Dans les secteurs industriels, la maîtrise de l’aspect des surfaces est une problématique majeure de la conception jusqu’à la réalisation des produits. En entreprise, l’évaluation de la qualité des surfaces est généralement réalisée par des contrôleurs humains, sauf pour certaines applications spécifiques pour lesquels des systèmes ont pu être mis en œuvre. L’objectif est donc d’aider les fabricants à mieux évaluer l’aspect et d’avancer vers l’automatisation du processus d’inspection qualité des surfaces.D’un point de vue métrologique, la quantification de l’aspect passe par l’acquisition de la fonction de répartition du coefficient de luminance (BRDF) qui fournit une cartographie de la lumière réfléchie à la surface d’un échantillon. Le système visuel humain extrait de cette mesure des facteurs à partir desquels il élabore des attributs de l’aspect : régularité d’une texture, uniformité de la couleur, qualité du brillant, saillance d’une anomalie, etc.En conséquence, notre approche consiste à utiliser les techniques appelées Reflectance Transformation Imaging (RTI) originellement issues du domaine archéologique, pour l’industrie. Elles permettent d’obtenir simultanément une estimation réduite et simplifiée de la BRDF et une estimation des normales à la surface.Un dispositif d’acquisition RTI appelé la Sphère MeSurA permet d’obtenir des données stéréophotométriques (luminances). L’approximation de forme des mesures discrètes de luminances acquises est fournie selon le principe de la Décomposition Modale Discrète (DMD). Une analyse comparative avec les autres modèles montre que la DMD décrit plus fidèlement les réflexions spéculaires, et plus généralement les zones locales de surfaces brillantes.Nous développons une méthode permettant de mesurer la similarité d’aspect en définissant des descripteurs invariants à la rotation obtenus par un changement de paramétrage de la DMD. Nous calculons ainsi des cartes de distance permettant d’extraire les anomalies les plus saillantes. Nous proposons également leur évaluation par des attributs pertinents sur lesquels les contrôleurs pourront se baser pour décider de la conformité d’un produit.De plus, nous mettons l’accent sur des indicateurs directionnels de normales et de courbures à la surface. Ils permettent de séparer efficacement les composantes périodiques et non-périodiques de la surface, et ainsi de caractériser géométriquement les anomalies d’aspect d’une part et d’autre part la signature d’un procédé de fabrication.Les résultats de ces travaux permettent ainsi d’aider les fabricants à maîtriser la qualité d’aspect en accédant à différentes modalités de la surface inspectée, dans un logiciel d’application appelé MsaTool®. / In industry, controlling the surface appearance is an important issue in the product creation, from the conception phases through the manufacturing phase all the way to delivery to the final consumer. The surface quality control is mostly carried out by human controllers, except for specific applications where inspection devices have been designed. Our prime purpose is to help manufacturers for the assessment of the surface finish appearance and move towards automation of the inspection process.From a metrological point of view, the relevant quantity is the Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) that describes the angular distribution of the reflected light from a surface. The human visual system is able to extract information about these surface reflectance properties, that allow us to construct a mental representation of the stimulus and give meaning to the observations : structural regularity, color uniformity, gloss quality, characteristics of salience, etc.Our approach is based on the use of techniques known as Reflectance Transformation Imaging (RTI), initialy developed to study the surface of cultural heritage artefacts, as industrial measurement instrument. The RTI techniques allow us to obtain both a reduced and simplified BRDF estimation and the normal field to the surface.A RTI acquisition system called MeSurA Sphere provides photometric stereo datasets (radiance values captured under varying illumination). The continuous model of the local reflection of radiances is based on the Discrete Modal Decomposition (DMD). A comparative analysis with other RTI models shows that the DMD is well suited for approximating the complex physical behavior of light reflections and enhance the overall accuracy of appearance reconstruction of shiny reflective surfaces.We developed a method to measure the similarity of surface appearance using rotation invariant descriptors obtained by chan- ging the DMD parameterization. We then calculate distance maps to extract the most salient features leading to an effective separa- tion of surface defects. We identify relevant parameters from which controllers are able to decide on product conformity.We propose orientation-preserving maps of slopes and curvatures for identifying and separating the periodic and aperiodic components of the surface. We are then able to make a geometric characterization of the detected surface defects or of the manu- facturing process signature.The results of this work make possible to help manufacturers in the control of surface appearance using a software called MsaTool® bringing together several modalities of our treatments.

Depuis les années 60, la mousse présente un grand potentiel pour améliorer le balayage volumétrique par le gaz dans un réservoir pétrolier : des travaux de laboratoire et des essais sur champs montrent l’intérêt technique et économique de ce procédé. En effet, ses caractéristiques uniques, qui résultent de la dispersion du gaz dans un volume de liquide contenant des tensioactifs, en font un bon agent de réduction de mobilité du gaz, et par conséquent, ce qui conduit à la réduction des instabilités visqueuses issues du contraste de mobilité entre le gaz et l'huile en place. Par ailleurs, la mousse atténue les effets préjudiciables des hétérogénéités et de la ségrégation gravitaire sur la récupération, grâce à son comportement différent entres les faciès du réservoir. Dans la pratique industrielle, les simulateurs de réservoir s’attachent à ne modéliser que les effets de la mousse sur les déplacements en régime permanent, sans chercher à prédire son comportement dynamique régi par la génération, destruction et transport des lamelles (films minces) de mousse dans les milieux poreux. Suivant cette approche, la mousse est modélisée comme une réduction de mobilité du gaz, en particulier par le biais des perméabilités relatives, en utilisant des lois d'interpolations de paramètres impactant sa rhéologie, à savoir la vitesse et la qualité de la mousse, la saturation en huile, la concentration en tensioactif et la perméabilité du milieu poreux. Un tel modèle a l’avantage de la simplicité conceptuelle fondée sur l'extension des modèles de Darcy polyphasiques en n’utilisant que les paramètres d'écoulement mesurés au laboratoire, sans y intégrer le nouveau paramètre caractéristique de la mousse qui est la texture (densité des lamelles). Cependant, ces lois empiriques manquent de généralité et doivent être calibrées/ajustées à partir d’essais de laboratoire afin d'assurer la fiabilité des prévisions. Un modèle calibré à partir d’un nombre limité d’expériences comporte un degré d'incertitude et d’indétermination. L’ingénieur de réservoir a néanmoins recours à un tel modèle pour prédire et guider l’exploitation du gisement sur la base de ce procédé. D’où l’objectif principal de cette thèse qui consiste à améliorer le paramétrage des modèles de mousse empiriques via des lois mieux formulées et calibrées afin d’accroitre leur prédictivité. Dans cette thèse, nous avons établi les fondements physiques nécessaires pour valider les modèles empiriques en développant leur équivalence avec les modèles en texture assurée par des relations d’interdépendance entre les paramètres des deux approches. Cette équivalence a été montrée et étudiée en utilisant un modèle à lamelles pré-calibré de la littérature aux mesures de déplacements de mousse en régime permanent. Par ailleurs, ce parallèle avec les modèles en texture nous a permis de mettre au point une nouvelle procédure pour calibrer d'une manière fiable et déterministe les modèles empiriques. Cette procédure a été testée à partir des résultats d'expériences menées à IFPEN traduits en termes de texture en régime permanent. Enfin, nous avons proposé et interprété des lois d'échelle des paramètres du modèle de mousse en fonction de la perméabilité du milieu poreux, en analysant les paramètres des modèles calibrés sur des carottes de différentes perméabilités. L'importance de ces lois a été mise en évidence à travers des simulations sur une coupe de réservoir bi-couche. Les résultats de la simulation indiquent que les prévisions de performance d'un procédé à base de mousse, appliqué à un réservoir hétérogène, nécessitent une bonne connaissance des lois d'échelle des paramètres empiriques avec la perméabilité. / Conventional techniques of oil recovery consist in injecting water and/or gas into the geological formation to force out the oil. These methods may reveal ineffective because of high permeability contrasts, unfavorable mobility ratio between the driving fluid and the oil in place which generally generates viscous fingering, and gravity segregation. In this context, foam has shown a great potential to overcome all these detrimental effects, and thereafter, to improve the volumetric sweep efficiency. Still some key points need to be addressed regarding the predictive calculation of multiphase foam flow in porous media. Methods for modeling foam flow in porous media fall into two categories: population balance (PB) models and (semi)-empirical (SE) models. On the one hand, PB models describe foam lamellas transport in porous media and predict the evolution of foam microstructure as the result of pore-scale mechanisms of lamellas generation and destruction. Within this framework, the modeling of foam effects on gas mobility is directly related to foam texture (lamellas density) along with the effects of other parameters impacting its rheology such as foam quality and velocity, permeability of the porous media, surfactant concentration, etc. On the other hand, SE models are based on the extension of multiphase classical Darcy's model to describe foam flow in porous media, such that the foam texture effects are described indirectly through a multi-parameter interpolation function of parameters measured/observed in laboratory. Such formulation has to be calibrated from foam flow experimental data on a case-by-case basis, which can turn to be a cumbersome task. Furthermore, SE models involve uncertainty because they are not based on mechanistic laws driving lamellas transport in porous media, and their predictive capacity remains low as too few laboratory data are generally available for their calibration. Nonetheless, the reservoir engineer needs a reliable foam model in order to design, assess and optimize foam enhanced oil recovery processes for field application. Accordingly, this thesis aims at providing further insights into the topics related to the parameterization of (semi)-empirical models through better formulated and calibrated laws in order to improve their predictivity. In this work, we have established the physical basis necessary to validate the (semi)-empirical models. Indeed, we developed the equivalence between SE and PB models achieved through relationships between the parameters of these two modeling approaches (industrial and physical). The equivalence has been established and studied using a pre-calibrated PB model of the literature to fit steady-state foam measurements. In addition, this equivalence allowed us to develop a new procedure to calibrate the (semi)-empirical models in a reliable and deterministic way. This procedure was tested and validated using results from IFPEN core-flood experiments by translating them into steady-state texture measurements. Finally, we proposed scaling laws for empirical model parameters with the permeability of the porous media, by analyzing the fitted parameters on cores of different permeabilities. Different interpretations of the scaling laws are herein provided using theoretical models for lamellas stability. Then, their importance has been demonstrated through simulations on a two layer reservoir cross-section. The simulation results indicate that the predictions of foam flow in a heterogeneous reservoir require a good knowledge of the scaling laws of SE model parameters with permeability.

En régions méditerranéennes, la gestion de l'eau à partir d'outils d'aide à la décision requiert la connaissance des échanges d'énergie et de masse entre la surface et l'atmosphère, dont l'évapotranspiration, qui représente la composante majeure du cycle hydrologique. Les avancées récentes, en termes de modélisation des Transferts Sol-Végétation-Atmosphère (TSVA) pour des couverts homogènes et d'assimilation des données de télédétection, principalement à l'échelle subrégionale, permettent d'envisager le passage à l'échelle régionale pour des couverts complexes de type cultures en rang. L'objectif de ce travail est de développer une modélisation versatile et de la caler par télédétection à l'échelle régionale sur un bassin versant viticole. Les investigations sont menées sur le bassin versant de la Peyne, dans le cadre de l'ORE OMERE. Une analyse bibliographique a permis de sélectionner un modèle TSVA à vocation régionale avec un nombre réduit de paramètres. L'implémentation de ce modèle est motivée par des objectifs de versatilité mais aussi d'inclusion dans une plateforme de simulation. Parallèlement, l'évapotranspiration a été spatialisée à l'échelle régionale par synergie des données télédétectées infrarouge thermique ASTER et Landsat. Les chroniques d'évapotranspiration obtenues sont ensuite utilisées pour caler le modèle TSVA. / In Mediterranean regions, decision making tools for water management require knowledge of water and mass exchanges between land surface and atmosphere, where evapotranspiration is the main component of the hydrological cycle. Recent advances, in terms of modeling and remote sensing, mainly at the subregional scale for homogeneous canopies, allow foreseeing the regional extent for complex landscapes such as row crops. This work aims to propose and calibrate a versatile modeling at the regional scale over a vineyard watershed, the calibration relying on remote sensing. A literature review allows selecting a SVAT model with a regional scope and a limited number of parameters. Model implementation is motivated by versatility and further inclusion into a simulation platform. Then, evapotranspiration is spatialized synergistically by using thermal infrared data from ASTER and Landsat remote sensors. Next, the time series obtained for evapotranspiration are used for calibrating the selected SVAT model. These investigations are conducted over the Peyne watershed, within the framework of the OMERE Observatory for environmental research.

L’objectif principal de cette thèse est de souligner que le compromis biais-variance n’est pas toujours vrai (p. ex. dans les réseaux neuronaux). Nous plaidons pour que ce manque d’universalité soit reconnu dans les manuels scolaires et enseigné dans les cours d’introduction qui couvrent le compromis. Nous passons d’abord en revue l’historique du compromis entre les biais et les variances, sa prévalence dans les manuels scolaires et certaines des principales affirmations faites au sujet du compromis entre les biais et les variances. Au moyen d’expériences et d’analyses approfondies, nous montrons qu’il n’y a pas de compromis entre la variance et le biais dans les réseaux de neurones lorsque la largeur du réseau augmente. Nos conclusions semblent contredire les affirmations de l’oeuvre historique de Geman et al. (1992). Motivés par cette contradiction, nous revisitons les mesures expérimentales dans Geman et al. (1992). Nous discutons du fait qu’il n’y a jamais eu de preuves solides d’un compromis dans les réseaux neuronaux lorsque le nombre de paramètres variait. Nous observons un phénomène similaire au-delà de l’apprentissage supervisé, avec un ensemble d’expériences d’apprentissage de renforcement profond. Nous soutenons que les révisions des manuels et des cours magistraux ont pour but de transmettre cette compréhension moderne nuancée de l’arbitrage entre les biais et les variances. / The main goal of this thesis is to point out that the bias-variance tradeoff is not always true (e.g. in neural networks). We advocate for this lack of universality to be acknowledged in textbooks and taught in introductory courses that cover the tradeoff. We first review the history of the bias-variance tradeoff, its prevalence in textbooks, and some of the main claims made about the bias-variance tradeoff. Through extensive experiments and analysis, we show a lack of a bias-variance tradeoff in neural networks when increasing network width. Our findings seem to contradict the claims of the landmark work by Geman et al. (1992). Motivated by this contradiction, we revisit the experimental measurements in Geman et al. (1992). We discuss that there was never strong evidence for a tradeoff in neural networks when varying the number of parameters. We observe a similar phenomenon beyond supervised learning, with a set of deep reinforcement learning experiments. We argue that textbook and lecture revisions are in order to convey this nuanced modern understanding of the bias-variance tradeoff.

Dans un environnement fluctuant, le fonctionnement de l'écosystème prairial est régulé par la diversité des espèces végétales et leur dynamiqie propre. Comprendre les mécanismes fins par lesquels opère cette régulation et pouvoir simuler en retour le fonctionnement de l'écosystème sont des enjeux majeurs en agriculture (valorisation de la ressource fourragère) et en écologie ( gestion de la biodiversité). Dans ce cadre d'étude, nous avons développé, utilisé et évalué un modèle écophysiologique de diversité prairiale (GEMINI), qui simule de manière mécaniste la réponse des plantes à des contraintes climatiques et de gestion, et la dynamique des interactions entre les différentes espèces. Un dispositif expérimental situé à Theix a permis de paramétrer ce modèle grâce aux traits fonctionnels et de l'évaluer sur 13 espèces de graminées en culture pure et en mélange de six espèces, et sous deux conditions de fréquence de coupe et deux niveaux de fertilisation azotée. Nous avons montré que la complexité du modèle était nécessaire et suffisante pour prédire correctement la réponse individuelle de ces espèces dans ces différentes conditions. L'utilisation de ce modèle a également permis d'avancer les connaissances sur les différences de statégies végétales utilisées par les plantes pour les mécanismes d'acquisition et d'utilisation de l'azote minérale et d'acquisition du carbone atmosphérique pour la photosynthèse. Pour ces différents mécanismes nous avons montré des lois de compromis entre les différentes fonctions d'une plante et des lois de coordination entre les flux de carbone et d'azote au sein d'une plante. Grâce au modèle, nous avons montré que ces deux types de lois étaient essentiels pour le fonctionnement et la plasticité d'une plante.

Ce mémoire s'inscrit dans le domaine de la vision par ordinateur. Elle s'intéresse à la calibration de systèmes de caméras stéréoscopiques, à la mise en correspondance caméra-projecteur, à la reconstruction 3D, à l'alignement photométrique de projecteurs, au maillage de nuages de points, ainsi qu'au paramétrage de surfaces. Réalisé dans le cadre du projet LightTwist du laboratoire Vision3D, elle vise à permettre la projection sur grandes surfaces arbitraires à l'aide de plusieurs projecteurs. Ce genre de projection est souvent utilisé en arts technologiques, en théâtre et en projection architecturale. Dans ce mémoire, on procède au calibrage des caméras, suivi d'une reconstruction 3D par morceaux basée sur une méthode active de mise en correspondance, la lumière non structurée. Après un alignement et un maillage automatisés, on dispose d'un modèle 3D complet de la surface de projection. Ce mémoire introduit ensuite une nouvelle approche pour le paramétrage de modèles 3D basée sur le calcul efficace de distances géodésiques sur des maillages. L'usager n'a qu'à délimiter manuellement le contour de la zone de projection sur le modèle. Le paramétrage final est calculé en utilisant les distances obtenues pour chaque point du modèle. Jusqu'à maintenant, les méthodes existante ne permettaient pas de paramétrer des modèles ayant plus d'un million de points. / This thesis falls within the field of computer vision. It focuses on stereoscopic camera calibration, camera-projector matching, 3D reconstruction, projector blending, point cloud meshing, and surface parameterization. Conducted as part of the LightTwist project at the Vision3D laboratory, the work presented in this thesis aims to facilitate video projections on large surfaces of arbitrary shape using more than one projector. This type of projection is often seen in theater, digital arts, and architectural projections. To this end, we begin with the calibration of the cameras, followed by a piecewise 3D reconstruction using an active unstructured light scanning method. An automated alignment and meshing of the partial reconstructions yields a complete 3D model of the projection surface. This thesis then introduces a new approach for the parameterization of 3D models based on an efficient computation of geodesic distances across triangular meshes. The only input required from the user is the manual selection of the boudaries of the projection area on the model. The final parameterization is computed using the geodesic distances obtained for each of the model's vertices. Until now, existing methods did not permit the parameterization of models having a million vertices or more.

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