Today, most major cities and government agencies use GIS to manage emergency response systems like 911 and automated call dispatch systems. But during emergency crisis events like flash floods or earthquakes, the different local, regional and provincial crisis management authorities have difficulties exchanging and using basic spatial information describing the territory. This information is critical in maintaining public safety within the intervention areas. Many commercial solutions on the market today can be purchased and implemented but these are often costly and complicated to deploy. The objective of this research is to demonstrate that it is possible to conceive a geoportal composed of free OpenSource software using open standards with the goal to facilitate the collaboration of homeland security actors in Québec. The project also has the objective to demonstrate the portability and the ease of use of these Open systems on multiple types of computer platforms. The prototyping of the different solutions enabled us to test many innovative concepts and integrate a multitude of spatial thematic enabling a collaborative approach to crisis management. This was also done using open standards and OpenSource software. This research also helped demonstrate that the majority of geospatial information identified as necessary to manage an urban crisis existed but unavailable or not shared between homeland security stakeholders.

Le Maroc connaît une augmentation rapide de la population urbaine due à la croissance démographique, à l'exode rural et à plusieurs autres paramètres sociaux, économiques, etc. Cette urbanisation, qui introduit des phénomènes assez complexes, a généré une multitude de problèmes : transports, manque d'équipements sociaux, dégradation de l'environnement, gestion de l'espace urbain, etc. Les agences urbaines ont été créées pour maîtriser ce phénomène à travers l'établissement de documents d'urbanisme définissant les règles d'utilisation du sol et le contrôle des activités urbaines.L'agence urbaine traite quotidiennement une quantité importante de données géographiques. A cet effet, l'enjeu de la mise en place d'un Système d'Information Géographique est de taille. La présente étude consiste à dresser un constat de la gestion urbaine dans la ville de Mohammedia et à approfondir, tant sur les volets théorique que pratique, la mise en œuvre d'un SIG pour la gestion urbaine afin de gérer les équipements publics, les voiries et générer automatiquement des notes de renseignements au sein de l'agence urbaine. Comment restructurer les bases de données spatiales déjà existantes afin de lancer une application SIG pour rénover la gestion urbaine ?Les systèmes d'information géographique (SIG) se positionnent aujourd'hui comme un puissant outil d'aide à la décision, particulièrement pour ce qui concerne la gestion de l'espace. L'intégration de la dimension spatiale, grâce aux SIG, permet désormais de localiser l'information et d'organiser les données de façon plus conviviale / Morocco knows a rapid development of Urban Population due to population growth, rural exodus and several parameters (social, economic…). This urbanization involving complex phenomena has generated multitude of problems (notably the transportation problem, the lack of social equipments, the environment damage, the difficulty of Urban Management…). The Urban Agencies have been created to bring under control this phenomenon by establishing Urbanism Documents which define the land use laws, and by controlling the urban activities.The urban agency handles daily a large amount of geographical data. To this end, the issue of the establishment of a Geographic Information System is size. This study is to draw up a report on urban management in the city of Mohammedia and deepen both the theoretical aspects and practical implementation of a GIS for urban management to manage public facilities, roads and automatically generate notes intelligence within the urban agency. How to restructure databases already existing spatial data to launch a GIS application to renovate urban management?Geographic information systems (GIS) today positioned as a powerful tool for decision support, particularly with regard to the management of the space. The integration of the spatial dimension, using GIS, now can locate information and organize data in a more user-friendly.

Résumé : Depuis plusieurs années, la géomatique occupe une place de plus en plus importante dans la compréhension des phénomènes complexes ou la dimension spatiale est requise. De nombreuses données sont nécessaires pour faire l’étude de la distribution du Campylobacter dans l’environnement. La bactérie Campylobacter jejuni (CJ ) est un pathogène entérique responsable d'environ 300 0 cas de campylobacteriose humaine par année au Québec . Le principal moyen de transmission de C J serait la consommation ou la manipulation de volaille crue ou mal cuite ainsi que la consommation d'eau contaminée ou de produits laitiers non pasteurises. L'objectif principal du projet CampyloGIS est d'utiliser un système d'information géographique (SIG ) pour représenter spatialement les cas de campylobacteriose humaine acquis en Estrie en vue d'obtenir des informations d'aide à la décision dans la lutte contre la maladie. Les objectifs particuliers à la présente recherche sont de créer le modèle conceptuel du SIG. Le site d'étude choisi dans le cadre du projet CampyloGIS est la région de l’Estrie, au Québec. Le modèle conceptuel de l’annexe 1 a été construit à partir des hypothèses de recherche de CampyloGIS. II a permis de bien agencer les besoins thématiques en fonction des hypothèses de recherche de CampyloGIS. Donc, la construction du modèle conceptuel a permis de mieux cerner les différents thèmes inclus dans chaque hypothèse de recherche en plus de faciliter le travail d'identification des données nécessaires a chaque thème. Aussi, de par la hiérarchisation et les regroupements de concepts effectues dans le modèle conceptuel, une partie de la modélisation spatiale du SIG a été faite en amont du modèle logique. Par ce travail, les données nécessaires à la création du SIG ont pu être identifiées précisément regroupées en fonction des questions soulevées par le projet. Lors d'un stage sur le terrain au cours de l’hiver 2007 , nous avons observé que les sources potentielles de contamination des cours d'eau en Estrie par la bactérie C J étaient : l’activité agricole, les sorties d'égout en milieu fortement urbanise (Sherbrooke) , les fosses septiques et/ou champs d'épuration en milieu inondable ou près des cours d'eau ainsi que les rassemblements importants d'oiseaux situes près des points de collecte. // Abstract : Over recent years, geomatics has taken increasing importance place in the understanding of complex phenomena where a spatial dimension is requested. According to previous studies, the analysis of the distribution of campylobacter in the environment requires considerable data. Campylobacter jejuni (CJ) is an enteric pathogen that causes 3000 cases of human campylobacteriosis per year in Québec only. The main transmission mechanism for CJ is probably the consumption or the manipulation of raw or insufficently cooked poultry or the consumption of contamined water and unpasteurised dairy products. The main objective of the CampyloGIS project is to use a GIS to spatially represent human campylobacteriosis cases in the Eastern Townships area, to obtain information that will aid decision-making by Public Health authorities for disease control. The particular objectives of the present research are to create the conceptual model for the GIS. The study area chosen for the CampyloGIS project is the Eastern Townships area in Québec. The conceptual model presented in annex 1 has been built from the CampyloGIS research hypotheses. The conceptual model has allowed us to match the thematic needs according to the research hypotheses of CampyloGIS. Accordingly, the construction of the conceptual model has allowed us to better delineate the themes included in each of the research hypotheses and to facilitate data identification work for each theme. Thanks to the concept grouping and hierarchy established in the conceptual model, a part of the GIS spatial modelisation was already made possible by the logical model. From this work, the data needed for the creation of the GIS was precisely identified and grouped according to the questions the project wanted to answer. During field work done during the winter of 2007, it has been possible to observe that possible sources of river contamination by CJ included agricultural activities, sewers pipes in urban areas (Sherbrooke), septic pits in floodable areas or near rivers, and the gathering of numerous birds near the water collecting points.

Ce dossier d'Habilitation à Diriger des Recherches comprend trois volumes :<br /><br />- Un résumé du parcours scientifique, présenté sous la forme d'un rapport d'activité, incluant les actions d'enseignement et la liste des productions bibliographiques,<br />- Un recueil des publications les plus représentatives, présenté par thématique,<br />- Une synthèse concernant la contribution des SIG à la connaissance et à la gestion de l'environnement littoral. Les éléments présentés dans cette synthèse sont les suivants.<br /><br />En 1992, la seconde Conférence des Nations Unies pour l'Environnement et le Développement (CNUED, Rio) mettait l'accent sur la dimension planétaire de nombreux phénomènes écologiques et sur la nécessité d'en accroître la connaissance, d'améliorer la gestion des ressources et d'assurer la protection de l'environnement notamment contre les risques naturels et technologiques. Les zones côtières étaient alors reconnues comme des espaces extrêmement sensibles où les effets perturbateurs de l'homme sont parfois irréversibles, à l'image des pays en voie de développement où les littoraux subissent depuis quelques années un accroissement rapide de la population provoquant des mutations territoriales de grande ampleur. Cette conférence réaffirmait de ce fait l'intérêt du concept de « gestion intégrée des zones côtières » proposé au début des années 1970 par la Convention de Ramsar et l'US Coastal Zone Management Act, qui exprime le besoin d'agir collectivement sur les processus naturels et anthropiques susceptibles de menacer le maintien durable de la qualité de l'environnement et des activités qui s'y déroulent.<br />Mais comment gérer cet espace complexe sans une connaissance approfondie de son fonctionnement et de son évolution ? C'est à ce niveau que la contribution des scientifiques peut s'exprimer. En effet, le fonctionnement de la zone côtière repose sur une multitude de variables physiques, naturelles et socio-économiques en interaction, agissant sur une gamme scalaire et temporelle relativement large et dont la compréhension implique de multiples compétences scientifiques. Ce contexte pluridisciplinaire ne facilite pas la production d'une vision synthétique des processus, puisque les disciplines académiques fournissent souvent des points de vue différents d'une même réalité. De plus, il nécessite la mise en œuvre de méthodes et d'outils technologiques adaptés au stockage, à l'analyse et à la représentation de données de source et de nature diverses. L'ensemble de ces contraintes pourrait être en partie à l'origine de l'intérêt tardif de la communauté scientifique pour les zones côtières. En effet, il ne s'est développé qu'à partir des années 1980, comme l'atteste la mise en place de programmes et de réseaux de recherche nationaux et internationaux. Cependant, malgré des résultats scientifiques importants notamment sur l'approche théorique de la gestion de la zone côtière, la difficulté à développer l'ouverture pluridisciplinaire nécessaire persiste. La complexité des processus en cause, l'éparpillement des compétences et des données dans un vaste champ disciplinaire et dans de multiples institutions, en sont en grande partie responsables. Si on se réfère à l'expérience internationale dans ce domaine, il semble acquis que les avancées les plus significatives concernant la prise en compte des conditions écologiques se sont notamment appuyées sur les systèmes d'information géographique (SIG). Outils scientifiques et techniques, ils établissent un lien tangible entre les différents compartiments du système étudié et synthétisent l'ensemble des progrès conceptuels et techniques réalisé dans le domaine de l'information géographique. Par leurs capacités de stockage, d'analyse et de représentation de l'information spatialisée, ils concourent à améliorer la connaissance du fonctionnement global des écosystèmes et contribuent aux réflexions des décideurs. Utilisés en synergie avec la télédétection et la géodésie spatiale, actuellement en plein essor, ils peuvent offrir un certain nombre d'atouts dans trois domaines d'application : l'aménagement et la gestion des territoires, l'appui à la recherche et au développement, et la planification des activités. Néanmoins, il apparaît après une décennie d'utilisation dans différents domaines d'application que les conditions du succès de leur mise en œuvre sont dépendantes non seulement de paramètres techniques et économiques, mais aussi sociaux, organisationnels et spatiaux. <br /><br />La première partie de cette synthèse pose le contexte géographique et méthodologique dans lequel s'inscrivent les applications géomatiques développées en mer d'Iroise et pour lesquelles des perspectives de recherche sont envisagées. Elle aborde différentes notions et propose un état de l'art concernant l'environnement littoral, les principes de gestion intégrée des zones côtières et les systèmes d'information géographique. <br />L'environnement littoral est présenté dans ses limites géographiques et ses composantes thématiques comme un espace sensible et complexe où différents paramètres interférent, justifiant l'intérêt d'une multitude d'acteurs. L'attrait des sociétés humaines pour cet espace d'une grande richesse entraîne une pression sur la ressource et des conflits d'usage que la gestion intégrée de la zone côtière se propose de résoudre. <br />Ce concept qui s'est développé depuis les années 1970 s'exprime par différentes actions politiques et scientifiques. Néanmoins, il apparaît que cet intérêt récent d'une communauté internationale composite se traduit par des visions et des approches différentes qu'il est parfois difficile de concilier dans le contexte pluridisciplinaire inhérent à la mise en œuvre d'un projet de gestion intégrée. C'est à ce niveau que l'utilisation des méthodes géomatiques peut contribuer à développer une approche territoriale et écosystémique de la zone côtière.<br />Les systèmes d'information géographique sont présentés selon différents points de vue qui leur attribuent communément un rôle déterminant dans la gestion, l'analyse et la représentation de l'information géographique et dans l'aide à la décision qu'ils peuvent procurer. Leurs apports aux sciences environnementales et comme support à la gestion des territoires sont discutés. S'ils produisent des résultats intéressants dans différents domaines, il apparaît qu'ils sont encore peu utilisés sur le littoral et encore moins dans des projets finalisés basés sur des approches pluridisciplinaires. <br /><br />La seconde partie de ce mémoire décrit les composantes et les applications d'un SIG consacré aux espaces littoraux de la mer d'Iroise, développé depuis une dizaine d'années dans un laboratoire universitaire. Il est mis en œuvre avec deux objectifs complémentaires. Le premier est de contribuer aux recherches menées sur le fonctionnement et l'évolution d'un écosystème complexe, et le second est de procurer aux gestionnaires des éléments concrets permettant de faciliter leurs prises de décision. Ce système d'information géographique offre une plate-forme d'informations géospatiales suffisamment riche des points de vue thématique, temporel et scalaire, pour permettre la mise en œuvre de diverses applications scientifiques en relation étroite avec des objectifs de gestion de l'environnement. Afin d'illustrer les possibilités du système, trois applications menées selon une approche écosystémique sont présentées. <br />L'analyse des changements d'occupation et d'utilisation des sols d'une île habitée est réalisée selon les perspectives scientifiques du programme international « Land Use and Land Cover Changes » de l'IGBP (International Geosphere Biosphere Program). Elle synthétise les changements territoriaux intervenus depuis 1844 sur l'île d'Ouessant, met en évidence le rôle actuel d'une activité traditionnelle, l'élevage du mouton, dans l'entretien des milieux semi-naturels et propose des scénarios prospectifs d'évolution de la végétation en relation avec différentes hypothèses de développement du cheptel ovin. <br />Concernant l'étude des dynamiques de la végétation des îlots marins protégés, la démarche vise à proposer une méthode d'évaluation des changements du tapis végétal afin de procurer un outil synthétique aux gestionnaires, pouvant servir à l'élaboration de comparaisons entre différents sites d'un réseau d'espaces protégés, au niveau national. Les résultats acquis sur un ensemble représentatif d'îlots marins en réserve, mettent spatialement en évidence les changements intervenus en une décennie, en relation avec différents facteurs anthropo-zoogènes, et fournissent une évaluation synthétique des dynamiques en cours, à l'échelle du réseau.<br />L'habitat d'une espèce marine d'intérêt patrimonial est étudié dans le cadre du projet européen « Tursiops, réseau atlantique des grands dauphins côtiers ». En dépit du peu d'informations environnementales disponibles, la recherche menée en mer d'Iroise permet de préciser les caractéristiques physiques du domaine vital des animaux, de réaliser une synthèse de la morphologie des fonds sous-marins susceptibles d'expliquer la distribution des groupes résidant et de proposer une approche par modélisation de l'habitat potentiel. <br /><br />Au vu des résultats présentés, la démarche géomatique entreprise au sujet de la mer d'Iroise paraît fructueuse tant dans le domaine de la connaissance du fonctionnement et de l'évolution de l'écosystème que dans celui de l'aide à la gestion de la zone côtière. Néanmoins, il apparaît que l'utilisation du système est limitée sur certaines problématiques du fait de l'indisponibilité de nombreuses données et de méthodes d'analyse peu adaptées à l'étude de certains processus environnementaux. La troisième partie de ce mémoire dresse un constat critique de l'apport et des limites du SIG mis en place en termes d'état des connaissances, d'analyse des processus et d'aide à la gestion. Les nouvelles méthodes géomatiques d'acquisition de données à haute résolution spatiale ainsi que le couplage des systèmes d'information géographique avec des plates-formes de modélisation sont présentés comme des perspectives méthodologiques prometteuses en vue du suivi à long terme et de la représentation des processus dynamiques. Ces méthodologies seront appliquées aux recherches en cours sur la zone côtière finistérienne. En outre, il apparaît que le SIG mis en œuvre, s'il veut répondre aux objectifs de compréhension du fonctionnement de l'écosystème et d'aide à la gestion intégrée, fixés au préalable, doit s'intégrer à un outil pluridisciplinaire fondé sur des méthodes complémentaires. Dans un tel dispositif, la télédétection permettrait d'alimenter les bases d'information géographique par des variables pertinentes, relatives notamment au milieu marin, en complément des échantillons acquis in situ et des bases de données existantes. Celles-ci seraient utilisées pour calibrer et valider les modèles qui seraient utilisés pour explorer la dynamique de l'écosystème et quantifier les processus en intégrant une large part des interactions entre les différents facteurs. En permettant leur organisation en un système cohérent, le SIG offrirait les moyens de coupler efficacement les données acquises par ces différentes méthodes et fournirait des outils d'analyse spatiale et de représentation. Enfin, des interfaces et des modules spécialisés d'aide à la décision compléteraient le système de manière à en faciliter l'accès à différents niveaux d'utilisation et à le rendre opérationnel dans le contexte d'une gestion intégrée de la zone côtière finistérienne.<br /><br /><br />Concernant l'environnement littoral de la mer d'Iroise, la nécessité de disposer d'un outil fédérateur susceptible de rassembler différentes composantes du système et donc des compétences et des points de vue variés, ainsi que des méthodes d'analyse et de représentation efficaces est apparue voici une dizaine d'années. A cette époque, les méthodes géospatiales de fourniture et de traitement de données telles que les SIG, la télédétection, l'analyse spatiale, la modélisation s'imposaient comme un formidable potentiel pour l'étude des changements par leur capacité à fournir des éléments de réflexion et de synthèse. L'appropriation de cette nouvelle technologie par les géographes s'est fondée sur des bases théoriques rigoureuses, originales et somme toute attractives pour un bon nombre d'acteurs, praticiens ou théoriciens de l'environnement s'intéressant aux problématiques d'une zone côtière exemplaire, de par ses caractéristiques et ses évolutions. La problématique globale s'est donc nourrie d'approches spécifiques illustrant quelques facettes de la complexité de la zone côtière. La démarche écosystémique qu'elles sous-tendent s'inscrit dans une triple perspective spatiale, temporelle et pluridisciplinaire. Si ces deux premières composantes relèvent sans aucun doute de la pratique traditionnelle en Sciences Humaines, la connotation pluridisciplinaire des recherches menées est plus actuelle. De fait, l'évolution de la pratique scientifique combinée à l'étude d'un espace complexe d'interfaces géographiques implique nécessairement de positionner la réflexion aux marges de différentes disciplines qui deviennent alors complémentaires. On atteint ainsi une conception transversale de la recherche, aux limites des champs académiques traditionnels, où les Sciences de l'Homme et de la Société peuvent occuper une place à part entière aux côtés des Sciences de la Vie, des Sciences de l'Univers et des Sciences de l'Information et de la Communication.

Cette thèse s'inscrit dans un projet de science participative financée par l'Union Européenne (AWARE). Le but du projet est de mettre en relation des scientifiques, des citoyens et des gestionnaires afin d'améliorer la qualité des eaux côtières européennes à travers trois cas d'études. Notre cas d'étude est constitué des eaux côtières de la mer du Nord et des trois bassins versants qui les alimentent, la Seine, la Somme et l'Escaut. Tout au long de ce manuscrit, nous nous attacherons à décrire et comprendre la cascade de nutriments le long du continuum aquatique terre - mer. L'exposé suit une logique amont - aval. Dans un premier temps, nous exposerons la qualité actuelle des hydrosystèmes continentaux et marins au regard de leur évolution passée. Cette reconstitution historique porte sur les trois derniers siècles sur le bassin bien documenté de la Zenne, affluent de l'Escaut traversant Bruxelles et concerne une reconstruction de la qualité de l'eau au cours des s 27 dernières années pour l'ensemble des trois bassins. Dans un deuxième temps, nous explorons le rôle de la topographie et des zones ripariennes sur le cycle de l'azote, d'abord à l'échelle du bassin de l'Orgeval (sous bassin de la Seine), puis à celle de la Seine dans son intégralité. Une troisième partie s'attache à étudier les effets des secteurs stagnants du réseau hydrographique sur les flux d'azote, de phosphore et de silice. Cette étude combine une approche rétrospective, par un travail sur les cartes anciennes, et prospective, par une proposition de scénario de réintroduction d'étangs au sein du chevelu de rivières du bassin de la Seine. Dans un quatrième temps, nous présentons le rôle que jouent les estuaires de l'Escaut et de la Seine sur les flux de nutriments avant leur arrivée en zone côtière. Enfin, une conclusion générale expose les principaux enseignements que nous avons tirés de l'étude de la cascade des nutriments et propose une hiérarchisation de l'efficacité des mesures (préventives ou curatives) qui peuvent être prises pour améliorer la qualité des hydrosystèmes continentaux et marins.

Plus de la moitié de la population mondiale vit de nos jours dans les villes. Cette proportion s'élève à 77.5% en France. La densité importante de la population urbaine provoque plusieurs problèmes environnementaux tels que les bruits, les canicules urbaines, les pollutions chimiques ou la pollution magnétique. Dans une ville, les habitants pourraient obtenir des informations sur ces phénomènes grâce aux infrastructures informatiques et au partage de l'information entre services techniques et citoyens. Si l'un des objectifs des villes intelligentes est d'améliorer la gestion des ressources - comme l'eau et l'électricité - un autre est de pouvoir contrôler jour après jour ce qui se passe dans la ville au niveau du climat et des pollutions en collectant des informations locales et en les affichant sur un portail public. Mais ces informations, généralement transmises sous forme de graphiques ou de cartes, ne sont pas faciles à interpréter. L’objectif de cette thèse est de proposer des solutions pour améliorer la représentation cartographique de phénomènes urbains dans leur contexte géographique afin que celle-ci soit facile à comprendre aussi bien pour les services techniques, que pour le grand public non spécialistes de ces phénomènes.Afin de faciliter la perception d’une carte de phénomène, nous proposons une représentation à différents niveaux de détail, une variété de choix de l’espace cartographique ; des symboles simples et adaptifs au phénomène et une identification automatique de zones particulières. Pour les niveaux de détail, nous adaptons la densité graphique aux différents niveaux de détail (optimisation préparatoire dans la base de données) et à l’échelle courante de visualisation (optimisation dynamique et interactive avec l’utilisateur). Pour le choix de l’espace cartographique, un phénomène peut être représenté sur l’ensemble de bâtiments, sur les rues ou sur une structure de géométrie quelconque saisie par l’utilisateur. Enfin pour l’identification automatique de zones particulières, nous identifions les valeurs extrêmes, dépassant le seuil de dangerosité ou les zones de forte dispersion de valeur importante, pour permettre à l’utilisateur de les localiser rapidement. Nous avons proposé aussi d’ajouter le concept de l’observateur et d’adapter la visualisation selon la position de l’observateur afin de diminuer la superposition entre les présentations 3D de différents niveaux de hauteur d’un phénomène, lorsqu’il varie en fonction de l’altitude (et qu’on dispose de ces données) / More than half of the world's population now lives in cities. This proportion is 77.5% in France. The high density of the urban population causes several environmental problems such as noise, urban heat waves, chemical pollution or magnetic pollution. In a city, the inhabitants could get all the information by the computer infrastructures and the information sharing between the citizens themselves. If one of the objectives of smart cities is to improve the management of resources - such as water and electricity - another is to be able to control day by day what is happening in the city in terms of climate and pollution by collecting local information and mapping it in the public portal of cartography. Although the link between civic services, the interactions between people and government institutions is very important, the concerned information, usually represented by graphics or maps, is not easy to for all people to understand and to interpret. Thus the objective of this thesis is to propose solutions to improve the representation of urban phenomena with their geographical context and at different levels of detail so that it becomes easy to understand for the general public.In order to facilitate the perception of a phenomenon map, we propose a representation at different levels of detail, from the most general to the most detailed and to adapt the graphic density to the level of detail (preparatory optimization in the database) and to the current visualization scale (dynamic and interactive optimization with the user); a various choices of the cartographic space, for example a phenomenon may be represented on the set of buildings or streets, or on any structure of geometry chosen by the user; simple and adaptive symbols to the phenomenon; and an automatic identification of particular zones: with extreme values, exceeding the threshold of dangerousness or with a large dispersion, this allows the user to quickly locate areas of interest throughout the visualization. We also proposed to add the concept of observer and adapt the visualization according to the position of the observer in order to reduce the superposition between the 3D presentations of different levels of height of a phenomenon, when it varies according to of the altitude (and that these data are available)

Sous l’initiative de l’Université Laval, un projet collaboratif a été mis sur pied afin de répondre au besoin des municipalités régionales de comté (MRC) d’avoir un outil pour les aider à procéder à la création d’un plan d’action face à la gestion et l’aménagement de leurs cours d’eau. Ce projet, qui inclut la participation de l’Université de Concordia et l’Institut de Recherche et Développement en Agroenvironnement (IRDA), a comme objectif de développer un outil informatique qui permet d’effectuer des analyses de cours d’eau pour identifier les zones problématiques potentielles. Dans ce cadre, le projet de maîtrise a consisté à participer au développement du progiciel. Les objectifs du projet de maîtrise ont été de supporter le projet en effectuant une revue de littérature, de participer à son développement, de valider que le progiciel puisse bien diagnostiquer certaines problématiques d’un cours d’eau et, finalement, de valider les méthodes de traitements répertoriés. Supporté par la revue de littérature, le progiciel développé est constitué de onze outils qui permettent de produire les éléments nécessaires à l’analyse des cours d’eau. De ces onze outils, dix ont été supportés (testés et documentés) et un a été complètement développé dans le cadre du projet de maîtrise pour intégrer l’outil «Qmax_PBV» qui permet de calculer les débits maximaux. Les données produites par le progiciel nous confirment la possibilité d’effectuer un diagnostic d’un bassin versant agricole. À partir des données du progiciel, les différents profils transversaux ont été caractérisés soit comme les profils stables, ceux qui s’érodent ainsi que ceux qui présentent de la sédimentation. De cette caractérisation, les observations notées sur le terrain ont été confirmées. Finalement, la méthode d’extraction des profils transversaux qui a été utilisée dans l’un des outils du progiciel a été validée dans le cadre du projet. La méthode de définir des profils transversaux à partir de relevés LiDAR (Roelens et al., 2016) avait été développée avec des LiDAR de densité de 16 pts/m2. L’objectif a été de définir s’il est possible de l’appliquer avec un LiDAR d’une densité de 1pt/m2. L’évaluation qualitative de 21 profils nous a permis de déterminer que la largeur minimale de la zone d’échantillonnage de points LiDAR considérée comme convenable pour l’obtention des profils est de 6 m.

Présentement, les indices de paysage (IP) sont de plus en plus utilisés pour quantifier multiples aspects spatiaux des paysages. L’aménagement forestier évolue aussi dans ce sens en empruntant une approche plus holistique de l’aménagement des paysages qui prend en compte les diverses valeurs de la forêt en contrôlant la structure spatiale des mosaïques forestières. Pour les gestionnaires du territoire, les IP représentent un moyen objectif de comparer un paysage à des époques différentes ou sous des stratégies d’aménagement différentes. Toutefois, il est présentement difficile d’utiliser les IP afin de déterminer si les différences entre deux paysages sont significatives puisque leurs distributions théoriques sont inconnues. Par exemple, les IP ne permettent pas de déterminer si la « fragmentation » d’un paysage est significativement supérieure ou inférieure à celle d’un autre. Dans ce projet, les distributions de dix IP largement utilisés avec des cartes catégoriques ont été déterminées de manière empirique. Nous avons examiné l’effet de trois grandeurs de fenêtre sur la distribution des résultats des IP générés à partir de six paysages distincts. Trois compagnies forestières ont identifié ces paysages (mosaïques forestières) comme étant dissemblables. Les distributions des IP ont été testées en utilisant le test statistique de Kolmogorov-Smirnov afin de déterminer 1) si les IP décelaient des différences spatiales entre les six paysages et 2) si les résultats étaient distribués selon une distribution gaussienne. Les résultats indiquent que huit des dix IP testés permettent de détecter des différences de configuration spatiales entre des paysages « réels ». Ceux-ci doivent néanmoins être utilisés à une échelle particulière pour fournir des résultats satisfaisants. L’analyse confirme aussi que la comparaison de paysages à l’aide des IP sélectionnés doit être réalisée à une échelle constante. Parmi les huit IP dont nous avons établi les conditions « échelle-IP » optimales pour la quantification des mosaïques forestières, seuls trois nous permettent d’obtenir des distributions normales. Ces conclusions indiquent que les IP pourraient faire partie d’une méthodologie simple et robuste de caractérisation spatiale des mosaïques forestières et met en évidence leurs potentiels d’utilisation pour l’aménagement des ressources forestières. / Presently, Landscape indices (LIs) are increasingly used to quantify various aspects of different landscapes. In using a more holistic approach to landscape management, forest management is also taking this direction. Indeed, by controlling the spatial structure of forest mosaics, this type of management takes different forest values into account. For land managers, LIs represent an objective means to compare a landscape at different times or under different management strategies. However, it is presently difficult to use LIs to determine when two landscapes are “significantly” different because the theoretical distributions of LIs have not been determined. Hence one can say if a given landscape has a greater/lesser “fragmentaion” (for example), but one cannot say whether the fragmentation is significantly more/less in one landscape or another. In this study, the distributions of ten LIs widely used with categorical maps were determined empirically. This involved examining three landscape sizes on six different landscapes (forest mosaics) that were identified as being different by three different forest companies. The distributions of LIs were developed and tested using the Kolmogorov-Smirnov statistic to determine 1) if the LIs detected spatial differences among the six landscapes and 2) if the results conformed to a gaussian distribution. The results show that eight of the ten LIs tested can detect spatial pattern differences between “real” landscapes. However, they must be used at a specific scale to provide useful results. The analysis confirms also that landscape comparison using the selected LIs must be performed at a constant scale. Among the eight LIs for which the optimal “scale-LI” conditions were determined, only three provided normal distributions. These conclusions show that LIs could be part of a simple and robust methodology to characterise spatially forest mosaics and highlight their potential for uses in forest resources management.

L'aquaculture connait un taux de croissance annuel moyen de sa production proche de 7 % depuis 50 ans. De nombreux pays, à des degrés variés, ont enregistré des augmentations de leurs productions aquacoles. Ce développement s'est accompagné d'une augmentation des surfaces terrestres et marines occupées par les différentes formes d'aquaculture : marine, saumâtre ou dulcicole. Parmi ces dernières, c'est l'aquaculture saumâtre en étangs qui a constitué notre objet d'étude, et plus particulièrement celle pratiquée dans l'espace intertropical. A partir de deux études de cas, aux Philippines (Pampanga) et au Pérou (Tumbes), cette thèse a eu pour objectif d'analyser le développement aquacole, c'est-à-dire d'identifier les facteurs et l'enchaînement des évènements qui ont contribué à la mise en place de l'aquaculture, de caractériser son développement spatial et d'identifier puis d'expliquer ses impacts, positifs et négatifs, à plusieurs échelles. La méthodologie élaborée pour répondre à ce questionnement a reposé sur l'emploi d'une méthode de traitements d'images et d'une méthode d'enquêtes. Les traitements d'images avaient trois objectifs : la cartographie des étangs, la cartographie de l'occupation du sol et la cartographie des changements d'occupation du sol. Le jeu d'images était composé de huit images satellites multispectrales pour le terrain péruvien et de neuf images satellites multispectrales pour le terrain philippin, à haute et très haute résolutions spatiales (Landsat MSS, TM, ETM+ et SPOT 5). Plusieurs méthodes ont été testées puis comparées afin de cartographier les étangs. La chaine de traitement élaborée s'est basée sur l'intégration d'un traitement multispectral et d'un traitement morphologique. La cartographie de l'occupation du sol a consisté, quant à elle, à réaliser une analyse en composante principale suivie d'une classification par un algorithme de classification non supervisée. La diachronie, enfin, visant à cartographier le changement, a utilisé la méthode dite de ‘post-classification'. Les principales méthodes d'enquêtes utilisées sur le terrain ont été les questionnaires, les entretiens directifs et semi-directifs, la récolte de données de seconde main et l'observation, participante lorsque cela a été possible. Enfin, un système multi-agent a été élaboré à partir de données empiriques sur le terrain philippin dans le but d'explorer le rôle de plusieurs facteurs sur l'évolution des paysages. Grâce à une méthode orienté-objet, de nombreux étangs aquacoles ont pu être cartographiés individuellement sur l'ensemble des images. En croisant les informations issues des cartes avec les informations d'une base de données, dite de vérité-terrain, deux mesures ont permis d'évaluer la qualité de la cartographie : les écarts de superficie entre la réalité et le produit des traitements ainsi que le nombre d'étangs correctement détectés. Il a alors été possible d'estimer les superficies d'étangs à chaque date. Les analyses diachroniques ont, quant à elles, permis d'identifier et de quantifier les occupations du sol sur lesquelles l'aquaculture s'est installée. Il a ainsi été démontré que depuis les années 1980, à Pampanga, une proportion importante des extensions aquacoles s'est réalisée au détriment des zones rizicoles. Au total, ce sont 11 000 hectares de rizières qui ont été convertis en étangs. Les changements d'occupation du sol à Tumbes, moins importants, ont majoritairement concerné des formations végétales naturelles. La mise en place de l'aquaculture et son développement résultent de nombreux facteurs qui se distinguent les uns des autres par leur nature, leur ancienneté et leur échelle d'inscription. Des séquences réunissant plusieurs de ces facteurs selon un enchaînement donné ont été mises en évidence sur les deux terrains. Au Pérou, les facteurs qui ont contribué au développement aquacole sont récents et remontent aux années 1970 alors qu'aux Philippines, les facteurs sont beaucoup plus anciens. Trois phases ont caractérisé le développement aquacole au Pérou : une première phase, dite de croissance, qui a précédé une phase dite de crise, conséquence des épizooties et d'El Niño puis une dernière, plus récente, dite d'adaptation, à la suite des changements de pratiques. Aux Philippines, l'analyse des facteurs de transition a révélé l'importance de certains facteurs historiques dans le démarrage de l'activité, qui s'expriment aujourd'hui encore sur le foncier et sur la structure sociale, et de facteurs plus récents, tel que la subsidence accélérée, qui expliquent le développement spatial au dépend des zones de riziculture. Cette thèse a aussi eu pour objectif de caractériser les systèmes aquacoles actuels par l'intermédiaire d'une analyse des systèmes agraires. Les différences et les similitudes des systèmes d'élevage et de production ont ainsi pu être caractérisées. La caractérisation des facteurs de production a rendu compte des origines et des niveaux d'utilisation très différents de facteurs tels que le capital ou le travail. L'évaluation de la performance des systèmes de production aux Philippines a permis en outre d'estimer le revenu moyen journalier des aquaculteurs dont le niveau explique en partie la pérennité de l'activité, et ceci en dépit des faibles rendements, mesurés grâce aux enquêtes agronomiques. On a enfin caractérisé les impacts de l'aquaculture sur le territoire et sur plusieurs de ses composantes sociales dont les individus et les foyers. Au Pérou, les migrations et l'emploi ont constitué les deux principaux domaines d'analyse. Les flux migratoires des ouvriers aquacoles ont ainsi pu être caractérisés et cartographiés grâce à des questionnaires. La caractérisation a permis d'établir le ‘profil type' du migrant mais a aussi mis à jour le rôle des exploitations aquacoles dans la formation et la pérennisation des flux. L'emploi local dans la filière aquacole a aussi été estimé entre les années 1980 et 2006. Celui-ci, fluctuant sur le long terme, a récemment dépassé les 2500 emplois à temps plein. La croissance de ce chiffre s'explique en partie par la mise en place récente de systèmes aquacoles intensifs, aux besoins en travail plus élevés que les systèmes extensifs et semi-intensifs. Aux Philippines, le concept de livelihood a fourni un cadre d'analyse des ressources possédées par les personnes appartenant à plusieurs catégories d'acteurs et tirant un bénéfice direct ou indirect des ressources aquacoles. Les différentes formes de capital (humain, social, financier, naturel et physique) détenues par les individus ont été évaluées, à la fois qualitativement et quantitativement. Ce cadre d'analyse a aussi permis d'identifier les stratégies élaborées à l'échelle des foyers. La description et l'explication du fonctionnement du système de glanage des ressources aquacoles a constitué un autre résultat important. L'analyse des impacts de l'aquaculture au niveau des territoires a mis en évidence l'émergence de conflits, le rôle des infrastructures et du peuplement sur le développement de la filière ou encore l'impact de l'activité sur le développement local. Le modèle multi-agent élaboré (CHANOS-CHANgement d'Occupation du Sol) a enfin permis d'explorer et de mesurer les impacts paysagers dans des scénarii où les exploitants présentent des comportements variés : rationnels, collectifs ou à rationalité limitée et où la dynamique biophysique évolue différemment. La thèse a donc permis de mieux comprendre le développement historique de l'aquaculture et ses impacts actuels sur deux territoires des pays du Sud grâce à l'emploi de plusieurs perspectives : géographique, économique et historique, et grâce au recours à une analyse s'effectuant à plusieurs échelles spatiale et temporelle. La méthode élaborée, qui intègre plusieurs outils, méthodes et faisant appel à des concepts originaires de plusieurs disciplines apparaît aussi comme un des principaux résultats.

Ces dernières années, le besoin de données géographiques de référence a significativement augmenté. Pour y répondre, il est nécessaire de mettre jour continuellement les données de référence existantes. Cette tâche est coûteuse tant financièrement que techniquement. Pour ce qui concerne les réseaux routiers, trois types de voies sont particulièrement complexes à mettre à jour en continu : les chemins piétonniers, les chemins agricoles et les pistes cyclables. Cette complexité est due à leur nature intermittente (elles disparaissent et réapparaissent régulièrement) et à l’hétérogénéité des terrains sur lesquels elles se situent (forêts, haute montagne, littoral, etc.).En parallèle, le volume de données GPS produites par crowdsourcing et disponibles librement augmente fortement. Le nombre de gens enregistrant leurs positions, notamment leurs traces GPS, est en augmentation, particulièrement dans le contexte d’activités sportives. Ces traces sont rendues accessibles sur les réseaux sociaux, les blogs ou les sites d’associations touristiques. Cependant, leur usage actuel est limité à des mesures et analyses simples telles que la durée totale d’une trace, la vitesse ou l’élévation moyenne, etc. Les raisons principales de ceci sont la forte variabilité de la précision planimétrique des points GPS ainsi que le manque de protocoles et de métadonnées (par ex. la précision du récepteur GPS).Le contexte de ce travail est l’utilisation de traces GPS de randonnées pédestres ou à vélo, collectées par des volontaires, pour détecter des mises à jours potentielles de chemins piétonniers, de voies agricoles et de pistes cyclables dans des données de référence. Une attention particulière est portée aux voies existantes mais absentes du référentiel. L’approche proposée se compose de trois étapes : La première consiste à évaluer et augmenter la qualité des traces GPS acquises par la communauté. Cette qualité a été augmentée en filtrant (1) les points extrêmes à l’aide d’un approche d’apprentissage automatique et (2) les points GPS qui résultent d’une activité humaine secondaire (en dehors de l’itinéraire principal). Les points restants sont ensuite évalués en termes de précision planimétrique par classification automatique. La seconde étape permet de détecter de potentielles mises à jour. Pour cela, nous proposons une solution d’appariement par distance tampon croissante. Cette distance est adaptée à la précision planimétrique des points GPS classifiés pour prendre en compte la forte hétérogénéité de la précision des traces GPS. Nous obtenons ainsi les parties des traces n’ayant pas été appariées au réseau de voies des données de référence. Ces parties sont alors considérées comme de potentielles voies manquantes dans les données de référence. Finalement nous proposons dans la troisième étape une méthode de décision multicritère visant à accepter ou rejeter ces mises à jour possibles. Cette méthode attribue un degré de confiance à chaque potentielle voie manquante. L’approche proposée dans ce travail a été évaluée sur un ensemble de trace GPS multi-sources acquises par crowdsourcing dans le massif des Vosges. Les voies manquantes dans les données de références IGN BDTOPO® ont été détectées avec succès et proposées comme mises à jour potentielles / Nowadays, the need for very up to date authoritative spatial data has significantly increased. Thus, to fulfill this need, a continuous update of authoritative spatial datasets is a necessity. This task has become highly demanding in both its technical and financial aspects. In terms of road network, there are three types of roads in particular which are particularly challenging for continuous update: footpath, tractor and bicycle road. They are challenging due to their intermittent nature (e.g. they appear and disappear very often) and various landscapes (e.g. forest, high mountains, seashore, etc.).Simultaneously, GPS data voluntarily collected by the crowd is widely available in a large quantity. The number of people recording GPS data, such as GPS traces, has been steadily increasing, especially during sport and spare time activities. The traces are made openly available and popularized on social networks, blogs, sport and touristic associations' websites. However, their current use is limited to very basic metric analysis like total time of a trace, average speed, average elevation, etc. The main reasons for that are a high variation of spatial quality from a point to a point composing a trace as well as lack of protocols and metadata (e.g. precision of GPS device used).The global context of our work is the use of GPS hiking and mountain bike traces collected by volunteers (VGI traces), to detect potential updates of footpaths, tractor and bicycle roads in authoritative datasets. Particular attention is paid on roads that exist in reality but are not represented in authoritative datasets (missing roads). The approach we propose consists of three phases. The first phase consists of evaluation and improvement of VGI traces quality. The quality of traces was improved by filtering outlying points (machine learning based approach) and points that are a result of secondary human behaviour (activities out of main itinerary). Remained points are then evaluated in terms of their accuracy by classifying into low or high accurate (accuracy) points using rule based machine learning classification. The second phase deals with detection of potential updates. For that purpose, a growing buffer data matching solution is proposed. The size of buffers is adapted to the results of GPS point’s accuracy classification in order to handle the huge variations in VGI traces accuracy. As a result, parts of traces unmatched to authoritative road network are obtained and considered as candidates for missing roads. Finally, in the third phase we propose a decision method where the “missing road” candidates should be accepted as updates or not. This decision method was made in multi-criteria process where potential missing roads are qualified according to their degree of confidence. The approach was tested on multi-sourced VGI GPS traces from Vosges area. Missing roads in IGN authoritative database BDTopo® were successfully detected and proposed as potential updates