Face aux menaces des grands mouvements de versants rocheux, les techniques conventionnelles de suivi ne fournissent pas une vision globale, contrairement aux techniques d'imagerie. En considérant leurs apports à la description cinématique de trois sites instables, nous montrons que (1) la corrélation d'images aériennes est une solution rapide pour une connaissance globale et multi-temporelle ; que (2) le scanner-laser terrestre apporte des informations sur les zones tourmentées et difficiles d'observation mais de manière limitée spatialement ; que (3) l'utilisation des images satellitaires haute résolution est encore inadaptée, et enfin (4) que les images terrestres de face constituent un moyen rapide, efficace et peu onéreux de suivi de sites. Concernant les sites choisis, nous montrons que le mouvement de versant de Sedrun (Suisse) subit un ralentissement constant depuis 2002 qui fait suite à une augmentation des vitesses de 150% à partir de 1990. La description précise de la cinématique, alliée à la géologie de terrain, renseigne quant à ses évolutions possibles. La zone frontale du site de Séchilienne (Isère) se translate plus qu'elle ne s'affaisse ; par les acquisitions du scanner-laser, nous démontrons la rotation vers l'aval de ses compartiments structuraux. Enfin, le site du tunnel des Cliets (gorges de l'Arly) subit une décompression difficilement visible par imagerie. Finalement, nous proposons un "guide" aux techniques d'imagerie applicables à l'auscultation de versant instable, en fonction des configurations de terrain. Enfin, l'imagerie a montré tout son potentiel et sa complémentarité avec les techniques conventionnelles de suivi des mouvements de versants.

Cette thèse concerne l'élaboration d'une chaîne de traitements radargrammétrique conduisant aux structures 3-D à partir d'images radar haute résolution. L'intérêt de la cartographie 3-D par imagerie RSO (Radar à Synthèse d'Ouverture) est que l'image radar peut être acquise par tout temps et de jour comme de nuit. Nous disposons d'images issues du capteur expérimental RAMSES de l'ONERA et représentant des scènes industrielles. Ces données contiennent de nombreux échos forts et les toits des structures sont peu visibles. Ces phénomènes rendent difficile l'interprétation des images et insuffisantes les méthodes classiques de reconstruction 3-D. Face à ces particularités, nous menons l'analyse radiométrique et géométrique des données. Cette analyse aboutit à la proposition d'une chaîne algorithmique adaptée qui vise à restituer les structures cylindriques et parallélépipédiques telles que cuves et bâtiments de forme simple. Dans la première partie concernant l'analyse, nous donnons l'interprétation simplifiée de l'image radar d'une structure et étudions les statistiques des images d'amplitude. L'opportunité de la radargrammétrie haute résolution est vérifiée théoriquement puis expérimentalement. La seconde partie présente la chaîne radargrammétrique. Notre approche comprend deux étapes principales : l'extraction des structures à partir des échos forts puis l'estimation du 3-D. L'extraction des structures fait l'objet d'un chapitre important de cette thèse. Nous proposons une méthode permettant la reconnaissance de la forme englobant la structure brillante, circulaire ou rectangulaire, par optimisation d'un critère surfacique. Nous la comparons avec des techniques plus classiques de traitement d'images et étudions plusieurs critères ainsi que l'apport de méthodes d'optimisation stochastique. Nous présentons ensuite une méthodologie pour obtenir les altitudes du sol entre les structures détectées et leur hauteur. Les résultats montrent la pertinence de l'approche lorsque la structure a été détectée et dans le cas favorable où un écho du toit est détectable.

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif d'extraire les différents segments informatifs au sein de séquences vidéo, plus particulièrement aériennes. L'interprétation manuelle de telles vidéos dans une optique de renseignement se heurte en effet au volume des données disponibles. Une assistance algorithmique fondée sur diverses modalités d'indexation est donc envisagée, dans l'objectif de repérer les "segments d'intérêt" et éviter un parcours intégral de la vidéo. Deux approches particulières ont été retenues et respectivement développées au sein de chaque partie. La partie 1 propose une utilisation des conditions de prise de vue (CPDV) comme modalités d'indexation. Une évaluation de la qualité image permet ainsi de filtrer les segments temporels de mauvaise qualité et donc inexploitables. La classification du mouvement image apparent directement lié au mouvement caméra, fournit une indexation de séquences vidéo en soulignant notamment les segments potentiels d'intérêt ou au contraire les segments difficiles présentant un mouvement très rapide ou oscillant. La partie 2 explore le contenu dynamique de la séquence vidéo, plus précisément la présence d'objets en mouvement. Une première approche locale en temps est présentée. Elle filtre les résultats d'une première classification par apprentissage supervisé en exploitant les informations de contexte, spatial puis sémantique. Différentes approches globales en temps sont par la suite explorées. De telles approches permettent de garantir la cohérence temporelle des résultats et réduire les fausses alarmes.

En Europe, la prairie occupe près de 40% de la surface agricole utile et fournit un ensemble de services environnementaux et agricoles, tout en constituant un réservoir de diversité végétale et animale. Cet écosystème herbacé, plurispécifique et multifonctionnel est un système biologique complexe qui fait interagir l'atmosphère, la végétation et le sol, via les cycles biogéochimiques, notamment ceux du carbone et de l'azote. Motivées par le maintien des biens et services des prairies face aux changements climatiques et atmosphériques, les recherches actuelles sur l'écosystème prairial s'attachent à étudier l'évolution des processus clés du système prairial (i .e. production, échanges gazeux, changements d'espèce) sous changement climatique complexe. Ce projet de thèse a pour objectif d'étudier in situ les impacts des principales composantes du changement climatique (température de l'air, précipitations, concentration atmosphérique en gaz carbonique) sur des prairies extensives de moyenne montagne. Nous cherchons à mettre en évidence les changements de structure et de fonctionnement de l'écosystème prairial sous l'influence d'un scénario de changement climatique prévu à l'horizon 2080 pour le centre de la France. Ce scénario (ACCACIA A2) prévoit une augmentation de 3.5°C des températures de l'air, une augmentation des concentrations atmosphériques en CO2 de 200 ppm et une réduction des précipitations estivales de 20 %. Nos résultats indiquent qu'à moyen terme (trois ans de traitements expérimentaux) le réchauffement a des effets néfastes sur la production annuelle du couvert végétal. L'effet bénéfique d'une élévation des teneurs en CO2 sur la production aérienne n'apparaît qu'à partir de la troisième année. La richesse spécifique (nombre d'espèces) et les indices de diversité taxonomique n'ont pas montré de variations significatives sous changement climatique. Cependant après trois années de réchauffement, l'abondance des graminées semble être altérée. Contrairement à la production, les traits sont plus affectés par la concentration en CO2 élevée que par le réchauffement. Après trois ans de traitements, des mesures d'échanges gazeux (CO2) à l'échelle du couvert végétal pendant la saison de croissance ont montré un effet négatif du réchauffement sur l'activité photosynthétique du couvert et une acclimatation de la photosynthèse au cours de la saison de croissance sous CO2 élevé. Ces tendances ont aussi été trouvées sur la photosynthèse foliaire d'une des espèces dominantes du couvert (Festuca arundinacea). L'effet négatif direct du réchauffement à l'échelle foliaire semble être associé à une diminution des sucres dans les limbes. L'acclimatation à l'enrichissement enCO2 à l'échelle foliaire, quant à elle, semble être indirectement dépendante du statu hydrique du sol. Notre étude a aussi porté sur l'analyse des échanges gazeux sol-atmosphère d'un des principaux gaz à effet de serre trace des prairies, l'oxyde nitreux (N2O). Malgré une forte variabilité inter- et intra- annuelle, les flux de N2O semblent être favorisés sous réchauffement. L'augmentation de la température affecte aussi positivement les taux de nitrification et leur pool microbien associé (AOB), et les rejets de N2O via dénitrification. De plus, les flux de N2O mesurés aux champs ont montré une corrélation plus forte à la taille des populations microbiennes (nitrifiantes et dénitrifiantes) en traitement réchauffé qu'en traitement témoin. En conclusion, la température semble être le facteur principal dans les réponses de cette prairie aux changements climatiques futurs. De plus, nos résultats suggèrent que le fonctionnement (production, émissions de N2O) des prairies extensives de moyenne montagne est plus vulnérable aux changements climatiques que la structure de la communauté végétale.

Trois méthodes de télédétection (Lidar, interférométrie radar satellitaire et photogrammétrie aérienne) ont été appliquées pour quantifier les évolutions spatiales et temporelles de deux glissements argileux (Harmalière et Avignonet, situés dans la région du Trièves, Alpes françaises) en complément d'instrumentation in-situ. Une analyse géomorphologique a été réalisée à partir d'ortho-photos (depuis 1948) et du MNT Lidar filtré. Couplée à des reconnaissances géophysiques, elle a montré que la cinématique différente des deux glissements contigus était partiellement contrôlée par la paléotopographie sur laquelle s'est déposée la couche d'argile. La rugosité directionnelle a permis de distinguer les processus d'érosion résultant de mouvements gravitaires et de ravinement. Une technique de corrélation d'images adaptée aux MNT a été développée pour obtenir les vecteurs de déplacement 3D entre deux acquisitions Lidar (2006 - 2009), avec une attention particulière portée à l'évaluation de la qualité des mesures. La carte des déplacements obtenue montre que la zone la plus active du glissement de Harmalière entre 1981 et 2001 est maintenant relativement lente (déplacement <0.4 m en 3 ans), contrairement à d'autres zones proches montrant des mouvements importants atteignant 3m avec une composante rotationnelle. Pour le glissement d'Avignonet, les déplacements déduits augmentent généralement vers le pied du glissement et peuvent atteindre 1 m. La technique des réflecteurs permanents en interférométrie radar a permis de déterminer de nouvelles valeurs de taux de déplacements (entre 1992 et 2000) en 16 points du glissement, qui sont cohérentes avec les données GPS existantes. Le taux moyen de recul à long terme de l'escarpement principal a été estimé à 1-5 cm/an à Avignonet et entre 7 et 14 cm/an à l'Harmalière. La régression du glissement d'Avignonet semble contrôlée par l'érosion du sommet de la couche d'alluvions compactes reposant sur le substratum. La présence d'une paleovallée du Drac sous le pied du glissement de l'Harmalière pourrait expliquer cette différence de cinématique entre les deux glissements.

Le climat des régions tropicales joue un rôle important dans l'équilibre du système climatique mondial. De ce fait, il apparaît essentiel d'en comprendre le fonctionnement et la variabilité pour appréhender au mieux les effets du changement climatique. Dans les régions tropicales où les projections climatiques montrent un réchauffement important à haute altitude, les glaciers sont les premières victimes de l'augmentation des températures. Mais ils apparaissent également comme des indicateurs précis des variations du climat. Jusqu'à présent, les observations glaciologiques réalisées dans les tropiques internes sur le glacier Antisana 15 ont été utilisées dans de multiples études qui nous ont permis de comprendre les processus physiques qui régissent la fonte des glaciers dans cette région. Cependant ces études n'ont pas pris en compte la représentativité spatiale et temporelle de ces processus à l'échelle de toute la calotte glaciaire. A partir d'observations géodésiques, la présente étude montre l'évaluation spatiale et temporelle de neufs glaciers sur quatre périodes échelonnées durant les cinquante dernières années (1956-2014). Situés sur le cône volcanique de l'Antisana, ces glaciers ont été choisis pour leur orientation et leurs caractéristiques morphologiques. Dans un premier temps, nous avons évalué les observations glaciologiques existantes sur le glacier Antisana15α entre 1995 et 2012. Nos résultats suggèrent la surestimation d'au moins 5 m éq. eau dans le bilan de masse cumulé de ce glacier. Cet excès dans les taux d'ablation est causé par une sous-estimation dans la mesure d'accumulation annuelle, liée à la difficulté à déterminer la couche qui sépare deux années hydrologiques. Dans une deuxième étape, nous analysons les fluctuations géométriques des glaciers : de manière générale il existe une tendance négative avec un taux de perte de -0.5 m éq. eau par an, occasionnant un recul de 38% de la superficie de la calotte glaciaire. Cependant, cette tendance n'est pas régulière. Nous avons mis en évidence un comportement contrasté d'une période à l'autre : certaines caractéristiques attirent l'attention, comme le fait que le bilan de masse soit très déficitaire entre 1956 et 1964 (-1,3 m éq. eau par an) alors que dans une période plus récente (1998 et 2009) les glaciers se trouvent presque en équilibre (-0.2 m éq. eau par an). Durant la période globale, ces glaciers montrent une réponse commune à un signal climatique régional, tandis qu'à l'échelle locale l'exposition aux flux humides combinés aux caractéristiques morpho-topographiques confère un comportement spécifique à chaque glacier. Ce travail est le premier dans les tropiques internes qui détaille la réponse des glaciers face à la variabilité du climat sur plusieurs décennies et qui prend en considération l'influence des facteurs morphologiques sur ce comportement. Cette thèse s'inscrit dans les objectifs scientifiques de l'équipe Great Ice de l'IRD (LMI Great Ice), et participe aux avancées du service de surveillance glaciologique SOERE GLACIOCLIM. / Climate of the tropical regions plays an important role in the balance of the global climate system. Consequently, it appears essential to understand its functioning and variability to apprehend at best the effects of climate change. In tropical regions where climate projections show an important warming at high elevations, glaciers are the first victims of the increase in temperature. But they also appear as accurate indicators of climatic variations. Until now, glaciological observations carried out in the inner tropics on Glacier Antisana 15 have been used in multiple studies that helped understand physical processes controlling glacial melt in this region. However, the latter studies have not taken into account the spatial and temporal representativeness of these processes at the scale of the whole ice cap. Based on geodetic observations, the present study shows the spatial and temporal evaluation of nine glaciers during four periods spread over the last fifty years (1956-2014). Situated in the volcanic cone of Antisana, these glaciers were chosen according to their orientation and morphological characteristics. In a first phase, we evaluated existing glaciological observations made on Glacier Antisana 15α between 1995 and 2012. Our results suggest an overestimation of at least 5 m w.e. of the cumulated mass balance of this glacier. This excess in the ablation rate was caused by an underestimation of the annual accumulation measurement, linked to the difficulty of identifying the layer separating two hydrological years. In a second phase, we analysed the geometrical fluctuations of glaciers: generally there is a negative trend with a loss rate of -0.5 w.e. per year, leading to a retreat of 38% of the ice cap surface area. However, this trend is not constant. We highlighted a contrasting behaviour from one period to the other: some characteristics draw attention, such as the fact that the mass balance was very negative between 1956 and 1964 (-1.3 m w.e. per year) when in a more recent period (1998 to 2009) glaciers were nearly at equilibrium (-0.2 m w.e. per year). During this long period, these glaciers showed a common response to a regional climate signal, while at the local scale their exposure to humid fluxes combined to their morpho-topographic characteristics gave a specific behaviour to each glacier. This work is the first focussing on intern tropics that details glacier response to climate variability over several decades and that considers the influence of morphological factors on this behaviour. This PhD thesis is in line with the scientific objectives of the Great Ice team from IRD (LMI Great Ice), as well as the progress of the glaciological monitoring service SOERE GLACIOCLIM. / El clima de la región tropical juega un rol importante en el balance del sistema climático global, comprender su funcionamiento y su variabilidad es una de las piezas esenciales para entender los efectos del cambio climático. En la región tropical donde las proyecciones climáticas muestran un importante calentamiento a mayor altitud, los glaciares son las primeras víctimas del aumento de las temperaturas y constituyen también los indicadores más precisos de las variaciones del clima. Hasta ahora, en los trópicos internos, las observaciones glaciológicas realizadas sobre el Glaciar Antisana 15α, han sido utilizadas en múltiples estudios que nos han permitido comprender los procesos físicos que gobiernan el deshielo glaciar en esta región. Sin embargo estos estudios no han considerado la representatividad espacial y temporal de estos procesos a escala de todo el casquete glaciar. El presente estudio muestra, a partir de observaciones geodésicas, la evolución espacial y temporal de nueve glaciares en cuatro periodos comprendidos durante en el último medio siglo (1956-2014). Estos glaciares, ubicados en el cono volcánico del Antisana, fueron escogidos en función a su orientación y sus características morfológicas. En una primera etapa hemos evaluado las observaciones glaciológicas existentes sobre el glaciar Antisana 15α entre 1995 y 2012, nuestros resultados sugieren la subestimación de al menos 5 m de agua en el balance de masa acumulado de este glaciar. Este exceso en las tasas de ablación es causado por una subestimación en la medida de la acumulación anual debido a la dificultad que conlleva la determinación de la capa que limita dos años hidrológicos. En una segunda etapa analizamos las fluctuaciones geométricas de los glaciares entre 1956 y 2014, de manera general existe una tendencia negativa con una tasa de pérdida de -0.5 m de agua al año lo que ha ocasionado un retroceso del 38% de la superficie del casquete glaciar. Sin embargo esta tendencia no es continua. Hemos puesto en evidencia un comportamiento contrastado de un periodo al otro, algunas características que llaman la atención son: el balance muy deficitario entre 1956 et 1964 (-1,3 m de agua / año) y en el periodo más reciente (1998 y 2009) en el cual los glaciares se encuentran casi al equilibrio (-0.2 m de agua / año). En el largo plazo, estos glaciares muestran una respuesta común a los una señal climática regional, mientras que a escala local la exposición a los flujos húmedos en combinación a las características morfo-topográficas otorgan un comportamiento específico a cada glaciar. Este trabajo es el primero en los trópicos internos que detalla la respuesta de los glaciares frente a la variabilidad del clima sobre una perspectiva multi-decenal y que considera la influencia que los factores morfológicos tienen sobre este comportamiento. Esta tesis se enmarca en los objetivos científicos del equipo Great Ice del IRD(LMI Great Ice), así como en los alcances del servicio de monitoreo glaciológico SOERE GLACIOCLIM.

Trois méthodes de télédétection (Lidar, interférométrie radar satellitaire et photogrammétrie aérienne) ont été appliquées pour quantifier les évolutions spatiales et temporelles de deux glissements argileux (Harmalière et Avignonet, situés dans la région du Trièves, Alpes françaises) en complément d’instrumentation in-situ. Une analyse géomorphologique a été réalisée à partir d’ortho-photos (depuis 1948) et du MNT Lidar filtré. Couplée à des reconnaissances géophysiques, elle a montré que la cinématique différente des deux glissements contigus était partiellement contrôlée par la paléotopographie sur laquelle s’est déposée la couche d’argile. La rugosité directionnelle a permis de distinguer les processus d’érosion résultant de mouvements gravitaires et de ravinement. Une technique de corrélation d'images adaptée aux MNT a été développée pour obtenir les vecteurs de déplacement 3D entre deux acquisitions Lidar (2006 - 2009), avec une attention particulière portée à l’évaluation de la qualité des mesures. La carte des déplacements obtenue montre que la zone la plus active du glissement de Harmalière entre 1981 et 2001 est maintenant relativement lente (déplacement <0.4 m en 3 ans), contrairement à d’autres zones proches montrant des mouvements importants atteignant 3m avec une composante rotationnelle. Pour le glissement d’Avignonet, les déplacements déduits augmentent généralement vers le pied du glissement et peuvent atteindre 1 m. La technique des réflecteurs permanents en interférométrie radar a permis de déterminer de nouvelles valeurs de taux de déplacements (entre 1992 et 2000) en 16 points du glissement, qui sont cohérentes avec les données GPS existantes. Le taux moyen de recul à long terme de l’escarpement principal a été estimé à 1-5 cm/an à Avignonet et entre 7 et 14 cm/an à l'Harmalière. La régression du glissement d’Avignonet semble contrôlée par l’érosion du sommet de la couche d’alluvions compactes reposant sur le substratum. La présence d’une paleovallée du Drac sous le pied du glissement de l'Harmalière pourrait expliquer cette différence de cinématique entre les deux glissements. / Three remote sensing techniques, Lidar, satellite radar interferometry and aerial photogrammetry are applied to quantify the spatial and temporal evolution of two clayey landslides (Avignonet and Harmalière, located in the Trièves area, French Alps) in complement to in-situ instrumentations. A geomorphological analysis based on Lidar-derived filtered DEM, coupled to analysis of ortho-photos dating back to 1948 and geophysical investigations, shows that the different evolution of the neighbouring landslides could be partly controlled by the paleotopography of the bedrock underlying the clay layer. Directional roughness is shown to help distinguishing between landsliding and gully erosion patterns. Cross-correlation technique adapted to DEMs has been developed to derive 3D-displacement-vectors between two Lidar acquisitions (2006 and 2009), paying attention on measure quality assessment. The displacement map reveals that, at the Harmalière landslide, the main sliding channel, very active from 1981 - 2001, is now relatively slow (< 0.4 m over 3 years), in contrast with four surrounding distinct areas of large movements (up to 3 m) partly with rotational components. At the Avignonet landslide, displacements generally increase towards the toe (up to 1 m near the drainage outlets). Persistent Scatterers Interferometry technique allows to derive new reliable displacement-rates (1992 - 2000) at 16 points of the Avignonet landslide, consistent with GPS time-series. The long-term average headscarp retreat rates are estimated to 1 - 5 cm/y at Avignonet and 7 - 14cm/y at Harmalière. The retreat of the Avignonet landslide seems to be controlled by the erosion of the top of the underlying compacted alluvial layers. The presence of a paleovalley (Drac river) below the Harmalière toe could explain the difference of kinematics between the two landslides.

Cette thèse est consacrée à l’étude de la décharge positive dans les grands intervalles d’air. L’objectif initial est de se doter d’un modèle capable de déterminer la tension U50 ainsi que le facteur d’intervalle k, deux facteurs importants entrant dans le dimensionnement des ouvrages hautes tensions, dans des géométries complexes. Pour ce faire un bilan des modèles de la décharge disponibles dans la littérature a été fait. Notre choix s’est porté sur le modèle de type circuit développé par le groupe du professeur Beroual et appliqué aussi bien à la décharge positive qu’à la décharge négative. Ce modèle est basé sur un schéma électrique équivalent, ses paramètres variant avec le temps en fonction des caractéristiques du canal et de la géométrie de la décharge. La propagation du leader est basée sur un critère lié au calcul du champ à sa tête et où le caractère aléatoire du trajet de la décharge est pris en compte. Comme la plupart des modèles présents dans la littérature, ce modèle ne s’intéresse qu’à l’intervalle de type pointe-plan. Une partie de ce travail a consisté à étendre le domaine d’applicabilité de ce modèle aux intervalles de géométrie complexes. Une étude détaillée de la géométrie pointe-pointe nous a permis de valider notre modèle dans sa capacité à simuler un exemple d’intervalle complexe. De plus, des essais expérimentaux nous ont permis de comparer la valeur de la U50 déterminée à l’aide de notre modèle et celle issue des expériences pour cette géométrie pointe-pointe. Les résultats obtenus sont en bon accord avec une marge d’erreur inférieure à 5%. Au vu du bon accord résultant de la confrontation modèle - expérience de laboratoire et de la grande similarité, grande étincelle - décharge atmosphérique, un modèle de foudre positif a été élaboré. Ce modèle nous a permis d’utiliser pour la première fois le modèle circuit pour modéliser le processus d’attachement de la foudre. Les résultats obtenues permettent de valider la faisabilité de trouver, aux méthodes standards de protection contre la foudre, une alternative numérique basé sur une simulation de la foudre. Une estimation du champ rayonné par le canal du leader a été effectuée. Ce qui ouvre une voie à l’étude de l’interaction de ces champs rayonnés avec les systèmes d’ingénierie. / This thesis is devoted to the study of the positive discharge in large air gaps. The initial goal is to develop a model able to determine the voltage U50 and the k-factor, two important factors involved in the design of high voltage structures in complex geometries. To do this, a review of the discharge models available in the literature was done. We chose the circuit model developed by Professor Beroual’s group and applied to the positive discharge and also to the negative discharge. This model is based on an equivalent circuit diagram, his parameters varying with time according to the leader channel characteristics and the geometry of the discharge. The spread of the leader is based on a criterion related to the calculation of the field at its head and where the randomness of the discharge path is taken into account. As most of models found in the literature, this model applies only to the point-plane type interval. Part of this work was to extend the domain of applicability of this model to complex geometries. A detailed study of the rod-rod gap allowed us to validate our model in its ability to simulate an example of complex geometry. Moreover, experimental tests allowed us to compare the value of the U50 voltage determined using our model and the one from experiments for to this rod-rod geometry. The results are in good agreement with a margin of error of less than 5%. Given the good agreement resulting from the confrontation model - laboratory experience and the great similarity, large spark - atmospheric discharge, a positive lightning model was developed. This model allowed us to use for the first time the circuit model to model the lightning attachment process. The results obtained allow to validate the feasibility to find, to the standard methods of protection against lightning, digital alternative based on a simulation of lightning. An estimate of the field radiated by the leader channel was performed. This opens a way for the study of the interaction of these fields radiated with engineering systems.

Les méthodes et les outils de génération automatique ou semi-automatique de modèles 3D urbains se développent rapidement, mais l’évaluation de la qualité de ces modèles et des données spatiales sur lesquelles ils s’appuient n’est que rarement abordée. Notre objectif est de proposer une approche multidimensionnelle standard pour évaluer la qualité des modèles 3D de bâtiments en 1D, 2D et 3D. Deux méthodes sont présentées pour l'évaluation 1D. La première se base sur l’analyse de l’erreur moyenne quadratique en X, Y et Z. La deuxième solution s’appuie sur les instructions parues au Journal Officiel du 30 octobre 2003 et exigeant le respect de classes de précisions. L'approche que nous proposons se penche sur le calcul d'indices de qualité fréquemment rencontrés dans la littérature. L'originalité de notre approche réside dans le fait que les modèles employés en entrée ne se limitent pas au mode raster, mais s'étendent au mode vecteur. Il semble évident que les modèles définis en mode vecteur s'avèrent plus fidèles à la réalité qu'en mode raster. Les indices de qualité 2D et 3D calculés montrent que les modèles 3D de bâtiments extraits à partir des couples d’images stéréoscopiques sont cohérents. Les modèles reconstruits à partir du LiDAR sont moins exacts. En conclusion, cette thèse a abouti à l’élaboration d’une approche d’évaluation multidimensionnelle de bâtiments en 3D. L’approche proposée dans cette thèse est adaptée et opérationnelle pour des modèles vectoriels et rasters de bâtiments 3D simplifiés. / Methods and tools for automatic or semi-automatic generation of 3D city models are developing rapidly, but the quality assessment of these models and spatial data are rarely addressed. A comprehensive evaluation in 3D is not trivial. Our goal is to provide a standard multidimensional approach for assessing the quality of 3D models of buildings in 1D, 2D and 3D. Two methods are applied. The first one is done by computing Root Mean Square Errors (RMSE) based on the deviations between both models (reference and test), in X, Y and Z directions. Second method is performed by applying the French legal text (arrêté sur les classes de précision) that is based on the instructions published in the Official Journal from October 30, 2003. These indices pass through the space discretization in pixels or voxels for measuring the degree of superposition of 2D or 3D objects. The originality of this approach is built on the fact that the models used as input are not only limited to raster format, but also extended to vector format. The results of statistics of the quality indices calculated for assessing the building models show that the 3D building models extracted from stereo-pairs are close from each other. Also, the models reconstructed from LiDAR are less accurate than the models reconstructed from aerial images alone. In conclusion, the quality evaluation of 3D building models has been achieved by applying the proposed multi-dimensional approach. This approach is suitable for simplified 3D building vector models created from aerial images and/or LiDAR datasets.

Les dernières années ont vu le développement de recherches portant sur l'interaction physique entre les robots aériens et leur environnement, accompagné de l'apparition de nombreux nouveaux systèmes mécaniques et approches de régulation. La communauté centrée autour de la robotique aérienne observe actuellement un déplacement de paradigmes des approches classiques de guidage, de navigation et de régulation vers des tâches moins triviales, telle le développement de l'interaction physique entre robots aériens et leur environnement. Ceci correspond à une extension des tâches dites de manipulation, du sol vers les airs. Cette thèse contribue au domaine de la manipulation aérienne en proposant un nouveau concept appelé MAGMaS, pour " Multiple Aerial Ground Manipulator System ". Les motivations qui ont conduites à l'association de manipulateurs terrestres et aériens pour effectuer des tâches de manipulation coopérative, résident dans une volonté d'exploiter leurs particularités respectives. Les manipulateurs terrestres apportant leur importante force et les manipulateurs aériens apportant leur vaste espace de travail. La première contribution de cette thèse présente une modélisation rigoureuse des MAGMaS. Les propriétés du système ainsi que ses possibles extensions sont discutées. Les méthodes de planning, d'estimation et de régulation nécessaire à l'exploitation des MAGMaS pour des tâches de manipulation collaborative sont dérivées. Ce travail propose d'exploiter les redondances des MAGMaS grâce à un algorithme optimal d'allocation de forces entre les manipulateurs. De plus, une méthode générale d'estimation de forces pour robots aériens est introduite. Toutes les techniques et les algorithmes présentés dans cette thèse sont intégrés dans une architecture globale, utilisée à la fois pour la simulation et la validation expérimentale. Cette architecture est en outre augmentée par l'addition d'une structure de télé-présence, afin de permettre l'opération à distances des MAGMaS. L'architecture générale est validée par une démonstration de levage de barre, qui est une application représentative des potentiels usages des MAGMaS. Une autre contribution relative au développement des MAGMaS consiste en une étude exploratoire de la flexibilité dans les objets manipulés par un MAGMaS. Un modèle du phénomène vibratoire est dérivé afin de mettre en exergue ses propriétés en termes de contrôle. La dernière contribution de cette thèse consiste en une étude exploratoire sur l'usage des actionneurs à raideur variable dans les robots aériens, dotant ces systèmes d'une compliance mécanique intrinsèque et de capacité de stockage d'énergie. Les fondements théoriques sont associés à la synthèse d'un contrôleur non-linéaire. L'approche proposée est validée par le biais d'expériences reposant sur l'intégration d'un actionneur à raideur variable léger sur un robot aérien. / In recent years, the subject of physical interaction for aerial robots has been a popular research area with many new mechanical designs and control approaches being proposed. The aerial robotics community is currently observing a paradigm shift from classic guidance, navigation, and control tasks towards more unusual tasks, for example requesting aerial robots to physically interact with the environment, thus extending the manipulation task from the ground into the air. This thesis contributes to the field of aerial manipulation by proposing a novel concept known has Multiple Aerial-Ground Manipulator System or MAGMaS, including what appears to be the first experimental demonstration of a MAGMaS and opening a new route of research. The motivation behind associating ground and aerial robots for cooperative manipulation is to leverage their respective particularities, ground robots bring strength while aerial robots widen the workspace of the system. The first contribution of this work introduces a meticulous system model for MAGMaS. The system model's properties and potential extensions are discussed in this work. The planning, estimation and control methods which are necessary to exploit MAGMaS in a cooperative manipulation tasks are derived. This works proposes an optimal control allocation scheme to exploit the MAGMaS redundancies and a general model-based force estimation method is presented. All of the proposed techniques reported in this thesis are integrated in a global architecture used for simulations and experimental validation. This architecture is extended by the addition of a tele-presence framework to allow remote operations of MAGMaS. The global architecture is validated by robust demonstrations of bar lifting, an application that gives an outlook of the prospective use of the proposed concept of MAGMaS. Another contribution in the development of MAGMaS consists of an exploratory study on the flexibility of manipulated loads. A vibration model is derived and exploited to showcase vibration properties in terms of control. The last contribution of this thesis consists of an exploratory study on the use of elastic joints in aerial robots, endowing these systems with mechanical compliance and energy storage capabilities. Theoretical groundings are associated with a nonlinear controller synthesis. The proposed approach is validated by experimental work which relies on the integration of a lightweight variable stiffness actuator on an aerial robot.