Avec une population croissante et des ressources en eau de surface limitées, l'hydrogéologie des îles Galápagos reste pour une grande part inconnue. Les précipitations sont relativement faibles et inégalement réparties dans le temps et l'espace. Le centre économique de l'archipel, l'île de Santa Cruz, ne dispose que de quelques cours d'eau intermittents tandis que l'île de San Cristóbal présente plusieurs rivières pérennes. Dans le cadre de ce travail, une approche pluridisciplinaire est utilisée afin de caractériser l'hydrogéologie de l'Archipel. Une nouvelle technique d'interprétation des sondages életro\-magné\-tiques héliportés a été développée. Grâce à des méthodes géostat\-istiques, elle permet la construction d'une grille 3D de la résistivité électrique. Les données issues de la mission SkyTEM réalisée sur les îles de Santa Cruz et San Cristóbal en 2006 sont mises en perspectives. Confrontée aux observations de surface collectées par télédétection et sur le terrain, la géophysique permet de proposer un modèle conceptuel pour l'île de San Cristóbal. Les conditions climatiques ont été suivies avec la mise en place de stations météorologiques le long du versant au vent de l'île de Santa Cruz. La présence de brouillard pendant 6 mois de l'année représente un apport supplémentaire pour la recharge des aquifères. Cet apport a été quantifié avec une méthode basée sur un modèle d'interception à base physique. L'aquifère de base de l'île de Santa Cruz a été étudié avec la propagation du signal de marée, des essais de pompage, et la cartographie de la fracturation. Ces travaux montrent que les basaltes ''jeunes'' fracturés ont une forte perméabilité. En revanche, les failles n'ont qu'un effet limité sur l'hydrogéologie régionale, car elles sont peu connectées. Les configurations hydrologiques contrastées au sein de l'archipel sont expliquées par un schéma d'évolution. Dans les îles relativement jeunes, telles que Santa Cruz, les basaltes fracturés sont perméables. Ils offrent peu de résistance à l'intrusion saline et l'eau douce est rapidement drainée jusqu'à la mer. Les conditions sont plus favorables dans les îles plus âgées. Les perméabilités plus faibles et l'incision des vallées permettent l'émergence de sources.

La méthode classique de traitement des données aérogravimétriques par filtrage fréquentiel ne prend pas en compte les propriétés statistiques des mesures, telles les corrélations, et ne permet pas une estimation aisée des erreurs sur le champ de gravité. Nous avons donc développé une nouvelle méthode de réduction par inversion régularisée au sens des moindres carrés, basée sur la transformation de l'équation différentielle du gravimètre en équation intégrale, qui permet cette estimation. Nous avons appliqué cette nouvelle méthode avec succès à la modélisation du champ de gravité dans le domaine des moyennes longueurs d'ondes sur la partie Sud-Ouest des Alpes avec une précision interne de 3 mGal. Les données utilisées ont été acquises avec un gravimètre « LaCoste & Romberg modèle Air/Sea » lors d'un levé gravimétrique aéroporté réalisé en 1998 dans le cadre du programme national de recherche « GéoFrance 3D ».

Les énergies renouvelables représentent aujourd'hui un domaine de développement de plus en plus important, au vu de la consommation énergétique mondiale et de ses conséquences désastreuses sur l'environnement. Les différents accords politiques, notamment l'accord de Paris, ne peuvent à eux seuls apporter une solution définitive au changement climatique actuel. Les contraintes imposées par la réduction des émissions de CO_2 et l’augmentation du prix du pétrole dans l’industrie maritime ont poussé Yves Parlier à lancer le projet « beyond the sea » dans le but de développer des cerfs-volants (kites) dédiés à la propulsion auxiliaire des navires. L'objectif principal de cette étude est donc la modélisation et la commande robuste d'une aile de kite en vol dynamique. Le but à terme étant l'élaboration d'un pilote automatique dédié à la traction d'un navire par kite. Un modèle « point-masse » du kite est proposé afin de comprendre et contrôler sa dynamique. Les différents paramètres du modèle sont estimés à partir de données expérimentales obtenues lors d’essais en conditions réelles. Des simulations en boucle ouverte sont proposées afin de valider la cohérence du modèle. Pour effectuer un vol dynamique, une trajectoire en forme de huit est définie dans la fenêtre de vol. La position, la taille et l’orientation de cette trajectoire sont des paramètres ajustables par l’utilisateur. Un algorithme de suivi de trajectoire est développé permettant ensuite de synthétiser une loi de commande robuste intégrant le modèle du kite. Ce pilote automatique permet donc d’effectuer une grande variété de trajectoires pour toute une gamme de vitesses de vent. Enfin, des simulations en boucle fermée montrant les performances théoriques du système mettent en évidence l’intérêt de la propulsion auxiliaire des navires par kite. / The need in reducing the CO_2 emissions and the increase of oil prices affect all transportation industries and especially the maritime industry. This has led to the search for more energy-saving ship propulsion systems. Taking advantage of wind energy by using tethered wings, or kites, as an alternative propulsion source can be an effective solution. The "beyond the sea" project, led by Yves Parlier, aims to provide ships an alternative green energy source. In most wind conditions, compared to a static flight, a dynamic motion of a tethered wing with an eight-shaped pattern can provide sufficient force through traction to tow a ship. Therefore, the main objective of this study is the modeling and robust control of a tethered kite in dynamic flight. To this end, a point mass model is first used to describe the kite dynamics. The model parameters are estimated from experimental data and the aerodynamic coefficients are identified using data from a quasi-static flight. Open loop simulations are conducted to verify the kite behavior and the overall coherence of the model. To ensure a dynamic flight, an eight-shaped trajectory is defined within the wind window. Its position, size, orientation and direction are all adjustable parameters. A path-following strategy is then developed in order to design a robust control law including the kite model. This allows the system to be used in different trajectories with a wide range of wind speeds. Closed-loop simulations are presented to show the efficiency of the path-following algorithm, and the various theoretical performances obtained shows the efficiency of a kite dedicated to vessels auxiliary propulsion.

Depuis le début des années 1980, le Commissariat à l’Énergie Atomique développe et met en oeuvre un système de spectrométrie gamma aéroportée, appelé HELINUCTM. Ce système, composé de détecteurs NaI(Tl) d’un volume de 16 L, est utilisé afin d’établir un état des lieux radiologique des sites survolés. Les principales missions du système HELINUC consistent en la réalisation de contrôles environnementaux, l’intervention en situation de crise et la recherche de sources ponctuelles. La réalisation de ces missions nécessite le développement de méthodes d’analyse adaptées. L’approche considérée dans cette thèse repose sur une rupture conceptuelle de l’analyse des spectres par rapport aux méthodes utilisées jusqu’alors au CEA : l’analyse ne repose plus sur une considération individuelle et séquentielle des mesures aéroportées, mais sur une considération globale et simultanée de celles-ci. L’étude et le développement de méthodes statistiques adaptées à la quantification des radionucléides naturels et du 137Cs (de 600 keV à 3 MeV), à l’estimation de la contamination en 241Am (basse énergie, inférieure à100 keV) en cas de crise radiologique et la détection de sources ponctuelles (moyenne énergie, entre 100 keV et600 keV) permettent d’améliorer la précision sur les activités déterminées en vol et la détection de sources de faibles activités. / Since the beginning of 1980’s, the CEA has been developing an airborne gamma spectrometry (AGS) system called HELINUCTM using large volume (16 L) NaI(Tl) detectors. HELINUC is used to produce radioactivity mapping of the soil. The different missions of HELINUC are environmental control of radioactivity, nuclear emergency response and research of orphan sources. The continuous development of analysis methods is then required.The approach considered in this thesis is based on a conceptual break from the analysis of spectra compared to the methods used at the CEA until now: the analysis does not rely on an individual and sequential consideration of airborne measurements, but on an overall and simultaneous consideration of them. The study and development of statistical methods for the quantification of natural radionuclides and 137Cs (from 600 keV to 3 MeV), for the estimation of 241Am contamination (low energy, inferior to 100 keV) in case of radiological emergency and for the detection of orphan sources (medium energy, between 100 keV and 600 keV) improve the accuracy of activities estimation and detection of low activities sources.

Les parties les plus anciennes des continents, les cratons, sont au centre des recherches mondiales non seulement parce qu'ils représentent des contraintes primaires pour notre compréhension de l'évolution primitive de la Terre, mais aussi en raison de leur potentiel minier important. Ce travail contribue à la compréhension de l'évolution géologique et géomorphologique du craton ouest africain, par une analyse intégrée de géophysique aéroportée, des données de télédétection, et des observations acquises autour des ceintures de Houndé, Boromo et Banfora et des domaines des granitoïdes associés dans l'ouest du Burkina Faso. Les résultats de cette intégration suggèrent que les domaines de granitoïdes sont formés par de nombreux plutons, d'une taille petite et moyenne. Ainsi, les données magnétiques ont fourni une meilleure définition des formes réelles de ces plutons. Trois événements de déformation (D1-D3) peuvent être distingués dans l'ouest du Burkina Faso. L'unité de basalte tholéiitique à mégacristaux de plagioclase nous a permis d'établir des corrélations stratigraphiques entre les deux ceintures. Les structures D1 pénétratives, résultant d'une compression orientée EO à ONO-ESE sont généralement recoupées par les zones de cisaillement D2. Ces zones de cisaillement D2 représentent des zones de prospective pour l'exploration aurifère. La géométrie régionale du système est gouvernée par un raccourcissement coaxial des unités volcaniques rigides et par un rajout progressif des magmas granitiques. La dernière compression (D3), est tardi-éburnéene ou peut-être même panafricaine. La composition minéralogique des roches et de leurs surfaces d'altération peut être étudiée à l'aide de spectroscopie visible et infrarouge. Une nouvelle bibliothèque spectrale a été acquise, composée des mesures in-situ et en laboratoire (0,35-2,5 µm) des roches et des matériaux régolithiques. Les spectres de réflectance des roches montrent l'influence d'altérations typiques des zones semi-arides. Les absorptions caractéristiques de Fe-OH et Mg-OH sont observables dans les roches mafiques et volcaniques intermédiaires ainsi que dans les granodiorites et tonalites. Les absorptions Al-OH sont typiques pour les roches volcano-sédimentaires et sédimentaires, et les matériaux de régolithe. Les absorptions de fer ferrique et ferreux ont été observées dans la plupart des matériaux échantillonnés. Les spectres des sols reflètent partiellement la composition minérale de la surface des roches altérées. Les données de spectrométrie gamma aérienne, ASTER, Landsat et de radar polarimétrique, ainsi que les paramètres morphométriques dérivés du modèle numérique de terrain SRTM, ont été utilisés pour caractériser les unités de régolithe dans la zone de Gaoua. Une méthode de classification par réseaux de neurones a été appliquée à l'ensemble des données, et ensuite comparée à un classificateur par maximum de vraisemblance. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une combinaison de spectrométrie gamma et des dérivés du modèle numérique de terrain. L'approche démontre le potentiel des réseaux de neurones pour l'analyse combinée de géophysique aéroportée et de données de télédétection dans la cartographie de régolithe.

La disponibilité de nouveaux moyens d’acquisition en télédétection, satellitaire (PLEIADES, HYPXIM), aéroportée ou par drone (UAV) à très haute résolution spatiale ouvre la voie à leur utilisation pour l’étude de milieux complexes telles que les villes. En particulier, la connaissance de la ville pour l’étude des îlots de chaleur, la planification urbaine, l’estimation de la biodiversité de la végétation et son état de santé nécessite au préalable une étape de classification des matériaux qui repose sur l’utilisation de l’information spectrale accessible en télédétection hyperspectrale 0,4-2,5μm. Une des principales limitations des méthodes de classification réside dans le non traitement des zones à l’ombre. Des premiers travaux ont montré qu’il était possible d’exploiter l’information radiative dans les ombres des bâtiments. En revanche, les méthodes actuelles ne fonctionnent pas dans les ombres des arbres du fait de la porosité de leur couronne. L’objectif de cette thèse vise à caractériser les propriétés optiques de surface à l’ombre de la végétation arborée urbaine au moyen d’outils de transfert radiatif et de correction atmosphérique. L’originalité de ce travail est d’étudier la porosité d’un arbre via la grandeur de transmittance de la couronne. La problématique a donc été abordée en deux temps. Premièrement, la caractérisation de la transmittance d’un arbre isolé a été menée avec l’utilisation de l’outil DART à travers la mise en œuvre d’un plan d’expériences et d’études de sensibilité qui ont permis de la relier à des paramètres biophysiques et externes. Une campagne de mesures terrain a ensuite été réalisée afin d’évaluer son estimation à partir de différents niveaux de modélisation de l’arbre, dont un modèle réel acquis par mesures lidar terrestre. Deuxièmement, une nouvelle méthode de correction atmosphérique 3D adaptée à la végétation urbaine, ICARE-VEG, a été développée à partir des résultats précédents. Une campagne aéroportée et de mesures terrain UMBRA a été dédiée à sa validation. Ses performances comparées à d’autres outils existants ouvrent de larges perspectives pour l’interprétation globale d’une image par télédétection et pour souligner la complexité de modéliser des processus physiques naturels à une échelle spatiale très fine. / The new advances in remote sensing acquisitions at very high spatial resolution, either spaceborne (PLEIADES, HYPXIM), airborne or unmanned aerial vehicles borne, open the way for the study of complex environments such as urban areas. In particular, the better understanding of urban heat islands, urban planning, vegetation biodiversity, requires the knowledge of detailed material classification mapsbased on the use of spectral information brought by hyperspectral imagery 0.4-2.5μm. However, one of the main limitations of classification methods relies on the absence of shadow processing. Past studies have demonstrated that spectral information was possible to be extracted from shadows cast by buildings. But existing methods fail in shadows cast by trees because of their crown porosity. The objective of this thesis aims to characterize surface optical properties in urban tree shadows by means of radiative transfer and atmospheric correction tools. The originality of this work is to study the tree crown porosity through the analysis of the tree crown transmittance. Therefore, the issue has been divided into two parts. Firstly, an experimental design with the use of DART tool has been carried out in order to examine the relationships between the transmittance of an isolated tree and different biophysical and external variables. Then, the estimation of the tree crown transmittance has been assessed with several tree 3D modelling strategies derived from reference terrestrial lidar acquisitions. Secondly, a new atmospheric correction method appropriate to the processing of tree shadows, ICARE-VEG, was implemented fromthese previous results. An airborne and field campaign UMBRA was dedicated to its validation. Moreover, its performances was compared to other existing tools. Finally, the conclusions open large outlooks to the overall interpretation of remote sensing images and highlight the complexity to model physical natural processes with finer spatial resolutions.