Nous présentons dans le cadre de cette thèse une construction effective de chiffreurs par flot auto-synchronisants centrée autour de la classe particulière des systèmes dynamiques Linear Parameter Varying (LPV). Il s'agit de systèmes dont la représentation d'état admet une écriture affine par rapport à l'état et l'entrée mais dont les matrices de la représentation dépendent de paramètres variants dans le temps. Cette dépendance peut se traduire par des fonctions non linéaires de la variable de sortie. La dynamique résultante est donc non linéaire. Nous montrons que la propriété d'auto-synchronisation est liée à une propriété structurelle du système dynamique à savoir la platitude. La platitude est une propriété algébrique qui permet d'exprimer lorsque cela est possible les paramètres d'entrée et sortie d'un système dynamique en fonction de sa sortie qui est appelée dans ce cas une sortie plate. Une caractérisation de la platitude est exprimée en termes des matrices d'état du système dynamique. Une caractérisation complémentaire est proposée en termes de propriétés d'un graphe d'adjacence associé. L'utilisation conjointe de la caractérisation algébrique et graphique donne lieu à une construction systématique d'une nouvelle classe de chiffreurs auto-synchonisants. Dans la deuxième partie de la thèse, nous nous intéressons à la sécurité de chiffreurs auto-synchronisants. Nous proposons dans un premier temps une approche spectrale pour réaliser une attaque par canaux cachés. Cette approche offre une complexité réduite par rapport aux approches classiques utilisées pour les attaques par canaux cachés. Nous donnons ensuite une preuve de sécurité de la forme canonique d'un chiffreur auto-synchronisant basée sur la notion d'indistinguabilité. Une condition nécessaire et suffisante pour caractériser l'indistinguabilité des chiffreurs auto-synchronisants est proposée. Finalement, nous avons établi des résultats sur les propriétés de fonctions vectorielles booléennes qui permettent de caractériser d'une façon générale les chiffreurs auto-synchronisants / In this thesis, we present an effective construction of self-synchronizing stream ciphers based on the class of Linear Parameter-Varying (LPV) dynamical systems. For such systems, the state-space representation admits an affine expression regarding the input and the state but the state matrices depend on time varying parameters. This dependence can be expressed using nonlinear functions of the output variable. Hence, the resulting dynamics of the system are nonlinear. We show that the self-synchronization property is related to a structural property of the dynamical system known as flatness. Flatness is an algebraic property that allows, when possible, the expression of the input and state parameters of a dynamical system as functions of its outputs which is then called flat output. A characterization of the flatness is expressed in terms of state matrices of the dynamical matrix. A complementary characterization is given in terms of properties of the related adjacency graph. The combination of the algebraic and graph theory characterization gives a systematic construction of a new class of self-synchronizing stream ciphers. In the second part of the thesis, we tackle security aspects of self-synchronizing stream ciphers. We propose a spectral approach to performing side channel attacks. This approach offers reduced complexity when compared with standard approaches used for side channel attacks. We also give a security proof, based on the notion of indistinguishability, for the canonical form of self-synchronizing stream ciphers. A neccessary and sufficient condition is proposed in order to characterize the indistinguishability. Finally, we establish some results on vectorial boolean functions and properties they can be achieved when trying to design Self-Synchronizing Stream Ciphers

Le travail accompli dans cette thèse a consisté à construire des modèles stochastiques de deux scanners de l'Internet qui sont ZMap et Shodan. Les paquets provenant de chacun des deux scanners ont été collectés par le Laboratoire de Haute Sécurité (LHS) hébergé à Inria Nancy Grand Est, et ont été utilisés pour construire par apprentissage des chaînes de Markov cachées (HMMs). La première partie du travail consistait à modéliser l'intensité des deux scanners considérés. Nous avons cherché à savoir si l'intensité de ZMap varie en fonction du service ciblé et si les intensités des deux scanners sont comparables. Les résultats ont montré que la réponse à la première question est positive (c'est-à-dire que l'intensité de ZMap varie en fonction des ports ciblés), alors que la réponse à la deuxième question est négative. En d'autres termes, nous avons obtenu un modèle pour chaque ensemble de logs. La partie suivante du travail consistait à étudier deux autres caractéristiques des mêmes scanners : leurs mouvements spatiotemporels. Nous avons créé des ensembles d'échantillons de logs avec chacune d'elle contient une seule exécution de ZMap et Shodan. Ensuite, nous avons calculé les différences d'adresses IP ciblées consécutivement par le même scanner (c.-à-d. dans chaque échantillon), et les timestamps correspondants. Les premiers ont été utilisés pour modéliser les mouvements spatiaux, tandis que les seconds pour les mouvements temporels. Une fois que les modèles de chaînes de Markov cachées sont construites, ils ont été appliqués pour identifier les scanners d'autres ensembles de logs. Dans les deux cas, nos modèles ne sont pas capables de détecter le service ciblé, mais ils détectent correctement le scanner qui génère de nouveaux logs, avec une précision de 95% en utilisant les mouvements spatiaux et de 98% pour les mouvements temporels / The work accomplished in this PhD consisted in building stochastic models of ZMap and Shodan, respectively, two Internet-wide scanners. More in detail, packets originated by each of the two considered scanners have been collected by the High Security Lab hosted in Inria, and have been used to learn Hidden Markov Models (HMMs). The rst part of the work consisted in modeling intensity of the two considered scanners. We investigated if the intensity of ZMap varies with respect to the targeted service, and if the intensities of the two scanners are comparable. Results showed that the answer to the first question is positive (i.e., intensity of ZMap varied with respect to the targeted ports), whereas the answer to the second question is negative. In other words, we obtained a model for each set of logs. The following part of the work consisted in investigating other two features of the same scanners: their spatial and temporal movements, respectively. More in detail, we created datasets containing logs of one single execution of ZMap and Shodan, respectively. Then, we computed di erences of IP addresses consecutively targeted by the same scanner (i.e., in each sample), and of the corresponding timestamps. The former have been used to model spatial movements, whereas the latter temporal ones. Once the Hidden Markov Models are available, they have been applied to detect scanners from other sets of logs. In both cases, our models are not able to detect the targeted service, but they correctly detect the scanner that originates new logs, with an accuracy of 95% when exploiting spatial movements, and of 98% when using temporal movements

La cartographie du risque en épidémiologie permet de mettre en évidence des régionshomogènes en terme du risque afin de mieux comprendre l’étiologie des maladies. Nousabordons la cartographie automatique d’unités géographiques en classes de risque commeun problème de classification à l’aide de modèles de Markov cachés discrets et de modèlesde mélange de Poisson. Le modèle de Markov caché proposé est une variante du modèle dePotts, où le paramètre d’interaction dépend des classes de risque.Afin d’estimer les paramètres du modèle, nous utilisons l’algorithme EM combiné à une approche variationnelle champ-moyen. Cette approche nous permet d’appliquer l’algorithmeEM dans un cadre spatial et présente une alternative efficace aux méthodes d’estimation deMonte Carlo par chaîne de Markov (MCMC).Nous abordons également les problèmes d’initialisation, spécialement quand les taux de risquesont petits (cas des maladies animales). Nous proposons une nouvelle stratégie d’initialisationappropriée aux modèles de mélange de Poisson quand les classes sont mal séparées. Pourillustrer ces solutions proposées, nous présentons des résultats d’application sur des jeux dedonnées épidémiologiques animales fournis par l’INRA. / The analysis of the geographical variations of a disease and their representation on a mapis an important step in epidemiology. The goal is to identify homogeneous regions in termsof disease risk and to gain better insights into the mechanisms underlying the spread of thedisease. We recast the disease mapping issue of automatically classifying geographical unitsinto risk classes as a clustering task using a discrete hidden Markov model and Poisson classdependent distributions. The designed hidden Markov prior is non standard and consists of avariation of the Potts model where the interaction parameter can depend on the risk classes.The model parameters are estimated using an EM algorithm and the mean field approximation. This provides a way to face the intractability of the standard EM in this spatial context,with a computationally efficient alternative to more intensive simulation based Monte CarloMarkov Chain (MCMC) procedures.We then focus on the issue of dealing with very low risk values and small numbers of observedcases and population sizes. We address the problem of finding good initial parameter values inthis context and develop a new initialization strategy appropriate for spatial Poisson mixturesin the case of not so well separated classes as encountered in animal disease risk analysis.We illustrate the performance of the proposed methodology on some animal epidemiologicaldatasets provided by INRA.

Les domaines d'application de la cryptographie embarquée sont très divers et se retrouvent au croisement de toutes les applications personnelles, avec un besoin évident de confidentialité des données et également de sécurité d'accès des moyens de paiement. Les attaques matérielles invasives ont fait de tous temps partie de l'environnement industriel. L'objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles solutions pour protéger les circuits intégrés contre ces attaques physiques. La première partie décrit les notions d'attaques par canaux cachés, d'attaques invasives et de retro-conception. Plusieurs exemples de ces types d'attaques ont pu être mis en œuvre pendant le travail de recherche de cette thèse, ils sont présentés en détail dans cette partie. La deuxième partie est consacrée à des propositions de différentes contre-mesures pour contrer des attaques par canaux cachés ayant pour vecteur la consommation de courant. La troisième partie est dédiée à la protection contre les attaques invasives en utilisant divers types de boucliers et capteurs. Nous conclurons ce manuscrit de thèse par la proposition d'un bouclier actif cryptographique inviolable ayant pour but premier de contrer Je sondage, mais aussi celui de détecter l'injection de fautes et d'être immunisé contre les analyses par consommation de courant. / Embedded security applications are diverse and at the center of all personal embedded applications. They introduced an obvious need for data confidentiality and security in general. Invasive attacks on hardware have always been part of the industrial scene. The aim of this thesis is to propose new solutions in order to protect embedded circuits against some physical attacks described above. ln a first part of the manuscript, we detail the techniques used to achieve side-channel, invasive attacks and reverse engineering. I could implement several of these attacks during my thesis research, they will be detailed extensively. ln the second part we propose different hardware countermeasures against side-channel attacks. The third part is dedicated to protection strategies against invasive attacks using active shielding and we conclude this work by proposing an innovative cryptographic shield which is faulty and dpa resistant.

Ce travail propose une contribution originale à la compréhension du comportement spatial des pêcheurs, basée sur les paradigmes de l'écologie comportementale et de l'écologie du mouvement. En s'appuyant sur des données du 'Vessel Monitoring System', nous étudions le comportement des pêcheurs d'anchois du Pérou à des échelles différentes: (1) les modes comportementaux au sein des voyages de pêche (i.e. recherche, pêche et trajet), (2) les patrons comportementaux parmi les voyages de pêche, (3) les patrons comportementaux par saison de pêche conditionnés par des scénarios écosystémiques et (4) les patrons spatiaux des positions de modes comportementaux, que nous utilisons pour la création de cartes de probabilité de présence d'anchois. Pour la première échelle, nous comparons plusieurs modèles Markoviens (modèles de Markov et semi-Markov cachés) et discriminatifs (forêts aléatoires, machines à vecteurs de support et réseaux de neurones artificiels) pour inférer les modes comportementaux associés aux trajectoires VMS. L'utilisation d'un ensemble de données pour lesquelles les modes comportementaux sont connus (grâce aux données collectées par des observateurs embarqués), nous permet d'entraîner les modèles dans un cadre supervisé et de les valider. Les modèles de semi-Markov cachés sont les plus performants, et sont retenus pour inférer les modes comportementaux sur l'ensemble de données VMS. Pour la deuxième échelle, nous caractérisons chaque voyage de pêche par plusieurs descripteurs, y compris le temps passé dans chaque mode comportemental. En utilisant une analyse de classification hiérarchique, les patrons des voyages de pêche sont classés en groupes associés à des zones de gestion, aux segments de la flottille et aux personnalités des capitaines. Pour la troisième échelle, nous analysons comment les conditions écologiques donnent forme au comportement des pêcheurs à l'échelle d'une saison de pêche. Via des analyses de co-inertie, nous trouvons des associations significatives entre les dynamiques spatiales des pêcheurs, des anchois et de l'environnement, et nous caractérisons la réponse comportementale des pêcheurs selon des scénarios environnementaux contrastés. Pour la quatrième échelle, nous étudions si le comportement spatial des pêcheurs reflète dans une certaine mesure la répartition spatiale de l'anchois. Nous construisons un indicateur de la présence d'anchois à l'aide des modes comportementaux géo-référencés inférés à partir des données VMS. Ce travail propose enfin une vision plus large du comportement de pêcheurs: les pêcheurs ne sont pas seulement des agents économiques, ils sont aussi des fourrageurs, conditionnés par la variabilité dans l'écosystème. Pour conclure, nous discutons de la façon dont ces résultats peuvent avoir de l'importance pour la gestion de la pêche, des analyses de comportement collectif et des modèles end-to-end. / This work proposes an original contribution to the understanding of fishermen spatial behavior, based on the behavioral ecology and movement ecology paradigms. Through the analysis of Vessel Monitoring System (VMS) data, we characterized the spatial behavior of Peruvian anchovy fishermen at different scales: (1) the behavioral modes within fishing trips (i.e., searching, fishing and cruising); (2) the behavioral patterns among fishing trips; (3) the behavioral patterns by fishing season conditioned by ecosystem scenarios; and (4) the computation of maps of anchovy presence proxy from the spatial patterns of behavioral mode positions. At the first scale considered, we compared several Markovian (hidden Markov and semi-Markov models) and discriminative models (random forests, support vector machines and artificial neural networks) for inferring the behavioral modes associated with VMS tracks. The models were trained under a supervised setting and validated using tracks for which behavioral modes were known (from on-board observers records). Hidden semi-Markov models performed better, and were retained for inferring the behavioral modes on the entire VMS dataset. At the second scale considered, each fishing trip was characterized by several features, including the time spent within each behavioral mode. Using a clustering analysis, fishing trip patterns were classified into groups associated to management zones, fleet segments and skippers' personalities. At the third scale considered, we analyzed how ecological conditions shaped fishermen behavior. By means of co-inertia analyses, we found significant associations between fishermen, anchovy and environmental spatial dynamics, and fishermen behavioral responses were characterized according to contrasted environmental scenarios. At the fourth scale considered, we investigated whether the spatial behavior of fishermen reflected to some extent the spatial distribution of anchovy. Finally, this work provides a wider view of fishermen behavior: fishermen are not only economic agents, but they are also foragers, constrained by ecosystem variability. To conclude, we discuss how these findings may be of importance for fisheries management, collective behavior analyses and end-to-end models.

Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la reconnaissance des activités à partir de séquences vidéo qui est une des préoccupations majeures dans le domaine de la vision par ordinateur. Les domaines d'application pour ces systèmes de vision sont nombreux notamment la vidéo surveillance, la recherche et l'indexation automatique de vidéos ou encore l'assistance aux personnes âgées. Cette tâche reste problématique étant donnée les grandes variations dans la manière de réaliser les activités, l'apparence de la personne et les variations des conditions d'acquisition des activités. L'objectif principal de ce travail de thèse est de proposer une méthode de reconnaissance efficace par rapport aux différents facteurs de variabilité. Les représentations basées sur les points d'intérêt ont montré leur efficacité dans les travaux d'art; elles ont été généralement couplées avec des méthodes de classification globales vue que ses primitives sont temporellement et spatialement désordonnées. Les travaux les plus récents atteignent des performances élevées en modélisant le contexte spatio-temporel des points d'intérêts par exemple certains travaux encodent le voisinage des points d'intérêt à plusieurs échelles. Nous proposons une méthode de reconnaissance des activités qui modélise explicitement l'aspect séquentiel des activités tout en exploitant la robustesse des points d'intérêts dans les conditions réelles. Nous commençons par l'extractivité des points d'intérêt dont a montré leur robustesse par rapport à l'identité de la personne par une étude tensorielle. Ces primitives sont ensuite représentées en tant qu'une séquence de sac de mots (BOW) locaux: la séquence vidéo est segmentée temporellement en utilisant la technique de fenêtre glissante et chacun des segments ainsi obtenu est représenté par BOW des points d'intérêt lui appartenant. Le premier niveau de notre système de classification séquentiel hybride consiste à appliquer les séparateurs à vaste marge (SVM) en tant que classifieur de bas niveau afin de convertir les BOWs locaux en des vecteurs de probabilités des classes d'activité. Les séquences de vecteurs de probabilité ainsi obtenues sot utilisées comme l'entrées de classifieur séquentiel conditionnel champ aléatoire caché (HCRF). Ce dernier permet de classifier d'une manière discriminante les séries temporelles tout en modélisant leurs structures internes via les états cachés. Nous avons évalué notre approche sur des bases publiques ayant des caractéristiques diverses. Les résultats atteints semblent être intéressant par rapport à celles des travaux de l'état de l'art. De plus, nous avons montré que l'utilisation de classifieur de bas niveau permet d'améliorer la performance de système de reconnaissance vue que le classifieur séquentiel HCRF traite directement des informations sémantiques des BOWs locaux, à savoir la probabilité de chacune des activités relativement au segment en question. De plus, les vecteurs de probabilités ont une dimension faible ce qui contribue à éviter le problème de sur apprentissage qui peut intervenir si la dimension de vecteur de caractéristique est plus importante que le nombre des données; ce qui le cas lorsqu'on utilise les BOWs qui sont généralement de dimension élevée. L'estimation les paramètres du HCRF dans un espace de dimension réduite permet aussi de réduire le temps d'entrainement / Human activity recognition (HAR) from video sequences is one of the major active research areas of computer vision. There are numerous application HAR systems, including video-surveillance, search and automatic indexing of videos, and the assistance of frail elderly. This task remains a challenge because of the huge variations in the way of performing activities, in the appearance of the person and in the variation of the acquisition conditions. The main objective of this thesis is to develop an efficient HAR method that is robust to different sources of variability. Approaches based on interest points have shown excellent state-of-the-art performance over the past years. They are generally related to global classification methods as these primitives are temporally and spatially disordered. More recent studies have achieved a high performance by modeling the spatial and temporal context of interest points by encoding, for instance, the neighborhood of the interest points over several scales. In this thesis, we propose a method of activity recognition based on a hybrid model Support Vector Machine - Hidden Conditional Random Field (SVM-HCRF) that models the sequential aspect of activities while exploiting the robustness of interest points in real conditions. We first extract the interest points and show their robustness with respect to the person's identity by a multilinear tensor analysis. These primitives are then represented as a sequence of local "Bags of Words" (BOW): The video is temporally fragmented using the sliding window technique and each of the segments thus obtained is represented by the BOW of interest points belonging to it. The first layer of our hybrid sequential classification system is a Support Vector Machine that converts each local BOW extracted from the video sequence into a vector of activity classes’ probabilities. The sequence of probability vectors thus obtained is used as input of the HCRF. The latter permits a discriminative classification of time series while modeling their internal structures via the hidden states. We have evaluated our approach on various human activity datasets. The results achieved are competitive with those of the current state of art. We have demonstrated, in fact, that the use of a low-level classifier (SVM) improves the performance of the recognition system since the sequential classifier HCRF directly exploits the semantic information from local BOWs, namely the probability of each activity relatively to the current local segment, rather than mere raw information from interest points. Furthermore, the probability vectors have a low-dimension which prevents significantly the risk of overfitting that can occur if the feature vector dimension is relatively high with respect to the training data size; this is precisely the case when using BOWs that generally have a very high dimension. The estimation of the HCRF parameters in a low dimension allows also to significantly reduce the duration of the HCRF training phase

Dans la cryptographie à clé privée l'arithmétique joue un rôle important. En particulier, l'arithmétique des corps finis doit être très rapide étant donnée la quantité de calculs effectués en nécessitant des ressources limitées (surface de circuit, taille mémoire, consommation d'énergie) mais aussi tout en offrant un bon niveau de robustesse vis à vis des attaques physiques. L'objectif de cette thèse etait d'étudier, comparer, concevoir en matériel et enfin de valider expérimentalement et théoriquement des opérateurs arithmétiques matériels pour la cryptographie sur courbes elliptiques (ECC) sur des extensions du corps fini binaire (GF(2m)) à la fois performants, peu gourmands en énergie et robustes d'un point de sécurité contre les attaques physiques par canaux cachés (p.ex. mesure de la consommation d'énergie). Des travaux effectues aboutissent à la proposition d'opérateurs de multiplication performants (rapides, surface de circuit limitée) dans une architecture modulaire (pouvant être adaptée à des besoins spécifiques sans perte de performance). Les calculs requis par ces opérateurs sont complexes car les éléments du corps sont grands (160-580 bits) et la multiplication s'effectue modulo un polynôme irréductible. En plus la thèse presente des modification et l'optimisation des opérateurs pour les rendre plus robustes à certaines attaques par canaux cachés (de type mesure de consommation) sans perte de performance. Sécurisation d'opérateurs arithmétiques pour ECC au niveau des calculs sur le corps fini est particulièrement intéressant car c'est la première proposition de ce type. Ce travail complète un état de l'art en protections aux niveaux supérieurs (courbes, protocoles).

Dans ce travail de thèse, nous présentons plusieurs contributions visant à améliorer l'utilisation des modèles de Markov cachés (MMC) dans les systèmes d'intelligence artificielle. Nous nous sommes concentrés sur trois objectifs : l'amélioration de l'apprentissage de MMC, l'expérimentation d'un nouveau type de MMC et la visualisation de dissimilarité pour mieux comprendre les interactions entre MMC. Dans la première partie, nous proposons, évaluons et comparons plusieurs nouvelles applications<br />de métaheuristiques biomimétiques classiques (les algorithmes génétiques, l'algorithme de fourmis artificielles API et l'optimisation par essaim particulaire) au problème de l'apprentissage de MMC. Dans la<br />deuxième partie, nous proposons un nouveau type de modèle de Markov caché, appelé modèle Markov caché à substitutions de symboles (MMCSS). Un MMCSS permet d'incorporer des connaissances a priori dans le processus d'apprentissage et de reconnaissance. Les premières expérimentations de ces modèles sur des images démontrent leur intérêt. Dans la troisième partie, nous proposons une nouvelle méthode de représentation de dissimilarité appelée matrice de scatterplots pseudo-euclidienne (MSPE), permettant de mieux comprendre les interactions entre des MMC. Cette MSPE est construite à partir<br />d'une technique que nous nommons analyse en composantes principales à noyau indéfini (ACPNI). Nous terminons par la présentation de la bibliothèque HMMTK, développée au cours de ce travail. Cette dernière intègre des mécanismes de parallélisation et les algorithmes développés au cours de la thèse.

On s'intéresse à l'ajout d'incertitudes supplémentaires dans les modèles de Markov cachés. L'inférence est réalisée dans un cadre bayésien à l'aide des méthodes de Monte Carlo. Dans un cadre multicapteur, on suppose que chaque capteur peut commuter entre plusieurs états de fonctionnement. Un modèle à saut original est développé et des algorithmes de Monte Carlo efficaces sont présentés pour différents types de situations, prenant en compte des données synchrones/asynchrones et le cas binaire capteur valide/défaillant. Le modèle/algorithme développé est appliqué à la localisation d'un véhicule terrestre équipé de trois capteurs, dont un récepteur GPS, potentiellement défaillant à cause de phénomènes de trajets multiples. <br />On s'intéresse ensuite à l'estimation de la densité de probabilité des bruits d'évolution et de mesure dans les modèles de Markov cachés, à l'aide des mélanges de processus de Dirichlet. Le cas de modèles linéaires est tout d'abord étudié, et des algorithmes MCMC et de filtrage particulaire sont développés. Ces algorithmes sont testés sur trois applications différentes. Puis le cas de l'estimation des densités de probabilité des bruits dans les modèles non linéaires est étudié. On définit pour cela des processus de Dirichlet variant temporellement, permettant l'estimation en ligne d'une densité de probabilité non stationnaire.

Cette thèse est consacrée au problème d'estimation bayésienne pour le filtrage statistique, dont l'objectif est d'estimer récursivement des états inconnus à partir d'un historique d'observations, dans un modèle stochastique donné. Les modèles stochastiques considérés incluent principalement deux grandes classes de modèles : les modèles de Markov cachés et les modèles de Markov à sauts conditionnellement markoviens. Ici, le problème est abordé sous sa forme générale dans la mesure où nous considérons le problème du filtrage mono- et multi objet(s), ce dernier étant abordé sous l'angle de la théorie des ensembles statistiques finis et du filtre " Probability Hypothesis Density ". Tout d'abord, nous nous intéressons à l'importante classe d'approximations que constituent les algorithmes de Monte Carlo séquentiel, qui incluent les algorithmes d'échantillonnage d'importance séquentiel et de filtrage particulaire auxiliaire. Les boucles de propagation mises en jeux dans ces algorithmes sont étudiées et des algorithmes alternatifs sont proposés. Les algorithmes de filtrage particulaire dits " localement optimaux ", c'est à dire les algorithmes d'échantillonnage d'importance avec densité d'importance conditionnelle optimale et de filtrage particulaire auxiliaire pleinement adapté sont comparés statistiquement, en fonction des paramètres du modèle donné. Ensuite, les méthodes de réduction de variance basées sur le théorème de Rao-Blackwell sont exploitées dans le contexte du filtrage mono- et multi-objet(s) Ces méthodes, utilisées principalement en filtrage mono-objet lorsque la dimension du vecteur d'état à estimer est grande, sont dans un premier temps étendues pour les approximations Monte Carlo du filtre Probability Hypothesis Density. D'autre part, des méthodes de réduction de variance alternatives sont proposées : bien que toujours basées sur le théorème de Rao-Blackwell, elles ne se focalisent plus sur le caractère spatial du problème mais plutôt sur son caractère temporel. Enfin, nous abordons l'extension des modèles probabilistes classiquement utilisés. Nous rappelons tout d'abord les modèles de Markov couple et triplet dont l'intérêt est illustré à travers plusieurs exemples pratiques. Ensuite, nous traitons le problème de filtrage multi-objets, dans le contexte des ensembles statistiques finis, pour ces modèles. De plus, les propriétés statistiques plus générales des modèles triplet sont exploitées afin d'obtenir de nouvelles approximations de l'estimateur bayésien optimal (au sens de l'erreur quadratique moyenne) dans les modèles à sauts classiquement utilisés; ces approximations peuvent produire des estimateurs de performances comparables à celles des approximations particulaires, mais ont l'avantage d'être moins coûteuses sur le plan calculatoire