Ce travail montre l'apport de l'étude archéologique des dynamiques des réseaux de voies, d'habitat et du parcellaire pour l'aménagement du territoire. Dans la première partie, nous montrons que la recherche morphologique en architecture, géographie et archéologie a reposé sur des séparations conceptuelles entre passé/présent, local/global, forme/flux. Dans la deuxième partie, nous tentons de les dépasser par des études à la croisée de l'archéologie et de l'aménagement. En archéologie préventive, les choix techniques ont déplacé le point de vue, de l'évaluation du passé à celle d'un présent enrichi par celui-ci. En aménagement, la résilience des réseaux routiers s'appuie sur une construction spatiale intégrant des temporalités anciennes. Dans la synthèse, nous montrons que les approches traditionnelles sur le passé appauvrissent les potentiels des réseaux. L'utilisation d'un SIG apporte alors des moyens pratiques pour associer des formes aux temporalités complexes.

A l'embouchure de l'estuaire de la Seine, un prisme sédimentaire d'une vingtaine de mètres d'épaisseur s'est mis en place au cours de la transgression holocène. L'étude des facteurs de contrôle de sa construction et de son évolution morphosédimentaire a été menée selon deux approches : (1) à partir de données sismiques et de carottage pour étudier l'évolution à long terme (pluri?millénaire) ; (2) à partir de données cartographiques anciennes pour l'étude des évolutions à moyen et court terme (pluri-décennale à pluri-annuelle) depuis les deux derniers siècles. L'évolution à long terme du prisme (construction holocène) est contrôlée d'une part par la vitesse de remontée du niveau marin, d'autre part par la position initiale de l'incision majeure de la Seine. C'est à l'aplomb de celle-ci que le système d'embouchure reste actif tout le long de la construction, tandis que dans les secteurs adjacents, notamment au sud, le système se comble rapidement. L'évolution du prisme depuis deux siècles se caractérise par un comblement progressif comprenant trois stades. 1834-1875 : vaste système divagant ; 1875-1960 développement des zones supratidales et comblement latéral du système interne ; 1960-2003 : comblement amont-aval du système par développement et progression vers le domaine marin de deux barres sableuses longitudinales. Le contrôle des aménagements dans cette évolution est considéré comme majeur et l'impact des facteurs naturels est extrêmement difficile à extraire. L'influence de cycles climatiques haute fréquence comme la NAO (North Atlantic Oscillation) est néanmoins sensible pour la période la plus récente (depuis 1980), période marquée par l'arrêt des aménagements.

Les structures géologiques sont le plus souvent dessinées par interpolations de données dispersées. Un problème est de pouvoir contraindre ces interpolations par des règles géométriques et cinématiques. La méthode dite de l'équilibrage des structures en coupe illustre ce principe. Pour tester la compatibilité de structures à déformation hétérogène, on peut les diviser en éléments dont on considère la déformation comme homogène, mais cette technique est limitée. Une autre méthode, pour s'assurer de la compatibilité géométrique de zones plissées-faillées, consiste à tester la possibilité de restaurer de telles surfaces à leur état initial. Le principe de la méthode est de décrire ces surfaces par des éléments rigides plans et de les rabattre dans le plan horizontal par un programme de calcul (minimisation automatique de vides et de recouvrements). En dépliant différents blocs et en ajustant ces blocs le long de failles, il est possible de retrouver l'état antérieur à la déformation (continue et discontinue). Le programme (UNIX, FORTRAN, station de travail), a été initialement testé sur des exemples théoriques et expérimentaux, puis appliqué à des structures naturelles (gisements pétroliers) avec les applications suivantes: (1) en zone pétrolifère (ou minéralisée), le but est de dessiner au mieux les structures associées aux failles qui peuvent faire office de piège, ce qui permet de mieux contraindre les capacités du gisement et sa géométrie; (2) en l'utilisation plus géodynamique, le champ de déplacement fini associé à la déformation, traduite par les plis et les failles, peut être étudié.

En biologie structurale, il est couramment admit que la structure tridimensionnelle d'une protéine détermine sa fonction. Ce paradigme permet de supposer que deux protéines possédant des structures tridimensionnelles similaires peuvent partager un ancêtre commun et donc posséder des fonctions similaires. Déterminer la similarité entre deux structures de protéines est une tâche importante qui a été largement étudiée. Parmi toutes les méthodes proposées, nous nous intéressons à la mesure de similarité appelée “maximisation du recouvrement de cartes de contacts” (ou CMO), principalement parce qu'elle fournit des scores de similarité pouvant être utilisés pour obtenir de bonnes classifications automatiques des structures de protéines. Dans cette thèse, la comparaison de deux structures de protéines est modélisée comme une recherche de sous-graphe dans des graphes k-partis spécifiques appelés graphes d'alignements, et nous montrons que cette tâche peut être efficacement réalisée en utilisant des techniques avancées issues de l'optimisation combinatoire. Dans la seconde partie de cette thèse, nous modélisons CMO comme une recherche de sousgraphe maximum induit par les arêtes dans des graphes d'alignements, problème pour lequel nous proposons un solveur exact qui surpasse les autres algorithmes de la littérature. Même si nous avons réussi à accélérer CMO, la procédure d'alignement requière encore trop de temps de calculs pour envisager des comparaisons à grande échelle. La troisième partie de cette thèse est consacrée à l'accélération de CMO en utilisant des connaissances issues de la biologie structurale. Nous proposons une approche hiérarchique pour résoudre CMO qui est basée sur les structures secondaires des protéines. Enfin, bien que CMO soit une très bonne mesure de similarité, les alignements qu'elle fournit possèdent souvent de fortes valeurs de déviation (root mean squared deviation, ou RMSD). Pour palier à cette faiblesse, dans la dernière partie de cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode de comparaison de structures de protéines basée sur les distances internes que nous appelons DAST (pour Distance-based Alignment Search Tool). Elle est modélisée comme une recherche de clique maximum dans des graphes d'alignements, pour laquelle nous présentons un solveur dédié montrant de très bonnes performances.

L‟aléa géologique constitue un axe de recherche en développement constant, les zones habitées étant de plus en plus envahissantes et les exigences pour la maîtrise des aléas étant de plus en plus fortes. Les zones de montagne sont des régions très concernées par différents types d'aléas. Cette étude s'est attachée à l‟évaluation de l‟aléa Mouvements de terrain (MT) qui constituent l‟aléa le plus important dans le Rif Nord - Ouest, Maroc. Ce travail présente une procédure en trois étapes pour l‟évaluation de l‟aléa mouvements de terrains (AMT). Neuf paramètres disponibles de prédisposition et de déclenchement du milieu géologique (lithologie, fracturation, sismicité, gradient de pente, hypsométrie, exposition des versants, réseau hydrographique, précipitations, et occupation des sols) ont été cartographiés et hiérarchisés dans le but de mieux comprendre leurs interrelations et leurs effets respectifs dans la genèse des MT. Ensuite, la classification, l‟inventaire, la description et l‟analyse des MT ont été réalisés par interprétation d‟images satellitaires THR associée à un travail de terrain. Enfin, l‟AMT a été évalué par l‟utilisation d‟une approche multi-échelle (petite = 1/100 000ème, et moyenne = 1/50 000ème). A petite échelle, cette évaluation a été effectuée par la combinaison de cartes d‟index (CCI) où les poids et les pondérations pour chaque paramètre ont été introduits en se basant sur les données statistiques réelles afin de réduire l‟aspect subjectif de la méthode. A une échelle moyenne, cette évaluation a été effectuée par l‟application et la comparaison de deux approches probabilistes. Il s‟agit - de l‟approche bivariée de la théorie de l‟évidence, et, - de l‟approche multivariée des régressions logistiques ; la première approche s‟est avérée plus performante à prédire l‟aléa glissements de terrain, alors que la seconde est plus performante pour modéliser l‟aléa écroulements et coulées de débris à cette échelle, dans un environnement montagneux maghrébin. Les différentes cartes réalisées constituent un puissant outil d‟aide à la décision pour présenter, comparer et discuter des scénarios d‟aménagement du territoire : aménagements urbains, ouvrages ou tracés routiers. Ces résultats s‟inscrivent dans le cadre du développement durable et permettront d‟atténuer les impacts socio-économiques habituellement constatés, lors de déclenchement des MT.

La première partie de cette thèse étudie la ligne de partage des eaux, un des outils fondamentaux développés par la morphologie mathématique dans le but de segmenter des images. Une caractérisation de cet objet pour des fonctions régulières est donnée, et un théorème de convergence de l'algorithme associe est démontré. Les liens entre la ligne de partage des eaux et le squelette par zones d'influence euclidien (ou diagramme de voronoï), ainsi qu'avec l'équation eikonale utilisée en shape from shading sont ensuite mis en valeur. Des algorithmes pour la reconstruction géodésique et pour la segmentation avec points d'ancrage sont construits sur le principe de celui de la ligne de partage des eaux. Enfin, un algorithme de segmentation hiérarchique fonde sur un nouveau principe de dynamique des contours, est développé. Il permet d'obtenir dans une seule image toute l'information du gradient utilisable pour la segmentation. La deuxième partie de cette thèse applique des outils de l'analyse multivoque et mutationnelle a la morphologie mathématique. La dérivée mutationnelle du tube de dilatation est calculée, justifiant de manière rigoureuse l'intuition selon laquelle un objet se dilate suivant ses normales en chacun de ses points. Les propriétés algébriques et de continuité d'applications induites par des inclusions différentielles et agissant sur des ensembles fermés sont caractérisées. Enfin, un algorithme d'optimisation (l'algorithme des montagnes russes), de nature non probabiliste, garantissant la convergence vers un minimum global, est proposé.

Parmi les aléas naturels, les mouvements de terrain (MT) sont probablement les plus nuisibles à l'environnement naturel et humain, notamment dans les pays méditerranéens, incluant le Liban qui représente un bon cas d'étude de région montagneuse. Ce phénomène n'a pas été étudié à l'échelle régionale bien qu'il affecte de vastes zones dans ce pays, et les cartes d'aléa manquent encore. La recherche présentée ici est consacrée à l'utilisation des techniques de télédétection et des systèmes d'informations géographiques (SIG), pour l'étude des MT au Liban. La première partie passe en revue les connaissances existantes sur le thème des mouvements de terrain (MT), plus spécifiquement dans la région méditerranéenne, et définit les lacunes de recherche. Elle expose les divers types existants de MT, leurs magnitudes, les agents causatifs, et leurs effets. Elle clarifie la terminologie utilisée pour les MT (aléa, susceptibilité, risque, etc.), et compare les méthodes les plus utilisées pour la cartographie de l'aléa/susceptibilité aux MT. Elle présente aussi un état des avantages et problèmes de la télédétection et du SIG dans les études de mouvements de terrain, en insistant sur les voies possibles de recherche. La deuxième partie est consacrée à la description détaillée de la région d'étude qui couvre les versants méditerranéens du nord du Liban central. Les caractéristiques physiques/morphodynamiques et socio-économiques de cette région sont exposées, ainsi que les aléas naturels, les événements de MT, les impacts socio-économiques et les mesures de conservation. Toutes les études sur l'aléa MT au Liban sont revisitées. La région d'étude, s'étendant de la côte méditerranéenne jusqu'à 3000 m d'altitude, couvre à peu près 36 % de la superficie totale du Liban. Elle est représentative de la diversité géo-environnementale de ce pays en termes de géologie, sol, hydrographie, occupation du sol et climat. Elle se caractérise par des activités humaines problématiques (par exemple une expansion urbaine chaotique, la recharge artificielle des eaux souterraines, un surpâturage, des incendies de forêt), accroissant la dégradation de l'environnement et induisant les MT, avec un contrôle gouvernemental minime. La troisième compare l'efficacité de différents capteurs satellitaires à résolutions variées (Landsat TM, IRS, SPOT4) et diverses techniques de traitement d'image (composition colorée, fusion, analyse en composantes principales ACP, vision stéréoscopique) pour la détection visuelle des mouvements de terrain classés en glissements, éboulements de blocs rocheux et de débris, et coulées de boue. Les résultats ont été validés sur le terrain et en analysant des images IKONOS (1 m) acquises en certaines localités menacées par des MT sur de longues périodes. Ensuite, les niveaux de précision de la détection des MT à partir des images satellitaires ont été calculés. Cette étude a montré que l'anaglyphe produit à partir des images panchromatiques stéréo SPOT4 reste l'outil le plus efficace grâce aux caractéristiques 3D jouant un rôle essentiel dans l'interprétation visuelle et montrant un niveau de précision (pourcentage des MT détectés et vérifiés sur le terrain) maximal de 69 %. De plus, l'image de fusion Landsat TM-IRS, calculée par ACP, fournit des résultats de détection des MT meilleurs que les autres techniques, avec un niveau de précision de 62 %. Les erreurs d'interprétation fluctuent non seulement en fonction de la technique de traitement utilisée, mais aussi en fonction des types de MT. Elles sont minimes quand l'anaglyphe (3D) SPOT4 est pris en considération, variant de 31 % (glissements), 36 % (éboulements de blocs rocheux et de débris) à 46 % dans le cas des coulées de boue. La quatrième partie explore les relations entre l'occurrence de MT et les paramètres du terrain. Ces paramètres sont: 1- les facteurs de prédisposition, comme l'altitude, la pente en gradient, l'aspect de pente, la courbure de pente, la lithologie, la proximité aux failles, le type de karst, la distance aux carrières, le type de sol, la distance aux réseaux de drainage, la distance aux sources, l'occupation/utilisation du sol et la proximité aux routes, et 2- les facteurs déclenchants, comme la quantité de pluies, les événements sismiques, les inondations et les incendies de forêt, qui ont été corrélés avec les MT en utilisant les approches SIG. Cette étude montre, en se basant sur les corrélations statistiques bi-variées satellitaires et SIG (corrélation Kendal Tau-b), que la lithologie est ce qui influence le plus l'occurrence des MT, puisqu'elle a la corrélation la plus élevée avec les autres paramètres (7 fois corrélée à un niveau de signification de 1 %, et 3 fois à 5 %). Elle montre aussi que les corrélations statistiques entre ces paramètres et les mouvements de terrain existent suivant l'ordre d'importance décroissant suivant : type de sol/distance aux sources (agissant de manière similaire sur l'occurrence des MT), karst/distance aux carrières/occupation/utilisation du sol, proximité aux failles, gradient de pente/proximité aux routes/inondations, événements sismiques, altitude/aspect de pente/incendies de forêt. Ces corrélations sont vérifiées sur le terrain et expliquées en utilisant des corrélations statistiques uni-variées. Par conséquent, elles peuvent être extrapolées à d'autres pays méditerranéens caractérisés par des conditions géoenvironnementales similaires. La cinquième partie propose une méthode mathématique décisionnelle (méthode analytique bi-univariée d'évaluation ou "Valuing Analytical Bi-Univariate (VABU)") qui considère deux niveaux de pondération pour la cartographie de l'aléa/susceptibilité des MT (échelle 1/50000) dans la région d'étude. La fiabilité de cette méthode est examinée sur le terrain et en la comparant avec d'autres méthodes statistiques - Valuing accumulation Area (VAA) (un seul niveau d'évaluation) and Information Value (InfoVal) (nécessitant des mesures détaillées des MT). Trois cartes de susceptibilité sont dérivées en utilisant les facteurs conditionnant l'occurrence des MT, tandis que les cartes d'aléa sont produites à partir des facteurs déclenchants. Les valeurs de coïncidence de superposition des cartes de susceptibilité sont de 47,5 % (VABU/VAA), 54 % (VABU/InfoVal) et 38% (VAA/InfoVal), respectivement. L'accord entre les cartes d'aléas montre des valeurs proches de celles des cartes de susceptibilité, variant entre 36,5 % (VAA/InfoVal), 39 % (VABU/VAA), et 44 % (VABU/InfoVal). La validation sur le terrain indique que la précision totale des cartes de susceptibilité produites varie entre 52,5% (méthode VAA), 67,5% (méthode InfoVal) et 77,5% (méthode VABU). Cela démontre l'efficacité de notre méthode qui peut être adoptée pour une cartographie prédictive de l'aléa et de la susceptibilité des MT dans d'autres régions au Liban, et peut être aussi aisément extrapolée en utilisant les capacités fonctionnelles du SIG. La sixième partie prédit la distribution géographique et le volume des blocs rocheux (m3) dans la région d'étude en utilisant la modélisation suivant un arbre décisionnel. Une telle cartographie est indisponible au Liban, mais aussi dans d'autres pays qui portent plutôt leur effort sur la recherche des glissements plutôt que les autres types de MT. Plusieurs modèles d'arbres décisionnels ont été développés en utilisant, (1) tous les paramètres de terrain, (2) les paramètres topographiques uniquement, (3) les paramètres géologiques, et en adoptant plusieurs techniques de traitement. Le meilleur arbre de régression combine tous les paramètres et explique 80 % de la variabilité dans les mesures des blocs rocheux sur le terrain. Le modèle construit en utilisant les quatre paramètres géologiques (lithologie, type de sol, proximité aux failles et type de karst) parait aussi intéressant car il classe 68 % des blocs rocheux tout en se référant à un petit nombre de données d'entrée (4 paramètres). La carte produite de 'prédiction quantitative des blocs rocheux' à l'échelle du 1/50 000 apparait extrêmement utile pour la décision, aidant à l'adoption des mesures de conservation afin de réduire l'occurrence de movements nuisibles de blocs rocheux. La septième partie s'intéresse à la surveillance de l'activité des MT à travers l'intégration des données spatiales radar et des techniques GPS (Système de positionnement global). Les données radar ERS sont traitées en utilisant les techniques InSAR et des réflecteurs permanents. Cette analyse montre des difficultés pour la détection des MT. Cependant, elle est jusqu'à présent préliminaire, et un plan de travail futur prendra en considération d'autres traitements pour la détection des déplacements. D'un autre côté, une installation GPS a été effectuée dans la région de Hammana, un village libanais menacé par un grand glissement. Deux campagnes ont été rassemblées, mais les résultats manquent encore puisqu'il n'y a pas des données accumulées suffisantes. Plus d'observations sont nécessaires afin de construire une représentation compréhensive de la direction et de la vitesse du mouvement.

Le thème principal de cette thèse est d'étudier la détection d'anomalies dans des flux de données de grande dimension avec une application spécifique au \emph{Health Monitoring} des moteurs d'avion. Dans ce travail, on considère que le problème de la détection d'anomalies est un problème d'apprentissage non supervisée. Les données modernes, notamment celles issues de la surveillance des systèmes industriels sont souvent des flux d'observations de grande dimension, puisque plusieurs mesures sont prises à de hautes fréquences et à un horizon de temps qui peut être infini. De plus, les données peuvent contenir des anomalies (pannes) du système surveillé. La plupart des algorithmes existants ne peuvent pas traiter des données qui ont ces caractéristiques. Nous introduisons d'abord un algorithme de clustering probabiliste offline dans des sous-espaces pour des données de grande dimension qui repose sur l'algorithme d'espérance-maximisation (EM) et qui est, en plus, robuste aux anomalies grâce à la technique du trimming. Ensuite, nous nous intéressons à la question du clustering probabiliste online de flux de données de grande dimension en développant l'inférence online du modèle de mélange d'analyse en composantes principales probabiliste. Pour les deux méthodes proposées, nous montrons leur efficacité sur des données simulées et réelles, issues par exemple des moteurs d'avion. Enfin, nous développons une application intégrée pour le Health Monitoring des moteurs d'avion dans le but de détecter des anomalies de façon dynamique. Le système proposé introduit des techniques originales de détection et de visualisation d'anomalies reposant sur les cartes auto-organisatrices. Des résultats de détection sont présentés et la question de l'identification des anomalies est aussi discutée.

Le vieillissement de la population et la gérontocroisssance sont ancrés sur le territoire national. A Paris, le vieillissement démographique est moins prononcé, mais il s'accompagne d'une augmentation régulière des 85 ans et plus. Cette évolution démographique fait apparaître d'une part l'augmentation de l'espérance de vie en bonne santé et de l'autre, l'augmentation du nombre de personnes dépendantes avec des enjeux politiques, économiques, sociaux, sanitaires et sociétaux. Le vieillissement en bonne santé est au coeur des politiques publiques pour prévenir la perte d'autonomie. Avec l'avancée en âge, le maintien de la mobilité et des sociabilités est essentiel pour conserver son autonomie et son appropriation du territoire de vie. Les trois quarts des 75 ans et plus sont valides, autonomes, et font le choix de rester le plus longtemps possible à leur domicile. Ce constat est essentiel pour mener à bien une politique territoriale du " bien vieillir " et assurer à tous une qualité de vie. L'étude menée dans le 14ème arrondissement à Paris met en relation les pratiques spatiales des 75 ans et plus, leur perception de l'espace et leur représentation du territoire sous la forme de cartes mentales. Elle souligne les disparités socio-spatiales entre les aînés, l'accentuation des besoins lors du rétrécissement de l'espace au grand âge et les dysfonctionnements territoriaux contribuant à l'isolement socio-spatial des personnes âgées. Ce diagnostic à échelle locale identifie des besoins dont les réponses concernent l'ensemble des acteurs du vieillissement du quartier, de l'arrondissement, de la ville et de l'Etat

Une carte topologique 3D est un modèle servant à représenter la partition en régions d'une image 3D pour le traitement d'images. Dans ce travail, nous développons des outils permettant de modifier la partition représentée par une carte topologique, puis nous utilisons ces outils afin de proposer des algorithmes de segmentation intégrant des critères topologiques. Dans une première partie, nous proposons trois opérations. La fusion de régions est définie avec une approche locale adaptée à une utilisation interactive et une approche globale pour une utilisation automatisée comme lors d'une segmentation. La division de régions est proposée avec une méthode d'éclatement en voxels et la division à l'aide d'un guide. Enfin, la déformation de la partition est basée sur la définition de points ML-Simples : des voxels pouvant changer de région sans modifier la topologie de la partition. À l'aide de ces opérations, nous mettons en œuvre dans une seconde partie des algorithmes de segmentation d'images utilisant les cartes topologiques. Notre première approche adapte au modèle des cartes topologiques un algorithme existant qui utilise un critère basé sur la notion de contraste. Nous proposons ensuite des méthodes de calcul d'invariants topologiques sur les régions : les nombres de Betti. Grâce à eux, nous développons un critère topologique de segmentation permettant de contrôler le nombre de tunnels et de cavités des régions. Enfin, nous illustrons les possibilités de tous nos outils en mettant en place une chaîne de traitement pour la segmentation de tumeurs cérébrales dans des images médicales.