Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse sur travaux vise à rassembler et unifier les travaux réalisés sur le sujet des évènements météo-océaniques extrêmes depuis 2009, dans le cadre de mon travail à SOGREAH, devenu depuis ARTELIA. À mesure que progressaient ces travaux, un thème central a progressivement apparu : la notion d'évènement, tel qu'une tempête. Ce concept fournit un cadre robuste et pertinent, en particulier dans le cas des extrêmes multivariés (par exemple, la probabilité d'occurrence conjointe des vagues et des niveaux marins), ainsi qu'une meilleure compréhension de la notion de période de retour, très utilisée dans le domaine de l'ingénierie.Les principaux résultats des travaux réalisés au cours de la décennie écoulée sont les suivants :- mise à jour de la méthodologie de détermination des houles ou vents extrêmes :- développement et justification d'un cadre en deux étapes pour la modélisation sup-seuil des extrêmes univariés (méthode du renouvellement), introduisant la notion d'évènement et la séparation des seuils physique et statistique,- proposition d'outils pratiques pour le choix du seuil statistique,- introduction de la méthode du bootstrap paramétrique pour le calcul des intervalles de confiance,- identification d'un comportement problématique de l'Estimateur du Maximum de Vraisemblance et proposition d'une solution : utilisation de distributions à trois paramètres avec l'estimateur des L-moments,- application du cadre POT (Peaks-Over-Threshold) à la Méthode des Probabilités Jointes (JPM) pour la détermination des niveaux marins extrêmes :- distinction entre les valeurs séquentielles et les pics des évènements à l'aide d'indices extrémaux pour les surcotes et les niveaux marins,- construction d'un modèle mixte pour la distribution des surcotes,- raffinements pour le traitement de la dépendance marée-surcote,- application du cadre POT-JPM pour l'analyse conjointe des hauteurs de vagues et des niveaux marins :- proposition d'une procédure alternative d'échantillonnage,- analyse séparée de la marée et de la surcote dans le but de modéliser la dépendance entre la hauteur de vagues et la surcote ; avec incorporation dans la distribution conjointe de la hauteur de vagues et du niveau marin à l'aide d'une opération de convolution 2D1D,- utilisation de copules des valeurs extrêmes,- présentation améliorée du chi-plot,- introduction d'une nouvelle classification pour les analyses multivariées :- Type A : un phénomène unique décrit par différentes grandeurs physiques qui ne sont pas du même type,- Type B : un phénomène fait de différentes composantes, décrits par des grandeurs physiques du même type d'un composant à l'autre,- Type C : plusieurs phénomènes décrits par des grandeurs physiques qui ne sont pas du même type,- interprétation de la signification des évènements multivariés :- lien avec l'échantillonnage,- lien avec les différentes définitions de la période de retour,- dans le cas bivarié : transformation d'une distribution conjointe de variables descriptives de l'évènement vers la distribution des couples de variables séquentielles,- génération de graphes de srotie alternatifs tels que les contours d'iso-densité pour les couples de variables séquentielles,- un package R dédié, artextreme, pour l'implémentation des méthodes ci-dessus / This PhD on published works aims at unifying the works carried out on the topic of extreme metocean events since 2009, while working for SOGREAH then ARTELIA.As these works went along, a leading theme progressively appeared: the notion of event, such as a storm. This concept provides a sound and relevant framework in particular in the case of multivariate extremes (such as joint probabilities of waves and sea levels), as well as a better understanding of the notion of return period, much used for design in the field of engineering.The main results of the works carried out in the last decade are as follows:- updating of the methodology for determining extreme wave heights or wind speeds:- development and justification of a two-step framework for extreme univariate over-threshold modelling introducing the concept of event and the separation of the physical and statistical thresholds,- proposal of practical tools for choosing the statistical threshold,- introduction of the parametric bootstrap approach for computing confidence intervals,- identification of a problematic issue in the behaviour of the Maximum Likelihood Estimator and proposal of a solution: use of 3-parameter distributions along with the L-moments estimator,- application of the POT framework to the Joint Probability Method for determining extreme sea levels:- distinction between sequential values and event peaks through extremal indexes for surge and sea level,- construction of a mixture model for the surge distribution,- refinements for handling tide-surge dependence,- application of the POT-JPM framework for the joint analysis of wave height and sea level:- proposal of an alternative sampling procedure,- separate analysis of tide and surge in order to model the dependence between wave height and surge to be incorporated in the joint distribution of wave height and sea level thanks to a 2D1D convolution operation,- use of extreme-value copulas,- improved presentation of the chi-plot,- introduction of a new classification for multivariate analyses:- Type A: a single phenomenon described by different physical quantities that are not of the same kind,- Type B: a phenomenon made of different components, described by physical quantities of the same kind between one component and another,- Type C: several phenomena described by physical quantities that are not of the same kind,- interpretation of the meaning of multivariate events:- link with the sampling procedure,- link with the different definitions of the return period,- in the bivariate case: transformation of the joint distribution of event-describing variables into the joint distribution of sequential pairs,- generation of alternative output plots such as contours of density for sequential pairs;- a dedicated R package, artextreme, for implementing the methodologies presented above

La question du juste prix des biens et services sans référent de marché (en situation non concurrentielle et pour lesquels il n'existe pas de prix de marché) se pose de manière cruciale très tôt dans le processus de développement de l'offre. L'objectif général de notre recherche fut d'essence méthodologique : comparer deux outils d'estimation du consentement à payer du consommateur, l'évaluation contingente et l'analyse des mesures conjointes respectivement développées en économie et en marketing, au regard de critères scientifiques mais également d'éléments pratiques. Après une revue de la littérature de ces deux disciplines, nous avons décrit les similarités que présentent les biens sans référent de marché commerciaux et publics. Puis nous avons souligné les divergences existant entre les deux disciplines quant à l'analyse du processus de décision du consommateur et du rôle du prix en son sein. Cette revue nous a cependant permis de rapprocher le consentement à payer, seul concept de prix mesurable pour un bien sans référent de marché, de l'acceptabilité intentionnelle du prix. La nécessaire mesure de ce concept a alors rapidement mené à la sélection de l'évaluation contingente et de l'analyse des mesures conjointes dans les « boîtes à outils » économique et marketing. La seconde partie de notre travail fut consacrée à comparer ces deux méthodes, tant sur le plan méthodologique que pratique. Deux études empiriques utilisant diverses variantes des méthodes ont été menées, l'une à un stade très peu avancé du développement d'un concept multiservices innovant et l'autre à un stade plus avancé. Nous avons conclu à deux types de complémentarité entre les méthodes : d'une part, une complémentarité séquentielle (l'évaluation contingente servant de méthode exploratoire du consentement à payer très en amont dans le processus de développement et servant de base à la conception d'une analyse des mesures conjointes menée ultérieurement), d'autre part, une complémentarité simultanée lorsque le développement est plus avancé (l'analyse des mesures conjointes permettant de fixer le prix d'une gamme de produits ou de services et l'évaluation contingente aidant à une segmentation de la demande en fonction de sa sensibilité au prix). Enfin des recommandations à l'intention d'utilisateurs potentiels et des voies de recherche ont été soulignées.

Cette thèse propose d'examiner des situations d'enseignement et d'apprentissage autour de la circulation du sang au cycle 3 de l'école élémentaire française de façon à en inférer des éléments susceptibles de les déterminer. Les analyses didactiques sont menées dans le cadre de la Théorie de l'Action Conjointe en Didactique (Sensevy et Mercier, 2007) qui modélise l'action humaine en situation didactique comme une série de jeux d'apprentissage. Il s'agit de comprendre quelques uns des déterminants de ces jeux : le rapport aux objets de savoir du professeur, son épistémologie pratique et son activité adressée. La recherche propose de poursuivre l'exploration des déterminants du côté des élèves en examinant leur rapport aux objets de savoir et leur rapport à l'apprendre (Charlot, 1997). Pour cela, on procède à l'analyse ascendante de pratiques conjointes dans trois classes de CM2 dans lesquelles évoluent trois professeurs de formation initiale contrastée : un ayant une formation en psychologie, un de formation littéraire et un ayant une formation de biologiste. Les résultats obtenus montrent une grande complexité dans les déterminants professoraux due à l'imbrication de blocs de déterminants qui laissent plus ou moins de place, selon les classes, à l'expression et la prise en compte des rapports aux objets de savoir des élèves. L'influence de ces derniers sur l'action conjointe par leur rapport aux objets de savoir est variable selon leur rapport à l'apprendre. Ces éléments apportant une meilleure compréhension des pratiques de classe peuvent fournir des pistes pour la formation des enseignants et des points d'appui pour l'évolution des pratiques enseignantes.

Cette thèse propose d’examiner des situations d’enseignement et d’apprentissage autour de la circulation du sang au cycle 3 de l’école élémentaire française de façon à en inférer des éléments susceptibles de les déterminer. Les analyses didactiques sont menées dans le cadre de la Théorie de l’Action Conjointe en Didactique (Sensevy et Mercier, 2007) qui modélise l’action humaine en situation didactique comme une série de jeux d’apprentissage. Il s’agit de comprendre quelques uns des déterminants de ces jeux : le rapport aux objets de savoir du professeur, son épistémologie pratique et son activité adressée. La recherche propose de poursuivre l’exploration des déterminants du côté des élèves en examinant leur rapport aux objets de savoir et leur rapport à l’apprendre (Charlot, 1997). Pour cela, on procède à l’analyse ascendante de pratiques conjointes dans trois classes de CM2 dans lesquelles évoluent trois professeurs de formation initiale contrastée : un ayant une formation en psychologie, un de formation littéraire et un ayant une formation de biologiste. Les résultats obtenus montrent une grande complexité dans les déterminants professoraux due à l’imbrication de blocs de déterminants qui laissent plus ou moins de place, selon les classes, à l’expression et la prise en compte des rapports aux objets de savoir des élèves. L’influence de ces derniers sur l’action conjointe par leur rapport aux objets de savoir est variable selon leur rapport à l’apprendre. Ces éléments apportant une meilleure compréhension des pratiques de classe peuvent fournir des pistes pour la formation des enseignants et des points d’appui pour l’évolution des pratiques enseignantes. / This essay try to examin teaching and learning situations around circulatory system in primary french school (level 6) with the purpose to infer factors which could give determination of them. We do didactic analysis in Joint Action Didactic Theory (Sensevy and Mercier, 2007) who modelise human action in didactic situation like a set learning games. We have to understand some of games déterminants : teacher relationship to knowledge, practic epistemology and adressed activity. The research offer to continue student determinants exploration inspecting student relationship to knowledge and student knowlegde approach (Charlot, 1997). For that, we do bottom up analysis of joint practices in three clasrooms (CM2) with three teachers of contrasted initial background : a psychology background, a litterary and a scientific bakground.Results show a very important complexity of teacher determinants on account of very closely interlinked bundle of determinants who let more or less space in the classrooms for expression and taking into consideration students relationship to knowledge. Student impact on joint action by relationship to knowledge varies among knowledge approach. Those elements can give a better understanding of classroom practices and suggested some indications for training teachers and to focus on teacher practices evolution.

De nombreux travaux se sont intéressés aux facteurs sociaux et scolaires du décrochage situés au niveau de l’école élémentaire ou du début du collège (e.g., difficultés scolaires liées à une origine sociale défavorisée). En complément, un besoin de recherche existe pour mieux comprendre le décrochage au lycée et le « processus de stress » qui le sous-tend (Dupéré et al., 2015). Les travaux de cette thèse visent à combler ce besoin en analysant les données administratives et auto-rapportées portant sur des lycéens des filières professionnelles et générales ou technologiques suivis pendant trois ans à partir de la classe de 2nde (N > 1900, dont 17% de décrocheurs). Premièrement, nos analyses multiniveaux montrent que, à caractéristiques comparables en termes d’origine sociale et de parcours scolaire en amont du lycée, le processus de stress au début du lycée augmente le risque de décrochage scolaire en diminuant les perceptions de justice scolaire, de contrôle sur la scolarité et de soutien enseignant (i.e., ressources et besoins protecteurs face au stress), ainsi que l’engagement et les résultats scolaires (i.e., facteurs proximaux du stress). Deuxièmement, quel que soit le parcours de vie de l’élève, le fait d’intégrer une spécialité de formation offrant des perspectives d’emploi plus défavorables facilite le décrochage. De même, intégrer une spécialité moins prestigieuse augmente le risque de décrocher, mais uniquement chez les élèves qui perçoivent peu de contrôle ou de justice au lycée. Troisièmement, des analyses de trajectoires scolaires indiquent l’existence de 4 profils de décrocheurs qui se distinguent aussi bien au niveau de leur parcours de vie que de leur processus de stress. La majorité d’entre eux (60%) présentent des profils d’élèves « dans la norme » au cours du lycée et s’avèrent surreprésentés dans les filières plus défavorisées. Globalement, ces résultats suggèrent que le décrochage au lycée n’est pas réductible aux facteurs de risque précoces mis en avant dans la littérature, mais qu’il tient aussi à l’existence de formations peu porteuses en termes d’emploi et au processus de stress qui résulte, pour certains élèves, de la relégation socio-scolaire. Des implications sont tirées concernant la manière de concevoir et de lutter contre le décrochage dans une approche combinant ces dimensions (i.e., l’orientation scolaire et le développement individuel). / A number of studies have delved into the social or school factors of dropping out rooted in the contexts of elementary or middle school (e.g., school difficulties associated with a low socioeconomic background). As a complement, more research is needed to better understand dropping out during high school and its underlying « stress process » (Dupéré et al., 2015). The present thesis responds to this need by analysing administrative and self-reported data from vocational and academic students followed during three years starting at the first year of high school (N > 1900, including 17% dropouts). Firstly, our multilevel analyses show that, regardless of students’ social and school background before high school, the stress process at the beginning of high school increases the odds of dropping out by diminishing perceptions of school justice and control and teacher support (i.e., resources and needs that protect against stress) as well as school engagement and grades (i.e., proximal factors of stress). Secondly, regardless of students’ background, being admitted into a vocational track that offers poorer employment prospects facilitates dropping out. Likewise, entering a less prestigious track contributes to dropout, but only among students who feel little control or justice in the high school context. Thirdly, analyses of school trajectories point to the existence of 4 dropout profiles that can be differentiated according to their life course and stress process. Most dropouts (60%) show “normative” student profiles during high school and are overrepresented in the most unfavourable tracks. Overall, these results suggest that high school dropout cannot be reduced to the early risk factors that are highlighted in the literature, but that it is also due to the existence of tracks that show little promise for future employment and to the stress process that results, for some students, from school and social relegation. Implications are drawn regarding the way dropping out can be conceived of and tackled from an approach that combines these dimensions (i.e., school tracking and individual development).

Dans cette thèse, nous nous intéressons au système d’identification automatique spatial lequel est dédié à la surveillancemaritime par satellite. Ce système couvre une zone bien plus large que le système standard à terre correspondant àplusieurs cellules traditionnelles ce qui peut entraîner des risques de collision des données envoyées par des navireslocalisés dans des cellules différentes et reçues au niveau de l’antenne du satellite. Nous présentons différentes approchesafin de répondre au problème de collision considéré. Elles ne reposent pas toujours sur les mêmes hypothèses en ce quiconcerne les signaux reçus, et ne s’appliquent donc pas toutes dans les mêmes contextes (nombre de capteurs utilisés,mode semi-supervisé avec utilisation de trames d’apprentissage et information a priori ou mode aveugle, problèmes liés àla synchronisation des signaux, etc...).Dans un premier temps, nous proposons des méthodes permettant la séparation/dé-collision des messages en modèle surdéterminé(plus de capteurs que de messages). Elles sont fondées sur des algorithmes de décompositions matriciellesconjointes combinés à des détecteurs de points temps-fréquence (retard-fréquence Doppler) particuliers permettant laconstruction d’ensembles de matrices devant être (bloc) ou zéro (bloc) diagonalisées conjointement. En ce qui concerneles algorithmes de décompositions matricielles conjointes, nous proposons quatre nouveaux algorithmes de blocdiagonalisation conjointe (de même que leur version à pas optimal) fondés respectivement sur des algorithmesd’optimisation de type gradient conjugué, gradient conjugué pré-conditionné, Levenberg-Marquardt et Quasi-Newton. Lecalcul exact du gradient matriciel complexe et des matrices Hessiennes complexes est mené. Nous introduisonségalement un nouveau problème dénommé zéro-bloc diagonalisation conjointe non-unitaire lequel généralise le problèmedésormais classique de la zéro-diagonalisation conjointe non-unitaire. Il implique le choix d’une fonction de coût adaptéeet à nouveau le calcul de quantités telles que gradient matriciel complexe et les matrices Hessiennes complexes. Nousproposons ensuite trois nouveaux algorithmes à pas optimal fondés sur des algorithmes d’optimisation de type gradientconjugué, gradient conjugué pré-conditionné et Levenberg-Marquardt.Finalement, nous terminons par des approches à base de techniques de détection multi-utilisateurs conjointe susceptiblesde fonctionner en contexte sous-déterminé dans lequel nous ne disposons plus que d’un seul capteur recevantsimultanément plusieurs signaux sources. Nous commençons par développer une première approche par déflationconsistant à supprimer successivement les interférences. Nous proposons ensuite un deuxième mode opératoire fondéquant à lui sur l’estimateur du maximum de vraisemblance conjoint qui est une variante de l’algorithme de VITERBI. / This PHD thesis concerns the spatial automatic identification system dedicated to marine surveillance by satellite. Thissystem covers a larger area than the traditional system corresponding to several satellite cells. In such a system, there arerisks of collision of the messages sent by vessels located in different cells and received at the antenna of the samesatellite. We present different approaches to address the considered problem. They are not always based on the sameassumptions regarding the received signals and are not all applied in the same contexts (they depend on the number ofused sensors, semi-supervised mode with use of training sequences and a priori information versus blind mode, problemswith synchronization of signals, etc.). Firstly, we develop several approaches for the source separation/de-collision in theover-determined case (more sensors than messages) using joint matrix decomposition algorithms combined withdetectors of particular time-frequency (delay-Doppler frequency) points to build matrix sets to be joint (block) or zero(block) diagonalized. Concerning joint matrix decomposition algorithms, four new joint block-diagonalization algorithms(with optimal step-size) are introduced based respectively on conjugate gradient, preconditioned conjugate gradient,Levenberg-Marquardt and Quasi-Newton optimization schemes. Secondly, a new problem called non-unitary joint zeroblockdiagonalization is introduced. It encompasses the classical joint zero diagonalization problem. It involves thechoice of a well-chosen cost function and the calculation of quantities such as the complex gradient matrix and thecomplex Hessian matrices. We have therefore proposed three new algorithms (and their optimal step-size version) basedrespectively on conjugate gradient, preconditioned conjugate gradient and Levenberg-Marquardt optimization schemes.Finally, we suggest other approaches based on multi-user joint detection techniques in an underdetermined context wherewe have only one sensor receiving simultaneously several signals. First, we have developed an approach by deflationbased on a successive interferences cancelation technique. Then, we have proposed a second method based on the jointmaximum likelihood sequence estimator which is a variant of the VITERBI algorithm.

Une image hyperspectrale est un cube de données 3D dont chaque pixel fournit des informations spectrales locales sur un grand nombre de bandes contiguës sur une scène d'intérêt. Les images observées peuvent subir une dégradation due à l'instrument de mesure, avec pour conséquence l'apparition d'un flou sur les images qui se modélise par une opération de convolution. La déconvolution d'image hyperspectrale (HID) consiste à enlever le flou pour améliorer au mieux la résolution spatiale des images. Un critère de HID du type Tikhonov avec contrainte de non-négativité est proposé dans la thèse de Simon Henrot. Cette méthode considère les termes de régularisations spatiale et spectrale dont la force est contrôlée par deux paramètres de régularisation. La première partie de cette thèse propose le critère de courbure maximale MCC et le critère de distance minimum MDC pour estimer automatiquement ces paramètres de régularisation en formulant le problème de déconvolution comme un problème d'optimisation multi-objectif. La seconde partie de cette thèse propose l'algorithme de LMS avec un bloc lisant régularisé (SBR-LMS) pour la déconvolution en ligne des images hyperspectrales fournies par les systèmes de whiskbroom et pushbroom. L'algorithme proposé prend en compte la non-causalité du noyau de convolution et inclut des termes de régularisation non quadratiques tout en maintenant une complexité linéaire compatible avec le traitement en temps réel dans les applications industrielles. La troisième partie de cette thèse propose des méthodes de séparation-déconvolution conjointes basés sur le critère de Tikhonov en contextes hors-ligne ou en-ligne. L'ajout d'une contrainte de non-négativité permet d’améliorer leurs performances / A hyperspectral image is a 3D data cube in which every pixel provides local spectral information about a scene of interest across a large number of contiguous bands. The observed images may suffer from degradation due to the measuring device, resulting in a convolution or blurring of the images. Hyperspectral image deconvolution (HID) consists in removing the blurring to improve the spatial resolution of images at best. A Tikhonov-like HID criterion with non-negativity constraint is considered here. This method considers separable spatial and spectral regularization terms whose strength are controlled by two regularization parameters. First part of this thesis proposes the maximum curvature criterion MCC and the minimum distance criterion MDC to automatically estimate these regularization parameters by formulating the deconvolution problem as a multi-objective optimization problem. The second part of this thesis proposes the sliding block regularized (SBR-LMS) algorithm for the online deconvolution of hypserspectral images as provided by whiskbroom and pushbroom scanning systems. The proposed algorithm accounts for the convolution kernel non-causality and including non-quadratic regularization terms while maintaining a linear complexity compatible with real-time processing in industrial applications. The third part of this thesis proposes joint unmixing-deconvolution methods based on the Tikhonov criterion in both offline and online contexts. The non-negativity constraint is added to improve their performances

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