. Elles consistent à analyser et traiter des signaux sonores sous-marins et des images panoramiques pour la reconnaissance d'objets, la détection et la localisation d'obstacles. Pour améliorer la perception des obstacles, des méthodes de fusion de données multi-capteurs ont été développées. L'ensemble des algorithmes ont été validés expérimentalement, en lac puis en mer. Ce travail n'est que le premier pas vers la réalisation d'un robot autonome en milieu marin capable de réaliser des missions complexes de longue durée, mais il montre sa faisabilité par le développement de capacités de perception adaptées.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la capacité des modèles météorologiques à prévoir des épisodes de cisaillements de vent dans les basses couches de l'atmosphère sur une zone limitée à un aéroport et d'examiner l'apport pour la modélisation d'observations locales à haute fréquence. Nous avons choisi l'aéroport international de Nice, régulièrement soumis à des variations rapides de la direction et de l'intensité du vent selon l'horizontale dans la CLA, appelées aussi renverses. Un pro leur de vent et trois anémomètres sont installés sur les pistes de l'aéroport. Au début de l'année 2009, une campagne de mesures incluant un lidar vent à balayage et un anémomètre sonique s'est déroulée sur l'aéroport fournissant des observations complémentaires. L'ensemble des mesures à haute fréquence temporelle et des simulations numériques obtenues avec le modèle de recherche Méso-NH à 2.5 km de résolution, a fourni une vision de l'enchaînement complexe des écoulements conduisant à des cisaillements de vent d'origine différente. Cette complémentarité a aussi permis d'estimer la capacité du modèle numérique à reproduire les cisaillements de vent. Pour les trois situations étudiées, il reproduit la structure horizontale et verticale de l'écoulement malgré des erreurs de placement spatio-temporel. Bien que les écoulements locaux participent à la mise en place des conditions nécessaires au cisaillement de vent, c'est l'écoulement de méso-échelle (ondes piégées ou talweg d'altitude) qui va déterminer la position du phénomène. Nous avons réalisé des comparaisons avec le modèle opérationnel de Météo-France AROME ainsi que des tests de sensibilité pour étudier l'in uence des conditions de couplage et de la résolution. Nous avons, en particulier, augmenté la résolution horizontale de 2.5 km à 500 m sur un domaine centré sur l'aéroport de Nice sur les situations étudiées. Une résolution de 500 m permet d'améliorer la représentation d'écoulements locaux et de variations locales du vent mais n'améliore pas la position des cisaillements de vent par rapport à une échelle plus grossière. L'extension horizontale limitée du domaine à haute résolution augmente la sensibilité aux conditions aux limites de grande échelle. Pour améliorer les prévisions et contraindre le modèle numérique vers les observations disponibles sur le site d'étude, un système l'assimilation de données basé sur le 'nudging' et permettant de prendre en compte des données à haute fréquence temporelle, le "nudging direct et rétrograde" (BFN pour 'Back and Forth Nudging'), a été mis en place. Nous avons appliqué cet algorithme aux équations de Lorenz pour con rmer le comportement de cette méthode par rapport à des résultats publiés antérieurement avec d'autres méthodes d'assimilation de données. Les résultats encourageants, ont conduit à l'introduction du BFN dans Méso-NH. Nous avons mis en place des simulations avec assimilation de données simulées dans des conditions idéalisées qui ont montré une réponse cohérente du modèle numérique à l'introduction de pro ls verticaux de vent.

Depuis quelques années, nous assistons à l'augmentation croissante de gigantesques collections de musique en ligne. Ce phénomène a attiré l'attention de nombreux chercheurs. En effet, le besoin urgent de développer des outils et des méthodes qui permettent d'interagir avec ces énormes bibliothèques de musique numérique pose des défis scientifiques complexes. Le domaine de la recherche d'information musicale (Music Information Retrieval, MIR) est ainsi devenu très actif depuis une dizaine d'années. Ce domaine général inclut celui de l'indexation musicale dans lequel s'inscrit cette thèse qui a pour but d'aider au stockage, à la diffusion et la consultation des gigantesques collections de musique en ligne. Ce domaine ouvre de nombreuses perspectives pour l'industrie et la recherche liées aux activités multimédia. Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème de l'extraction automatique d'informations de contenu d'un signal audio de musique. La plupart des travaux existants abordent ce problème en considérant les attributs musicaux de manière indépendante les uns vis-à-vis des autres. Cependant les morceaux de musique sont extrèmement structurés du point de vue de l'harmonie et du rythme et leur estimation devrait se faire en tenant compte du contexte musical, comme le fait un musicien lorsqu'il analyse un morceau de musique. Nous nous concentrons sur trois descripteurs musicaux liés aux structures harmoniques, métriques et tonales d'un morceau de musique. Plus précisément, nous cherchons à en estimer la progression des accords, les premiers temps et la tonalité. L'originalité de notre travail consiste à construire un modèle qui permet d'estimer de manière conjointe ces trois attributs musicaux. Notre objectif est de montrer que l'estimation des divers descripteurs musicaux est meilleure si on tient compte de leurs dépendances mutuelles que si on les estime de manière indépendante. Nous proposons au cours de ce travail un ensemble de protocoles de comparaison, de métriques de performances et de nouvelles bases de données de test afin de pouvoir évaluer les différentes méthodes étudiées. Afin de valider notre approche, nous présentons également les résultats de nos participations à des campagnes d'évaluation internationales. Dans un premier temps, nous examinons plusieurs représentations typiques du signal audio afin de choisir celle qui est la plus appropriée à l'analyse du contenu harmonique d'un morceau de musique. Nous explorons plusieurs méthodes qui permettent d'extraire un chromagram du signal et les comparons à travers un protocole d'évaluation original et une nouvelle base de données que nous avons annotée. Nous détaillons et expliquons les raisons qui nous ont amenés à choisir la représentation que nous utilisons dans notre modèle. Dans notre modèle, les accords sont considérés comme un attribut central autour duquel les autres descripteurs musicaux s'organisent. Nous étudions le problème de l'estimation automatique de la suite des accords d'un morceau de musique audio en utilisant les _chromas_ comme observations du signal. Nous proposons plusieurs méthodes basées sur les modèles de Markov cachés (hidden Markov models, HMM), qui permettent de prendre en compte des éléments de la théorie musicale, le résultat d'expériences cognitives sur la perception de la tonalité et l'effet des harmoniques des notes de musique. Les différentes méthodes sont évaluées et comparées pour la première fois sur une grande base de données composée de morceaux de musique populaire. Nous présentons ensuite une nouvelle approche qui permet d'estimer de manière simultanée la progression des accords et les premiers temps d'un signal audio de musique. Pour cela, nous proposons une topologie spécifique de HMM qui nous permet de modéliser la dépendance des accords par rapport à la structure métrique d'un morceau. Une importante contribution est que notre modèle peut être utilisé pour des structures métriques complexes présentant par exemple l'insertion ou l'omission d'un temps, ou des changements dans la signature rythmique. Le modèle proposé est évalué sur un grand nombre de morceaux de musique populaire qui présentent des structures métriques variées. Nous comparons les résultats d'un modèle semi-automatique, dans lequel nous utilisons les positions des temps annotées manuellement, avec ceux obtenus par un modèle entièrement automatique où la position des temps est estimée directement à partir du signal. Enfin, nous nous penchons sur la question de la tonalité. Nous commençons par nous intéresser au problème de l'estimation de la tonalité principale d'un morceau de musique. Nous étendons le modèle présenté ci-dessus à un modèle qui permet d'estimer simultanément la progression des accords, les premiers temps et la tonalité principale. Les performances du modèle sont évaluées à travers des exemples choisis dans la musique populaire. Nous nous tournons ensuite vers le problème plus complexe de l'estimation de la tonalité locale d'un morceau de musique. Nous proposons d'aborder ce problème en combinant et en étendant plusieurs approches existantes pour l'estimation de la tonalité principale. La spécificité de notre approche est que nous considérons la dépendance de la tonalité locale par rapport aux structures harmonique et métrique. Nous évaluons les résultats de notre modèle sur une base de données originale composée de morceaux de musique classique que nous avons annotés.

Premier relais des informations sensorielles et nociceptives périphériques, la moelle épinière est le siège de traitements dynamiques complexes. L'objectif de ce travail est de caractériser la transformation subie par le signal (sa fonction de transfert) et de quantifier l'impact des différents paramètres du réseau. Pour cela, nous avons utilisé une approche multidisciplinaire mêlant théorie et expérimentation au travers du développement d'une nouvelle plateforme d'expérimentation hybride, basée sur le logiciel NEURON. Nous avons construit un modèle réaliste du réseau de la corne dorsale et développé des outils théoriques de quantification du signal et de sa transformation, provenant de la théorie de l'information. Nous avons pu ainsi pu mettre en évidence l'importance des propriétés régénératives cellulaires ainsi que du contrôle inhibiteur sur le transfert de l'information nociceptive. Nous aboutissons ainsi à une approche novatrice de pharmacologie virtuelle pour l'étude de la douleur.