La synthèse comporte trois parties. La première présente les modèles probabilistes développés en géostatistique pour décrire la variabilité de variables naturelles réparties dans l'espace, estimer leur valeur en dehors des points de mesure, construire des modèles numériques rendant compte de la variabilité spatiale, et caractériser l'incertitude des données et des modèles numériques. Elle couvre l'ensemble de la géostatistique qui s'est développée au long de la deuxième moitié du 20e siècle sous l'impulsion de Georges Matheron : analyse structurale (calcul et modélisation du variogramme), estimation linéaire (krigeage), modèles non stationnaires, méthodes multivariables, changement de support et méthodes non linéaires (krigeage disjonctif), simulations conditionnelles, effet d'échelle et problèmes inverses. Les différentes méthodes géostatistiques sont mises en perspective en présentant à la fois les aspects théoriques et pratiques. Des applications réelles sont présentées, comme une modélisation des formations géologiques pour le tunnel sous la Manche et la comparaison entre prédiction et réalité. La seconde partie présente les développements réalisés pour la modélisation stochastique des milieux fracturés, et principalement pour la modélisation de réseaux de fractures à partir d'observations en forage ou sur affleurement. Deux modèles très flexibles ont été développés à partir d'observations de sites réels, l'un pour les granites (disques aléatoires éventuellement en salves ou à densité régionalisée), l'autre pour des milieux sédimentaires stratifiés (modèle hiérarchique). Des méthodes d'identification des paramètres sont proposées, ainsi que des méthodes de simulation conditionnelle. Les effets d'échelle et le lien avec la modélisation des écoulements sont également abordés. La dernière partie est consacrée aux travaux en cours ou en projet : identification de lois marginales non stationnaires, statistiques multipoints et choix de modèles, modèles spatiotemporels, modélisation géologique 3D, données territoriales ou sur graphes, modèles génétiques stochastiques, assimilation de données, prise en compte d'essais hydrauliques dans la simulation de réseaux de fractures.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Aujourd’hui, il est bien établi que la variabilité cardiaque est un facteur de pronostic important dans les pathologies coronariennes mais le constat n’est pas toujours aussi clair concernant sa relation avec la santé mentale. Les compétences émotionnelles quant à elles sont considérées comme une ressource pour les individus car la recherche montre des associations claires entre celles-ci et la santé mentale, somatique et psychosomatique. Cependant, les processus physiologiques sous-jacents à ces associations sont très peu investigués à l’heure actuelle. La variabilité cardiaque pourrait être l’un de ces mécanismes. Cette thèse a dès lors pour objectif principal d’étudier la variabilité cardiaque, les compétences émotionnelles, les interactions entre ces deux facteurs et leurs liens avec la santé. Les résultats principaux montrent une relation entre les compétences émotionnelles et les symptômes dépressifs ainsi qu’anxieux tant chez des sujets « tout-venant » que chez des patients présentant une pathologie coronarienne. Néanmoins, un effet tampon de la variabilité cardiaque sur la relation entre les compétences émotionnelles et les symptômes dépressifs est observé chez les sujets « tout-venant ». Cet effet n’est pas retrouvé chez les patients coronariens. De plus, la variabilité cardiaque et les compétences émotionnelles ne semblent pas prédire le pronostic de ces patients. Finalement, les résultats sont débattus en retenant l’idée principale que la variabilité cardiaque reflète le fonctionnement du système nerveux parasympathique qui permet à l’individu d’économiser et récupérer des ressources après un stress. Cette théorie expliquerait l’effet protecteur de la variabilité cardiaque sur la relation entre un déficit au niveau des processus émotionnels et la santé mentale. Cependant, les zones d’ombres et le peu d’études permettant de comparer ces résultats sont également mis en avant. / Doctorat en Sciences psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

En IRMf, les conclusions de paradigmes expérimentaux restent encore sujettes à caution dans la mesure où elles supposent une connaissance a priori du couplage neuro-vasculaire, c’est-à- dire de la fonction de réponse hémodynamique qui modélise le lien entre la stimulation et le signal mesuré. Afin de mieux appréhender les changements neuronaux et vasculaires induits par la réalisation d’une tâche cognitive en IRMf, il apparaît donc indispensable d’étudier de manière approfondie les caractéristiques de la réponse hémodynamique. Cette thèse apporte un nouvel éclairage sur cette étude, en s’appuyant sur une méthode originale d’analyse intra-sujet des données d’IRMf : la Détection-Estimation Conjointe (« Joint Detection-Estimation » en anglais, ou JDE). L’approche JDE modélise de façon non paramétrique et multivariée la réponse hémodynamique, tout en détectant conjointement les aires cérébrales activées en réponse aux stimulations d’un paradigme expérimental. La première contribution de cette thèse a été centrée sur l’analyse approfondie de la variabilité hémodynamique, tant inter-individuelle qu’inter-régionale, au niveau d’un groupe de jeunes adultes sains. Ce travail a permis de valider la méthode JDE au niveau d’une population et de mettre en évidence la variabilité hémodynamique importante apparaissant dans certaines régions cérébrales : lobes pariétal, temporal, occipital, cortex moteur. Cette variabilité est d’autant plus importante que la région est impliquée dans des processus cognitifs plus complexes.Un deuxième axe de recherche a consisté à se focaliser sur l’étude de l’organisation hémodynamique d’une aire cérébrale particulièrement importante chez les êtres humains, la région du langage. Cette fonction étant liée à la capacité d’apprentissage de la lecture, deux groupes d’enfants sains, âgés respectivement de 6 et 9 ans, en cours d’apprentissage ou de consolidation de la lecture, ont été choisis pour mener cette étude. Deux apports méthodologiques importants ont été proposés. Tout d’abord, une extension multi-sessions de l’approche JDE (jusqu’alors limitée au traitement de données mono-session en IRMf) a été mise au point afin d’améliorer la robustesse et la reproductibilité des résultats. Cette extension a permis de mettre en évidence, au sein de la population d’enfants, l’évolution de la réponse hémodynamique avec l’âge, au sein de la région du sillon temporal supérieur. Ensuite, un nouveau cadre a été développé pour contourner l’une des limitations de l’approche JDE « standard », à savoir la parcellisation a priori des données en régions fonctionnellement homogènes. Cette parcellisation est déterminante pour la suite de l’analyse et a un impact sur les résultats hémodynamiques. Afin de s’affranchir d’un tel choix, l’alternative mise au point combine les résultats issus de différentes parcellisations aléatoires des données en utilisant des techniques de «consensus clustering». Enfin, une deuxième extension de l’approche JDE a été mise en place pour estimer la forme de la réponse hémodynamique au niveau d’un groupe de sujets. Ce modèle a pour l’instant été validé sur simulations, et nous prévoyons de l’appliquer sur les données d’enfant pour améliorer l’étude des caractéristiques temporelles de la réponse BOLD dans les réseaux du langage.Ce travail de thèse propose ainsi d’une part des contributions méthodologiques nouvelles pour caractériser la réponse hémodynamique en IRMf, et d’autre part une validation et une application des approches développées sous un éclairage neuroscientifique. / In fMRI, the conclusions of experimental paradigms remain unreliable as far as they supposesome a priori knowledge on the neuro-vascular coupling which is characterized by thehemodynamic response function modeling the link between the stimulus input and the fMRIsignal as output. To improve our understanding of the neuronal and vascular changes inducedby the realization of a cognitive task given in fMRI, it seems thus critical to study thecharacteristics of the hemodynamic response in depth.This thesis gives a new perspective on this topic, supported by an original method for intra-subjectanalysis of fMRI data : the Joint Detection-Estimation (or JDE). The JDE approachmodels the hemodynamic response in a not parametric and multivariate manner, while itjointly detects the cerebral areas which are activated in response to stimulations deliveredalong an experimental paradigm.The first contribution of this thesis is centered on the thorough analysis of the interindividualand inter-regiona hemodynamic variability from a population of young healthyadults. This work has allowed to validate the JDE method at the group level and to highlightthe striking hemodynamic variability in some cerebral regions : parietal, temporal, occipitallobes, motor cortex. This variability is much more important as the region is involved in morecomplex cognitive processes.The second research axis has consisted in focusing on the study of the hemodynamic orga-nizationof a particularly important cerebral area in Humans, the language system. Becausethis function embeds the reading learning ability, groups of healthy children of 6 and 9 yearsold respectively, who were in the process of learning or of strenghting reading, were chosen forthis study. Two important methodological contributions have been proposed. First, a multi-sessionsextension of the JDE approach (until now limited to the processing of mono-sessiondata in fMRI) was worked out in order to improve the robustness and the reproducibility ofthe results. Then, a new framework was developed to overcome the main shortcoming of theJDE approach. The latter indeed relies on a prior parcellation of the data in functionally ho-mogeneousregions, the choice of which is critical for the subsequent inference and impacts thehemodynamic results. In order to avoid this a priori choice, the finalized alternative combinesthe results from various random data fragmentations by using “consensus clustering”.Finally, a second extension of the JDE approach was developed in order to robustly estimatethe shape of the hemodynamic response at the group level. So far, this model was validatedon simulations, and we plan to apply it on children data to improve the study of the BOLDresponse temporal characteristics in the language areas. Thus, this PhD work proposes onone hand new methodological contributions to characterize the hemodynamic response infMRI, and on the other hand a validation and a neuroscientific application of the proposedapproaches.

Les recherches sur le vieillissement ont montré que la variabilité intra-individuelle (VII) du fonctionnement cognitif (dispersion et inconsistance) augmente avec l’âge. La VII pourrait jouer un rôle central dans la compréhension des changements cognitifs observés chez la personne âgée. Le but de cette recherche a été d’évaluer l’apport de la VII pour expliquer les différences d’efficience cognitive entre personnes âgées. Les relations entre deux formes de VII, dispersion (VII des scores entre plusieurs tests cognitifs) et inconsistance (VII des temps de réponse (TR) entre les essais à une tâche de contrôle cognitif), et l’efficience cognitive, ont été évaluées auprès d’un groupe d’adultes âgés de 61 ans et plus. La tâche de contrôle AX-cpt utilisée dans cette étude permet l’évaluation de processus de contrôle cognitif distincts (contrôle réactif et contrôle proactif). L’augmentation de la dispersion était associée à une diminution de la vitesse de traitement, de la capacité de la mémoire épisodique et de l’état cognitif plus général. L’augmentation de l’inconsistance semble traduire une difficulté supérieure associée à des capacités de maintien de l’information contextuelle et de résistance à l’interférence moins préservées. Toutefois, l’inconsistance pourrait exprimer une évolution positive de la cognition. Les fluctuations intra-individuelles du comportement paraissent être les caractéristiques d’un fonctionnement normal. L’irrégularité de l’instabilité temporelle des TR aux essais successifs d’une même tâche semble être un indicateur pertinent dans l’étude de la VII pour rendre compte d’une diminution de l’efficience cognitive. L’étude de la VII de la performance semble donc être une approche fructueuse pour expliquer la variabilité interindividuelle chez la personne âgée et prédire d’éventuels changements cognitifs / Aging research shows an age-related increase in intraindividual variability in cognitive functioning (dispersion and inconsistency). Intraindividual variability would play a central role in understanding cognitive changes in older adults. The purpose of the present research was to examine the contribution of the intraindividual variability study, in order to explain differences in cognitive efficiency between older adults. The relationship between two forms of intraindividual variability, dispersion (variability in scores across several cognitive tests) and inconsistency (variability in response time (RT) across trials in a cognitive control task), and the cognitive efficiency, was estimated in a sample of adults aged from 61 years and older. The control task AX-cpt used in this study allows the evaluation of distinct cognitive control process (proactive and reactive control). The increase in dispersion was associated with a decrease in processing speed, episodic memory ability and the more general cognitive state. The increase in inconsistency seems related to a difficulty of a cognitive system whose capacities of context information maintenance, and resistance to interference, are less preserved. However, the inconsistency could also reveal a positive evolution of cognition. Intraindividual fluctuations in behavior appear to be the characteristics of normal functioning. The irregularity of temporal instability of successive trials response times, seems to be a valid cue of the decrease in cognitive efficiency. The study of intraindividual variability in performance seems to be a fruitful approach to explain the variability between individuals observed in the elderly, and to predict possible cognitive changes.

Les aérosols sont une composante variable de l'atmosphère, ayant un rôle important et complexe sur la qualité de l'air et le climat. La plupart des observations d'aérosols au sol sont limitées à des emplacements fixes, ce qui réduit la connaissance sur leur variabilité spatiale. Afin de compléter cette information, un système mobile d’observation des aérosols (MAMS - Mobile Aerosol Monitoring System) a été mis au point pour explorer la variabilité verticale et spatiale des propriétés optiques et microphysiques des aérosols. MAMS est un « laboratoire » conçu sur un véhicule, se distinguant des autres plateformes transportables par sa capacité à effectuer des mesures au cours du mouvement. Equipé d'instruments de télédétection et in situ, MAMS a exploré la variabilité des aérosols au travers de campagnes mobiles sur routes dans diverses situations. Ce travail présente les études de variabilité et des événements remarquables observés en France et en Chine. L’une des variables aérosols recherchée est leur concentration massique et leur distribution verticale. Ce défi est relevé dans ce travail. Le système mobile offre une grande flexibilité, et un bon rapport coût-efficacité, car il permet de réagir rapidement en cas d’événements aérosols soudains, tels que des épisodes de pollution, poussières, incendies ou éruptions volcaniques, démontrant son utilité pour les réseaux d’observation recherche et opérationnels. Les applications de la plateforme d'exploration mobile pour les activités de validation des missions spatiales d’observation de la Terre et de l’atmosphère, pour l’évaluation des modèles et les campagnes d’intercomparaison d’instruments sont présentées. Des nouvelles perspectives, tant au niveau instrumental que méthodologique, sont introduites, laissant la place à des améliorations dans les observations mobiles des aérosols. / Aerosols are a variable component of the atmosphere, having an important and complex role on air quality and climate. Most of the ground-based aerosol observations are limited to fixed locations, narrowing the knowledge on their spatial variability. In order to overcome this issue, a compact Mobile Aerosol Monitoring System (MAMS) has been developed to explore the vertical and spatial variability of aerosol optical and microphysical properties. MAMS is a vehicle-based laboratory, distinguished by other transportable platforms through its ability to perform measurements during the movement. Equipped with remote sensing and in situ instruments, MAMS explored the aerosol variability through mobile on-road campaigns in various situations. This work presents variability studies and remarkable events observed both in France and in China. One of the researched aerosol variables is their mass concentration and vertical distribution. This challenge is taken up in this work. The mobile system presents a great flexibility and is cost-effective, being able to respond quickly in case of sudden aerosol events such as pollution episodes, dust, fire or volcano outbreaks, proving to be a useful platform for aerosol observation and operational networks. Applications of the mobile exploratory platform for validation activities of space missions observing the Earth and the atmosphere, for models’ evaluation and for instrument intercomparison campaigns are presented. New perspectives, both on instrumental and methodology levels are introduced, leaving place for improvements in the mobile aerosol observations.

Cette recherche, composée de 7 expériences a pour but d'observer mais aussi de manipuler implicitement les mécanismes attentionnels de sujets sains et de patients cérébro-lésés droits souffrant ou non de négligence spatiale gauche. Ce travail de recherche apporte un nouvel éclairage sur la compréhension théorique de la négligence spatiale unilatérale. En effet, la compilation de tous les résultats nous mène à interpréter la négligence en ces termes: l'expression d'une négligence spatiale pourrait être la résultante d'un chaos perceptif, se définissant par un manque d'invariant, qui impliquerait un trouble de l'orientation exogène de l'attention, majoré au niveau de l'hémiespace gauche, ceci dans un contexte de trouble bilatéral de l'orientation endogène de l'attention, émaillé de troubles frontaux. Cette assomption est corroborée par la mise en évidence, pour la première fois, d'une variabilité perceptive spécifique aux patients négligents. Ainsi, cette nouvelle hypothèse ouvre désormais la voie à un champ de réflexion pour l'étude et la rééducation de la négligence spatiale.