Au sein du système complexe que constitue le climat, l'océan joue un rôle primordial. D'une part, il enregistre et intègre les effets du changement climatique; d'autre part, les échelles de temps de ses variations naturelles, et notamment son inertie thermique environ mille fois supérieure à celle de l'atmosphère, en font un acteur important susceptible de moduler les effets futurs du changement climatique. Cette thèse se propose de mettre en évidence des signatures du changement climatique d'origine anthropique dans l'océan. Pour cela, nous étudions les évolutions observées de la température océanique de sub-surface et de la salinité océanique de surface, au cours des trente à cinquante dernières années. Des méthodes statistiques de détection de la réponse au forçage anthropique sont utilisées pour déterminer si une influence humaine peut être détectée dans les changements récents observés.

Valoriser l'expérience des agriculteurs, pour développer une agriculture " écologiquement intensive ", constitue un changement de paradigme dans le régime de production de connaissances en agronomie, qui invite à s'interroger sur les dynamiques d'apprentissage des agriculteurs. En se fondant sur des entretiens auprès de vingt céréaliers, qui ont réduit l'usage des pesticides et engrais azotés au cours de leur carrière professionnelle, cette thèse apporte des résultats sur la diversité des trajectoires de changement dans le territoire, les façons d'apprendre au cours de ces trajectoires, et sur les dynamiques de connaissances. Notre démarche méthodologique, étayée par des emprunts à la didactique professionnelle, nous permet d'analyser les trajectoires selon des enchaînements de phases de cohérence agronomique, d'identifier des pratiques-clefs de transition, de caractériser des styles d'apprentissage selon les modes de mobilisation d'autrui, de l'expérience et de référentiels d'évaluation. Le contenu des apprentissages est abordé grâce à une analyse des jugements pragmatiques qui s'avèrent partiellement différents selon les trajectoires suivies. Sur le plan agronomique, nos résultats ouvrent des perspectives pour traiter de la dynamique des changements techniques au sein de l'exploitation, élaborer des démarches de diagnostic territorial et des dispositifs de conception/évaluation. L'identification de styles d'apprentissage constitue une perspective intéressante pour traiter des apprentissages en situation de travail. Enfin, sur le plan opérationnel, ce travail offre des outils pour structurer un travail d'accompagnement des agriculteurs vers des systèmes de culture innovants.

L'analyse de la structure et du mouvement permet d'estimer la forme d'objets 3D et la position de la caméra à partir de photos ou de vidéos. Le plus souvent, elle est réalisée au moyen des étapes suivantes : 1) L'extraction de points d'intérêt, 2) La mise en correspondance des points d'intérêt entre les images à l'aide de descripteurs photométriques des voisinages de point, 3) Le filtrage des appariements produits à l'étape précédente afin de ne conserver que ceux compatibles avec une contrainte géométrique fixée, dont on peut alors calculer les paramètres. Cependant, la ressemblance photométrique seule utilisée en deuxième étape ne suffit pas quand plusieurs points ont la même apparence. Ensuite, la dernière étape est effectuée par un algorithme de filtrage robuste, Ransac, qui nécessite de fixer des seuils, ce qui se révèle être une opération délicate. Le point de départ de ce travail est l'approche A Contrario Ransac de Moisan et Stival, qui permet de s'abstraire des seuils. Ensuite, notre première contribution a consisté en l'élaboration d'un modèle a contrario qui réalise la mise en correspondance à l'aide de critères photométrique et géométrique, ainsi que le filtrage robuste en une seule étape. Cette méthode permet de mettre en correspondance des scènes contenant des motifs répétés, ce qui n'est pas possible par l'approche habituelle. Notre seconde contribution étend ce résultat aux forts changements de point de vue, en améliorant la méthode ASift de Morel et Yu. Elle permet d'obtenir des correspondances plus nombreuses et plus densément réparties, dans des scènes difficiles contenant des motifs répétés observés sous des angles très différents.

Lors d'une catastrophe majeure, il est nécessaire de connaître rapidement l'importance des dégâts sur les bâtiments. Actuellement, cette quantification de dégâts se fait manuellement par comparaison visuelle d'images satellite. Les méthodes automatiques sont immatures ; leurs performances étant rarement évaluées, elles ne sont pas utilisées par les opérationnels. Nous proposons un protocole standard d'évaluation des performances de méthodes de quantification de dégâts. Il s'appuie sur des bases de données de référence obtenues pour cinq cas de catastrophes variées. Celles-ci contiennent pour chaque bâtiment l'emprise de son toit dans chaque image, ainsi qu'un degré de dégâts. Le protocole permet de quantifier les performances d'une méthode et de confronter ses résultats à d'autres. Disposant de ce protocole d'évaluation, nous proposons une méthode de quantification de dégâts à partir d'un couple d'images satellites panchromatiques de très haute résolution (THR) spatiale et d'un ensemble d'objets d'intérêt définis dans l'image de référence. La méthode développée doit pouvoir conduire à des résultats satisfaisants et reproductibles en utilisant des images de modalités différentes, et être automatisée au mieux. Les dégâts sur les bâtiments sont quantifiés par l'amplitude des changements sur leurs toits. Pour comparer ces derniers, ils doivent être alignés. Le recalage géométrique des données THR est un problème complexe non résolu ; une nouvelle méthode adaptée à notre problème est développée et évaluée. Elle aboutit à des résultats généralement satisfaisants pour notre application. Des indices de changements sont ensuite extraits. Deux coefficients de corrélation et des indices de texture obtenus par filtrage sont extraits, et un degré de dégâts est attribué à chacun des bâtiments par classification supervisée. L'impact des différences de modalité des images sur les performances de notre méthode est évalué. La méthode proposée est rapide, en grande partie généralisable et robuste à l'utilisation d'images THR de différentes résolutions ou issues de couples multicapteurs ; le paramètre influant est le B/H du couple.

Le problème abordé ici concerne l'indexation de données multimédia par la recherche d'extraits pertinents. Nos travaux se focalisent sur l'analyse de séquences vidéo afin d'y détecter des événements prédéfinis. La recherche de ces événements étant contextuelle, nous proposons une architecture et des outils génériques et rapides pour la mise en oeuvre de systèmes d'indexation spécifiques. Nous insistons notamment sur les problèmes suivants : la segmentation temporelle des données, la séparation du fond et des objets, la structuration du fond, le suivi des objets (rigides ou non, avec ou sans apprentissage) et l'analyse des données audio. Afin de résoudre ces différents problèmes, les outils génériques que nous proposons sont basés sur des analyses semi-locales, des approches multirésolution, des modèles de Markov cachées et la méthode des contours actifs. L'architecture et les outils introduits ici ont été validés au travers de plusieurs applications.

La neige est un milieu familier et extrêmement complexe. La métamorphose des grains de neige fait évoluer fortement ses propriétés thermiques et mécaniques. A plus grande échelle, elle est un facteur important du climat (fort albédo, isolant thermique, réserve d'eau temporaire), elle modifie le cycle hydrologique. En région de montagne son évolution est responsable du déclenchement des avalanches. Elle influence aussi la répartition de la faune et de la flore en montagne. Le tourisme hivernal dans ces mêmes zones en dépend.<br /><br />Les travaux présentés ici, effectués principalement au Centre d'études de la neige à Grenoble, peuvent être divisés en trois parties. La première partie a eu pour objet la validation et l'utilisation du modèle de neige détaillé CROCUS pour des applications variées. Il s'agissait tout d'abord de valider le modèle sur un site bien instrumenté (le laboratoire du Col de Porte). Le problème des flux turbulents a dû être traité pour trouver une paramétrisation adéquate. Grâce à la disponibilité de l'outil d'analyse météorologique SAFRAN, des validations du système couplé SAFRAN-CROCUS à l'échelle des Alpes et des Pyrénées ont été effectuées. La suite des travaux sur ce thème a porté sur la comparaison avec d'autres schémas de neige dans le cadre de comparaisons internationales (PILPS 2(d), GSWP, SnowMIP, ...).<br /><br />La deuxième partie est consacrée aux études dans le domaine du climat. Le fil conducteur de ce thème a été le lien entre le manteau neigeux et le climat. Il a été abordé tout d'abord sur les Alpes et les Pyrénées, avec des tests de sensibilité à des variations des paramètres météorologiques et le développement de techniques de régionalisation adaptées. Des applications à d'autres zones ont été réalisées, tout d'abord avec le couplage expérimental CROCUS-ARPEGE, et l'utilisation de CROCUS (en mode forcé) en conditions polaires.<br /><br />Le troisième axe des travaux a été constitué par les applications hydrologiques. Le cadrage général de ces travaux de recherche menée a été donné par le projet GEWEX-Rhône. La première action de recherche dans ce cadre a consisté en l'étude détaillée d'un petit bassin versant de haute-montagne, le bassin versant de Sarennes. Ce projet a permis une discussion sur le rôle de la neige dans les crues. Puis, dans le cadre du projet général GEWEX-Rhône, c'est la modélisation du manteau neigeux, la sensibilité à la résolution et l'impact hydrologique du changement climatique qui ont été abordés. On évoquera enfin les perspectives possibles de ces travaux, en particulier sur les applications à l'hydrologie et la prévision des débits sur les principales rivières françaises.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'analyse et au suivi temporel des surfaces continentales à partir de séquences d'images satellitaires. L'exploitation de données de différentes résolutions est alors cruciale pour bénéficier à la fois d'une bonne discrimination et d'une bonne localisation des objets d'intérêt. Dans ce contexte, nous proposons deux approches probabilistes pour la classification et la détection de changements capables d'accéder à une information sous-pixelique, avec très peu d'information a priori. La premire repose sur la définition d'une fonction d'énergie dans un cadre bayésien. Etant donné un nombre de classes, elle permet d'estimer la classification de manière non-supervisée en tant que minimum de cette fonction d'énergie, à travers un algorithme de recuit simulé. La seconde repose sur un modèle de détection a-contrario couplé à un algorithme stochastique d'échantillonnage aléatoire. Elle permet de détecter automatiquement les pixels de l'image qui représentent le plus vraisemblablement des changements. Une analyse théorique et expérimentale des méthodes proposées a permis d'en cerner les limites et, en particulier, de montrer leur capacité à traîter de forts rapports de résolution. Des cas réels d'applications sont présentés sur une scène agricole de la Plaine du Danube (base de donnes ADAM).

Une nouvelle interprétation structurale du synclinal de Permo-Carbonifère de Salvan-Dorénaz (massif des Aiguilles Rouges) révèle le rôle prépondérant joué par la déformation alpine dans le plissement du synclinal. L' évolution géologique comprend les stades suivants: a) Dès le Stéphanien A et jusqu'à une date incertaine (Stéphanien supérieur, Autunien (?)), des sédiments détritiques continentaux se déposent dans un fossé intramontagneux subsident orienté NNE - SSW. Des niveaux de coloration lie de vin définissent de longs cônes alluvionnaires imbriqués dans une série gréso-pélitique sombre contenant des horizons charbonneux et deux minces bancs de calcaires lacustres. b) De faibles déformations affectent le bassin alluvionnaire durant la phase "saaliennne- (permien); elles correspondent au réajustement d'un ensemble sédimentaire relativement plastique à des déformations cassantes du socle cristallin anté-stéphanien. L'arrêt de ces mouvements durant le Permien supérieur est suivi d'une pénéplanation du massif. Les couches du Permo-Carbonifère sont recoupées, avec une faible discordance angulaire, par les dépôts transgressifs du Trias supérieur. c) Les déformations alpines débutent durant l'Eocène supérieur; une première phase enregistre la formation des écailles parautochtones et le chevauchement de la nappe de Morcles. Le départ des écailles parautochtones semble lié à une déformation précoce du contact socle-couverture. d) Lors d'une deuxième phase, le socle pré-triasique du massif des Aiguilles Rouges se déforme à grande échelle et le Permo-Carbonifère, plus ductile, se plisse violemment (formation du synclinal de SaIvanDorénaz). Pour deux raisons, (a) la poursuite du mouvement de chevauchement Vers le NW de la nappe de Morcles, (b) les disharmonies qui apparaissent dans le Trias autochtone, le plissement du PermoCarbonifère n'affecte que faiblement le plan de chevauchement de la nappe de Morcles. Le degré du métamorphisme régional se situe à la limite anchizone-épizone.

Le présent travail a pour but de montrer les possibilités actuellement offertes par l'utilisation des isotopes stables de l'hydrogène et de l'oxygène pour résoudre les problèmes de la glace, à partir d'observations glaciologiques et d'analyses d'échantillons provenant de l'Antarctique. L'intérêt de ces isotopes tient au fait que les variations de leur concentration sont très grandes par rapport à la précision actuelle des déterminations effectuées en laboratoire. Leur teneur,largement influencée par les paramètres météorologjques et rnesurée sur des quantités de quelques cm3, sert donc de traceur dans l'étude de nombreux phénomènes.

Depuis une vingtaine d'années, la qualité de la prévision de la trajectoire des cyclones tropicaux a fortement progressé mais peu d'améliorations ont été apportées à la prévision de l'intensité. Cette thèse s'intéresse aux changements d'intensité des cyclones tropicaux du sud-ouest de l'océan Indien sous l'angle original de l'activité électrique. Une première étude climatologique s'appuyant sur les données du réseau de détection d'éclairs World Wide Lightning Location Network (WWLLN) a permis de valider la qualité de ces données et de montrer que les cyclones tropicaux pouvaient être une source importante de production d'éclairs à l'échelle du bassin. À partir de ce résultat, une étude ciblée a été menée en considérant la spécificité du bassin et trois régions ont été définies (océan ouvert, région à proximité de la côte est de Madagascar et Canal du Mozambique). L'activité électrique des cyclones tropicaux dépend de la région où ils se trouvent ainsi que de leur stade d'intensité. Les éclairs semblent être un marqueur des phases d'intensification et d'affaiblissement dans certains situations. La troisième étape de cette thèse a consisté à simuler de manière idéalisée un cyclone tropical mature et a tenté d'expliquer les processus physiques à l'origine de l'activité électrique. Le modèle reproduit bien le comportement sporadique des éclairs habituellement observé. Des bilans montrent que ce cyclone présente trois phases caractéristiques, chacune associée à un comportement dynamique, microphysique et électrique différent. Enfin, une deuxième étude purement numérique a tenté d'identifier des estimateurs de l'activité électrique. Pour celà deux approches ont été adoptées : une étude globale et une étude par cellule. Dans les deux cas, les meilleurs estimateurs sont la masse totale de graupel, le volume d'updraft et le produit des flux des masses de glace précipitante et non précipitante.