Cette thèse décrit la construction d'un modèle de réseaux non-directionnels (e.g. réseaux routiers), fondé sur les contours actifs d'ordre supérieur (CAOSs) et les champs de phase développés récemment, et introduit une nouvelle famille des CAOSs des champs de phase pour des réseaux directionnels (e.g. réseaux hydrographiques en imagerie de télédétection, vaisseaux sanguins en imagerie médicale). Dans la première partie de cette thèse, nous nous intéressons à l'analyse de stabilité d'une énergie de type CAOSs aboutissant à un ‘diagramme de phase'. Les résultats, qui sont confirmés par des expériences numériques, permettent une bonne sélection des valeurs des paramètres pour la modélisation de réseaux non-directionnels. Au contraire des réseaux routiers, les réseaux hydrographiques sont directionnels, i.e. ils contiennent un ‘flux' monodimensionnel circulant dans chaque branche. Cela implique des propriétés géométriques spécifiques des branches et particulièrement des jonctions, propriétés qu'il est utile de traduire dans un modèle, pour l'extraction de réseaux. Nous développons donc un modèle de champ de phase non-local de réseaux directionnels, qui, en plus du champ de phase scalaire décrivant une région par une fonction caractéristique lisse et qui interagit non-localement afin que des configurations de réseaux linéiques soient favorisées, introduit un champ vectoriel représentant le ‘flux' dans les branches du réseau. Ce champ vectoriel est contraint d'être nul à l'extérieur, et de magnitude égale à 1 à l'intérieur du réseau ; circulant dans le sens longitudinal des branches du réseau ; et de divergence très faible. Cela prolonge les branches du réseau ; contrôle la variation de largeur tout au long une branche ; et forme des jonctions non-symétriques telles que la somme des largeurs entrantes soit approximativement égale à celle des largeurs sortantes. En conjonction avec une nouvelle fonction d'interaction pour le champ de phase scalaire, le modèle assure aussi une vaste gamme de valeurs des largeurs stables des branches. Ce nouveau modèle a été appliqué au problème d'extraction de réseaux hydrographiques à partir d'images satellitaires très haute résolution.

Le Transport A la Demande (TAD) est un système de transport qui propose un usage collectif des véhicules automobiles, par opposition à l'usage des véhicules personnels (VP). Situé entre le fonctionnement des taxis et celui des transports en commun classiques, il propose un service à la fois flexible dans le temps et dans l'espace à la manière des taxis, favorisant le partage des véhicules, comme les transports en commun. Il est ainsi présenté comme une réponse pour une mobilité durable. Dans les esprits, les TAD sont souvent associés à une réduction des émissions de polluants et sont mis en place principalement dans des territoires ruraux. Pourtant, le simple regroupement effectué par les TAD suffit-il pour que la mise en place des TAD soit profitable à l'environnement ? Dans ce travail de recherche de doctorat, un outil d'évaluation de l'impact environnemental d'un système de Transports À la Demande (TAD) destiné aux collectivités territoriales a été mis au point. Pour que choix soit durable, au sens du développement durable, le service doit être le plus adapté au contexte local en minimisant les émissions de substances dans l'atmosphère proche tout en conservant une qualité de service suffisante pour concurrencer l'usage du véhicule personnel. Un paramètre, directement impliqué dans les émissions de polluant, est souvent négligé dans les approches : le réseau routier. On cherche donc à identifier des lois et des seuils relatifs aux émissions de polluants produites par le fonctionnement d'un TAD : dans quelle mesure le réseau routier influe-t-il sur les performances environnementales des TAD ou sur la capacité de regroupement des clients dans les véhicules ? Selon quelles caractéristiques de service (fenêtres de temps autorisées) ? Plus globalement, est-ce que l'optimisation d'un même type de TAD est équivalente d'un réseau routier à un autre, du point de vue des émissions de polluants ? Aucun outil intégré permettant d'effectuer cette tâche n'étant disponible, nous avons mis au point une chaîne de traitement géomatique permettant d'estimer les quantités de polluants émises sur les tronçons de route dans le cadre du fonctionnement particulier des TAD et de les cartographier pour analyser leur répartition spatiale. Cet outil associe un SIG à un modèle d'émission que nous avons adapté à notre problématique (GREEN-DRT). Il est ressorti des différents scénarios simulés que les TAD ne sont pas systématiquement une solution pertinente dans un objectif de réduction globale des émissions de polluants sur un territoire donné. Le constat de la faible pertinence environnementale de ce mode de transport sur les territoires les moins denses (type zones rurales) a été fait, pourtant, ce sont sur ces territoires que les TAD sont développés en France. À défaut d'engendrer une réduction des émissions, ils ont souvent un rôle social important en se positionnant non pas comme une alternative à la voiture personnelle, mais en permettant à des populations captives de se déplacer. Il s'agit de ce cas de minimiser les émissions de polluants provoquées par le fonctionnement du service.

L'objectif de cette thèse est de développer et de valider des approches robustes d'extraction semi-automatique de réseaux routiers en zone urbaine dense à partir d'images satellitaires optiques à très haute résolution (THR). Nos modèles sont fondés sur une modélisation par champs de phase des contours actifs d'ordre supérieur (CAOS). Le probléme est difficile pour deux raisons principales : les images THR sont intrinsèquement complexes, et certaines zones des réseaux peuvent prendre une topologie arbitraire. Pour remédier à la complexité de l'information contenue dans les images THR, nous proposons une modélisation statistique multi-résolution des données ainsi qu'un modèle multi-résolution contraint a priori. Ces derniers permettent l'intégration des résultats de segmentation de résolution brute et de résolution fine. De plus, dans le cadre particulier de la mise à jour de réseaux routiers, nous présentons un modèle de forme a priori spécifique, dérivé d'une ancienne carte numérique issue d'un SIG. Ce terme spécifique a priori équilibre l'effet de la connaissance a priori générique apportée par le modèle de CAOS, qui décrit la forme géométrique générale des réseaux routiers. Cependant, le modèle classique de CAOS souffre d'une limitation importante : la largeur des branches du réseau est contrainte à d'être similaire au maximum du rayon de courbure des branches du réseau, fournissant ainsi un modèle non satisfaisant dans le cas de réseaux aux branches droites et étroites ou aux branches fortement incurvées et larges. Nous résolvons ce problème en proposant deux nouveaux modèles : l'un contenant un terme additionnel, nonlocal, non-linéaire de CAOS, et l'autre contenant un terme additionnel, nonlocal, linéaire de CAOS. Ces deux termes permettent le contrôle séparé de la largeur et de la courbure des branches, et fournissent une meilleure prolongation pour une même largeur. Le terme linéaire a plusieurs avantages : d'une part il se calcule plus efficacement, d'autre part il peut modéliser plusieurs largeurs de branche simultanément. Afin de remédier à la difficulté du choix des paramètres de ces modèles, nous analysons les conditions de stabilité pour une longue barre d'une largeur donnée décrite par ces énergies, et montrons ainsi comment choisir rigoureusement les paramètres des fonctions d'énergie. Des expériences sur des images satellitaires THR et la comparaison avec d'autres modèles démontrent la supériorité de nos modèles.

Le Transport A la Demande (TAD) est un système de transport qui propose un usage collectif des véhicules automobiles, par opposition à l’usage des véhicules personnels (VP). Situé entre le fonctionnement des taxis et celui des transports en commun classiques, il propose un service à la fois flexible dans le temps et dans l'espace à la manière des taxis, favorisant le partage des véhicules, comme les transports en commun. Il est ainsi présenté comme une réponse pour une mobilité durable. Dans les esprits, les TAD sont souvent associés à une réduction des émissions de polluants et sont mis en place principalement dans des territoires ruraux. Pourtant, le simple regroupement effectué par les TAD suffit-il pour que la mise en place des TAD soit profitable à l’environnement ? Dans ce travail de recherche de doctorat, un outil d’évaluation de l'impact environnemental d’un système de Transports À la Demande (TAD) destiné aux collectivités territoriales a été mis au point. Pour que choix soit durable, au sens du développement durable, le service doit être le plus adapté au contexte local en minimisant les émissions de substances dans l’atmosphère proche tout en conservant une qualité de service suffisante pour concurrencer l'usage du véhicule personnel. Un paramètre, directement impliqué dans les émissions de polluant, est souvent négligé dans les approches : le réseau routier. On cherche donc à identifier des lois et des seuils relatifs aux émissions de polluants produites par le fonctionnement d’un TAD : dans quelle mesure le réseau routier influe-t-il sur les performances environnementales des TAD ou sur la capacité de regroupement des clients dans les véhicules ? Selon quelles caractéristiques de service (fenêtres de temps autorisées) ? Plus globalement, est-ce que l’optimisation d’un même type de TAD est équivalente d’un réseau routier à un autre, du point de vue des émissions de polluants ? Aucun outil intégré permettant d’effectuer cette tâche n’étant disponible, nous avons mis au point une chaîne de traitement géomatique permettant d’estimer les quantités de polluants émises sur les tronçons de route dans le cadre du fonctionnement particulier des TAD et de les cartographier pour analyser leur répartition spatiale. Cet outil associe un SIG à un modèle d’émission que nous avons adapté à notre problématique (GREEN-DRT). Il est ressorti des différents scénarios simulés que les TAD ne sont pas systématiquement une solution pertinente dans un objectif de réduction globale des émissions de polluants sur un territoire donné. Le constat de la faible pertinence environnementale de ce mode de transport sur les territoires les moins denses (type zones rurales) a été fait, pourtant, ce sont sur ces territoires que les TAD sont développés en France. À défaut d’engendrer une réduction des émissions, ils ont souvent un rôle social important en se positionnant non pas comme une alternative à la voiture personnelle, mais en permettant à des populations captives de se déplacer. Il s’agit de ce cas de minimiser les émissions de polluants provoquées par le fonctionnement du service. / The Demand Responsive Transport (DRT) is a transportation system which offers a collective use of motor vehicles, in opposite of personal vehicles use. Between the functioning of taxis and classical public transport, it offers a service that is flexible in time and space like taxis, promoting the sharing of vehicles, like public transports. It is why it is present as a solution for a sustainable mobility. In the minds, DRT are often associated to a reduction of exhaust emissions and so are developed in rural areas. However, is grouping travellers enough to make DRT gainful for environment?In this doctoral research, an assessment tool of the environmental impact of DRT systems has been developed. To ensure that choice is sustainable in the sense of sustainable development, the service must be adapted to the local context by minimising emissions of substances in the near atmosphere while maintaining a sufficient quality of service when competing against personal vehicle use. A parameter directly involved in pollutant emissions, is often overlooked in approaches: the road network. We therefore search for identify laws and thresholds relating to pollutant emissions generated by the functioning of a DRT: how the road network does it affect the environmental performance of DRT or on the skill to grouping customers in vehicles? Depending on what service features (time windows allowed)? More generally, is that the optimization of the same type of DRT is equivalent to a road network to another, from the perspective of pollutant emissions? As any integrated tool to perform this task is available, we have developed a geomatics processing to estimate the quantities of pollutants emitted on road sections within the particular functioning of DRT and to cartography it to analyse their spatial distribution. This tool combines a GIS to an exhaust emissions model that we have adapted to our questioning (GREEN-DRT).