Le travail de thèse traite de l'analyse des signaux et des images par décomposition modale empirique (EMD) et par modèles AM-FM. Dans la première partie de cette thèse, nous apportons des cadres théoriques à l'EMD 1D et 2D. Nous approchons localement les enveloppes supérieures et inférieures, dans le processus de tamisage de l'EMD, par des opérateurs continus. Par suite, nous formulons différemment la moyenne locale et prouvons que les itérations du tamisage 1D et 2D peuvent être approchées par des équations aux dérivées partielles (EDP) bien posées. Nous apportons des justifications théoriques et proposons des caractérisations analytiques des modes empiriques 1D et 2D. Ce travail a permis d'éclaircir de nombreux points et notions relatifs à l'EMD, et définis en 1D comme en 2D, que de manière très intuitive ou sur la base de simulations numériques contrôlées. Nous apportons de la sorte des contributions théoriques à l'EMD 1D et 2D, initialement définie par un algorithme et dont la principale limite est le manque de cadre théorique. Enfin, nous proposons de nouveaux algorithmes EMD 1D et 2D, et résolvons numériquement les EDP proposées en 1D et 2D. Nous illustrons nos approches par EDP sur de nombreux signaux et images. Dans la seconde partie, nous étudions les modèles AM-FM pour l'analyse d'images. Ces modèles se basent sur une décomposition des images en composantes regroupant les niveaux de gris des parties texturées (AM), d'une part, et une partie contenant la géométrie de l'image (FM), d'autre part. Nous proposons d'abord une amélioration de la démodulation d'images large bande. Dans un deuxième temps, nous explorons la démodulation d'images avec les opérateurs de Teager-Kaiser d'ordres supérieurs (HODEO 2D), en proposant de meilleurs algorithmes de démodulation, basés sur les HODEO 2D. Nous proposons ensuite une application à la segmentation d'images sonar et illustrons nos approches sur de nombreuses images. Les résultats sont comparés à ceux obtenus avec l'algorithme DESA (Discrete Energy Separation Algorithm) et l'approche par image analytique.

Deux approches pour caractériser les milieux poreux en terme de distribution de taille de pores (DTP) sont développées au sein de l'équipe ECPS. Ce travail a pour but de confirmer expérimentalement leurs validités. A l'instar des autres méthodes utilisant l'intrusion du mercure, l'adsorption isotherme ou la thermoporosimétrie, la première méthode consiste à utiliser un fluide à seuil d'écoulement. En effet, l'utilisation de l'écoulement d'un fluide à seuil de type Herschel-Bulkley, au travers d'un poreux, en fonction du gradient de pression permet (en utilisant les solutions analytique et numérique du problème inverse) de déterminer la fonction de distribution de la taille de pores. La seconde méthode utilise l'admittance complexe d'un milieu poreux, mesurée à partir de la réponse en débit à une sollicitation harmonique du gradient de pression. Comme la fréquence de la sollicitation est reliée aux rayons des pores par le biais de la profondeur de pénétration hydrodynamique, l'admittance permet de retrouver la distribution de taille de pores par la résolution numérique du problème inverse associé. Ces deux techniques sont basées sur le modèle de faisceaux de capillaires parallèles employé dans la plupart des autres études qui traitent du même problème. Nos expériences s'appuient sur des milieux poreux calibrés. L'application de ces techniques aux milieux poreux réels se fait actuellement en collaboration avec le TREFLE de Bordeaux. Les résultats expérimentaux obtenus affirment clairement la validité et l'applicabilité de ces deux méthodes pour la caractérisation de la DTP. Il est désormais envisageable de les transférer pour un usage industriel.

Soit μ une mesure de probabilité borélienne sur SL m+1 (R) tel que le sous-groupe engendré par le support de μ est Zariski dense. Soit V une représentation irréductible de dimension finie de SL m+1 (R). D’après un théorème de Furstenberg, il existe une unique mesure μ-stationnaire sur PV et nous nous somme intéressés à la décroissance de Fourier de cette mesure. Le résultat principal de cette thèse est que la transformée de Fourier de la mesure stationnaire a une décroissance polynomiale. À partir de ce résultat, nous obtenons un trou spectral de l’opérateur de transfert, dont les propriétés nous permettent d’établir un terme d’erreur exponentiel pour le théorème de renouvellement dans le cadre des produits de matrices aléatoires. L’ingrédient essentiel est une propriété de décroissance de Fourier des convolutions multiplicatives de mesures sur R n , qui est une généralisation d’un théorème de Bourgain en dimension 1. Nous établissons cet ingrédient en utilisant un estimée somme produit de He et de Saxcé.Dans la dernière partie, nous généralisons un résultat de Lax et Phillips et un résultat de Hamenstädt sur la finitude des petites valeurs propres de l’opérateur de Laplace sur les variétés hyperboliques géométriquement finies. / Let μ be a Borel probability measure on SL m+1 (R), whose support generates a Zariski dense subgroup. Let V be a finite dimensional irreducible linear representation of SL m+1 (R). A theorem of Furstenberg says that there exists a unique μ-stationary probability measure on PV and we are interested in the Fourier decay of the stationary measure. The main result of the thesis is that the Fourier transform of the stationary measure has a power decay. From this result, we obtain a spectral gap of the transfer operator, whose properties allow us to establish an exponential error term for the renewal theorem in the context of products of random matrices. A key technical ingredient for the proof is a Fourier decay of multiplicative convolutions of measures on R n , which is a generalisation of Bourgain’s theorem on dimension 1. We establish this result by using a sum-product estimate due to He-de Saxcé. In the last part, we generalize a result of Lax-Phillips and a result of Hamenstädt on the finiteness of small eigenvalues of the Laplace operator on geometrically finite hyperbolic manifolds

En contexte insulaire volcanique, les aquifères du domaine côtier présentent de très fortes hétérogénéités liées à leur structure, à la disparité de leurs recharges et à l'influence des conditions en aval. Les travaux envisagés ici consistent à élaborer une méthodologie adaptée à différentes configurations hydrogéologiques dans l'optique de mieux imager et comprendre l'évolution du biseau salé. L'acquisition des données est effectuée sur différents sites présentant des configurations hydrogéologiques variées sur le plan de la recharge, de la structure de l'aquifère et de la géomorphologie de la limite en aval. Un réseau d'observation est mis en place sur la côte ouest de l'île de La Réunion, dans la zone littorale allant de L'Ermitage à Saint-Leu. Cette zone est particulièrement intéressante dans le sens où elle présente les types de limites en aval les plus communes aux îles volcaniques à savoir, des côtes rocheuses, des plaines d'arrière-récif et des plaines d'accumulation fluviomarine. Sur La Réunion et la Grande Comore, le milieu volcanique est investigué au moyen de méthodes géophysiques et par une analyse de séries temporelles hydrogéologiques. Les outils géophysiques employés confirment la présence d’un milieu souterrain hétérogène, avec la présence sporadique de chenaux d'écoulement souterrain préférentiel susceptibles de contrôler la dynamique des intrusions marines. Les simulations numériques effectuées par la suite corroborent ces observations. L'analyse des signaux enregistrés indique une forte influence des forçages hydro-climatiques externes sur les nappes côtières. Elle permet aussi de distinguer deux familles de comportement selon le contexte géologique des ouvrages instrumentés. Les résultats de ces travaux mettent en avant une méthodologie de gestion des nappes côtières adaptée au milieu volcanique. Ils contribuent également à l'orientation des programmes de prospection de la ressource en eau souterraine dans ces contextes très complexes. / In volcanic islands context, the aquifers of coastal areas have very strong heterogeneities related to their structure, the disparity of their recharge and the influence of the downstream boundaries (rocky coasts, detritic cones...). The works considered here consist to develop a methodology adapted to different hydrogeological configurations in the aim to better understanding the development of saltwater intrusions. Time series recording and geophysical investigations are carried out on various sites, with different hydrogeological conditions, on the west coast of Reunion Island and throughout Grande Comore Island. The groundwater observatory tested in the pilot study area of Reunion was exported to three others experimental sites situated in Grande Comore Island (Indian Ocean). The geophysical investigations reveal a very important lateral heterogeneity along the shoreline due to the existence of 3D volcanic structures such as palaeovalleys filled by recent lava flows. In coastal areas, these structures exert an important role towards the marine intrusion dynamics, like it was confirmed by numerical simulations. Time series recording has allowed the hydrodynamic characterisation of the coastal groundwater and has enhanced the understanding of low and high frequency variations of the groundwater resources quality

Cette thèse a deux résultats d'analyse harmonique sur des groupes réductifs. Soit G connexe et défini sur un corps de nombres F, A les adèles et K un sous-groupe compact maximal de G(A). On a étudié la décomposition de l'espace des fonctions de carré intégrable sur le l'espace quotient G(F)\G(A)/K, en tant que module sur une algèbre de Hecke global. Des résultats similaires que ceux obtenus ici ont été établies par divers auteurs pour de nombreux cas particuliers. La caractéristique principale de la présente approche réside dans le fait qu'il est uniforme. Cette approche a été inspirée par des résultats de G. Heckman et E. Opdam dans les problèmes spectraux pour les algèbre de Hecke graduée. Dans la démonstration, nous avons besoin d'un résultat par M. Reeder sur les espaces de poids des représentations (anti)sphériques de la série discrète de l’algèbre de Hecke affine, aussi, nous sommes confrontés au problème du calcul de certains constantes rationnelles dans le spectre global mesurer en termes de mesures de Plancherel locales.Pour le second résultat, nous montrons qu'un complexe de Coxeter et un immeuble euclidienne peuvent être dotés de fonctions de Morse PL qui permet d'écrire des contractions explicites des complexes cellulaires sous-jacents. Cette approche par la théorie de Morse pour étudier les immeubles de Bruhat-Tits a été inspiré par les idées de G. Savin et M. Bestvina dans le cas de l’immeuble de SL(n). Nous conjecturer que ces contractions ont de bonnes bornes sur leurs coefficients et peuvent donc être utilisés pour calculer les groupes Ext entre les représentations tempérée d'une manière analogue à celle qui a été fait par M. Solleveld et E. Opdam. / This thesis contains two results on harmonic analysis of reductive groups. First, let G be connected and defined over a number field F, A be the ring of adèles and K be a maximal compact subgroup of G(A). We studied the decomposition of the space of square-integrable functions on the quotient G(F)\G(A)/K, as a module for a global Hecke algebra. Similar results than the ones obtained here have been established by various authors for many special cases of reductive groups. The main feature of the present approach is the fact that it is uniform. Such approach was greatly inspired by results of G. Heckman and E. Opdam in treating spectral problems for graded affine Hecke algebras. In the proof, we need a result by M. Reeder on the weight spaces of the (anti)spherical discrete series representations of affine Hecke algebras, as well as we are faced with the problem of computing certain rational constants factors involved in the global spectral measure in terms of local Plancherel measures which are known only in the affine Hecke algebra context.
As for the second result, we show that a Coxeter complex and a Euclidean building can be endowed with piecewise linear Morse functions that allows one to write down explicit contractions of the underlying cell complexes. Such approach via PL Morse theory to study buildings was heavily inspired by ideas from G. Savin and M. Bestvina in the specific case of the building of SL(n). We conjecture that these contractions have nice bounds on their coefficients and thus can be used to compute Ext groups between tempered representations in an analogous way as was done by M. Solleveld and E. Opdam.

Dans cette thèse, nous montrons deux résultats d'analyse harmonique sur un groupe réductif p-adique tordu.Le premier résultat est un analogue non connexe au théorème matriciel de Paley Wiener. Soit G réductif p-adique (non nécessairement connexe). L'algèbre de Hecke des fonctions complexes sur G localement constantes à support compact agit les représentations complexe lisses irréductibles de G. L'action d'une fonction est vue comme sa transformée de Fourier. Le théorème fournit une caractérisation de l'image de l'algèbre de Hecke par la transformée de Fourier, ainsi qu'une formule d'inversion.Le second résultat établit une identité spectrale sur le groupe GLn tordu (avec n pair, sur un corps p-adique) pour l'intégrale orbitale tordue sur la classe de conjugaison tordue stable des matrices antisymétriques inversibles. Cette dernière s'exprime comme une intégrale sur les représentations irréductibles tempérées auto-duales de GLn dont le paramètre de Langlands est symplectique. La preuve repose sur le transfert endoscopique. / In this thesis, we show tow results of Harmonic Analysis on réductive p-adic group.The first results extends the matrix Paley-Wiener theorem to the non-connected case. Let G be reductive (non necessarily connected) p-adic group. The Hecke algebra of compactly supported locally constant complex functions on G acts on complex smooth irreducible representations of G. The action of a given function is seen as its Fourier transform. The theorem characterizes the image of the Hecke algebra under the Fourier transform and provides an inversion formula.The second result is the proof of a spectral identity on the so-called twisted GLn group (where n is even, on a p-adic field) for the twisted orbital integral over the twisted stable conjugacy class of antisymetric invertible matrices. We express it as an integral over those irreducible tempered auto-dual representations of GLn whose Langlands' parameter is symplectic. Our proof uses endoscopic transfer.

La recherche menée dans cette thèse a pour but de développer une analyse harmonique pour des fonctions définies sur les sommets d'un graphe orienté. À l'ère du déluge de données, de nombreuses données sont sous forme de graphes et données sur ce graphe. Afin d'analyser d'exploiter ces données de graphes, nous avons besoin de développer des méthodes mathématiques et numériquement efficientes. Ce développement a conduit à l'émergence d'un nouveau cadre théorique appelé le traitement de signal sur graphe dont le but est d'étendre les concepts fondamentaux du traitement de signal classique aux graphes. Inspirées par l'aspect multi échelle des graphes et données sur graphes, de nombreux constructions multi-échelles ont été proposé. Néanmoins, elles s'appliquent uniquement dans le cadre non orienté. L'extension d'une analyse harmonique sur graphe orienté bien que naturelle, s'avère complexe. Nous proposons donc une analyse harmonique en utilisant l'opérateur de marche aléatoire comme point de départ de notre cadre. Premièrement, nous proposons des bases de type Fourier formées des vecteurs propres de l'opérateur de marche aléatoire. De ces bases de Fourier, nous en déterminons une notion fréquentielle en analysant la variation de ses vecteurs propres. La détermination d'une analyse fréquentielle à partir de la base des vecteurs de l'opérateur de marche aléatoire nous amène aux constructions multi-échelles sur graphes orientés. Plus particulièrement, nous proposons une construction en trames d'ondelettes ainsi qu'une construction d'ondelettes décimées sur graphes orientés. Nous illustrons notre analyse harmonique par divers exemples afin d'en montrer l'efficience et la pertinence. / The research conducted in this thesis aims to develop a harmonic analysis for functions defined on the vertices of an oriented graph. In the era of data deluge, much data is in the form of graphs and data on this graph. In order to analyze and exploit this graph data, we need to develop mathematical and numerically efficient methods. This development has led to the emergence of a new theoretical framework called signal processing on graphs, which aims to extend the fundamental concepts of conventional signal processing to graphs. Inspired by the multi-scale aspect of graphs and graph data, many multi-scale constructions have been proposed. However, they apply only to the non-directed framework. The extension of a harmonic analysis on an oriented graph, although natural, is complex. We, therefore, propose a harmonic analysis using the random walk operator as the starting point for our framework. First, we propose Fourier-type bases formed by the eigenvectors of the random walk operator. From these Fourier bases, we determine a frequency notion by analyzing the variation of its eigenvectors. The determination of a frequency analysis from the basis of the vectors of the random walk operator leads us to multi-scale constructions on oriented graphs. More specifically, we propose a wavelet frame construction as well as a decimated wavelet construction on directed graphs. We illustrate our harmonic analysis with various examples to show its efficiency and relevance.

Les travaux présentés s'intéressent au traitement des signaux à valeurs sur des espaces non-commutatifs, en particulier sur le groupe des rotations et les quaternions. Principalement, ce sont les signaux et processus aléatoires qui sont au centre de nos préoccupations, et nous présentons quelques résultats illustrant leur intérêt en physique des ondes polarisées. Nous montrons par exemple comment les processus aléatoires sur le groupe des rotations permettent d'étudier la diffusion multiple des ondes dans les milieux aléatoires et l'apparition de la phase géométrique pour les ondes polarisées dans ces milieux. Les résultats obtenus sont basés sur des notions empruntées à la théorie des groupes et de la représentation, la théorie des processus aléatoires et de l'estimation ainsi qu'à la géométrie différentielle. L'application majeure des résultats présentés est l'étude des ondes élastiques dans les milieux aléatoires.

Ce mémoire résume mon parcours de recherche lors des dix dernières années. Ces travaux de recherche se trouvent à la croisée des chemins entre les mathématiques appliquées et le traitement du signal et des images. Ils s'articulent autour du triptyque: (i) modélisation stochastique-estimation statistique; (ii) analyse harmonique computationnelle-représentations parcimonieuses; (iii) optimisation. Ces trois piliers constituent le socle théorique de mes activités pour développer des approches originales capables de résoudre des problèmes classiques en traitement d'images comme les problèmes inverses en restauration et reconstruction, la séparation de sources, la segmentation, la détection, ou encore la théorie de l'échantillonnage compressé (compressed sensing). Ces travaux ont été appliqués à plusieurs modalités d'imagerie comme l'imagerie médicale et biomédicale (IRM fonctionnelle, échographie, microscopie confocale), le contrôle non destructif et l'imagerie astronomique.

Ma recherche se situe dans le cadre de l'analyse harmonique et fonctionnelle avec des applications en théorie du contrôle. Le fil conducteur de mes travaux est le calcul fonctionnel ainsi que les estimations de fonctions carrées associées. Mes travaux concernent les thèmes ci-dessous : a) calcul fonctionnel H1 et estimations de fonctions carrées, b) applications des estimations de fonctions carrées au probl eme de Cauchy stochastique, c) résultats de perturbation pour des opérateurs (R) sectoriels, d) admissibilité et observabilité d'opérateurs de contrôle et d'observation, e) applications aux equations non-autonomes ou non-linéaires, en particulier aux équations de type Volterra et aux équations de Navier-Stokes, f) liens entre la théorie du contrôle et les mesures de Carleson.