La télédétection spatiale de la couleur de l’océan implique l’élimination de la contribution atmosphérique, appelée correction atmosphérique (CA). Au-dessus des eaux claires, cette dernière se base sur l’hypothèse que l’eau est totalement absorbante dans le Proche Infra-Rouge (PIR) pour estimer la réflectance atmosphérique et déterminer la réflectance marine. À l’opposé, au-dessus des eaux côtières turbides, la contribution du signal marin n’est pas négligeable dans le PIR. De ce fait, différentes méthodes alternatives ont été proposées. La thèse se consacre à l’évaluation des algorithmes de CA proposés et leur amélioration pour le capteur Ocean and Land Colour Instrument (OLCI) au-dessus des eaux côtières en exploitant sa synergie avec le capteur Sea and Land Surface Temperature Radiometer (SLSTR). Dans ce but, des mesures radiométriques in-situ ont été acquises dans deux zones côtières françaises contrastées : Manche orientale et Guyane Française, avec le spectro-radiomètre ASD, suivant un nouveau protocole d’acquisition et de post-traitement. Le post-traitement s’est basé sur le coefficient de variabilité et la différence relative de la médiane dans le contrôle de qualité, en plus du score d’assurance de qualité (QAS). Suivant l’analyse statistique basée en partie sur l’angle spectral moyenné (SAM), l’inter-comparaison radiométrique de l’ASD avec les autres radiomètres (TriOS-above et Radeau), a révélé la cohérence des mesures ASD. L’utilisation de ces dernières a permis l’inter-comparaison de la performance de cinq algorithmes de CA, où l’algorithme Polymer est le plus performant d’après un système à points avec une seule métrique. Cependant aucun algorithme a atteint le maximum de points soulignant la grande marge de progression à accomplir, surtout en eau côtière. Dans cette optique, trois relations spectrales de la réflectance des aérosols ont été testées sur une base de données simulées suivant la synergie OLCI/SLSTR. Une autre relation, Full Spectrum AC (FSAC) a été développée initialement en combinant deux relations existantes, après l’élimination de l’hypothèse du pixel noir dans l’ultra-violet (UV) et l’intégration d’un schéma itératif. L’inter-comparaison des relations révèle la cohérence de FSAC qui est légèrement moins performante qu’une relation publiée. L’application de FSAC sur des images OLCI/SLSTR ouvrirait des perspectives dans l’amélioration de la CA au-dessus des eaux côtières. / The ocean color remote sensing involves the removal of the atmospheric contribution, the so-called atmospheric correction (AC). Over clear waters, the latter is based on the hypothesis that the sea water is totally absorbent in the Near Infra-Red (NIR), to estimate the atmospheric reflectance and to determine the water reflectance. By contrast, over coastal turbid waters, the marine signal is not negligible in the NIR. Accordingly, different alternative methods were proposed. The thesis is committed to evaluate the proposed AC algorithms and their improvement for the Ocean and Land Colour Instrument (OLCI) sensor over coastal waters exploiting its synergy with the Sea and Land Surface Temperature Radiometer (SLSTR) sensor. For this purpose, radiometric in-situ measurements were acquired in two contrasted French coastal areas : Eastern English Channel and FrenchGuiana, with the ASD spectro-radiometer, according to a newly developed measurement and post-processing protocol. The post-processing was based on the coefficient of variability and the median relative difference, in addition to the Quality Assurance Score (QAS). Following the statistical analysis in part based on the Spectral Angle Mean (SAM), the radiometric inter-comparison of the ASD and other radiometers (TriOS-above and TriOS in-water), shows the consistency of the ASD measurements. The use of these measurement leads to carry out the performance inter-comparison of five AC algorithms, where the Polymer algorithm is the most efficient according to a unique metric scoring system. However, neither algorithm obtained the maximum score, highlighting the big room for improvement, especially for coastal waters. With this in mind; three spectral relationships of aerosols reflectance were tested with a simulated data set based on OLCI/SLSTR synergy. Another relationship, Full Spectrum AC (FSAC) was initially developed combining two existing relationships, after excluding the black pixel hypothesis in the Ultra-Violet and integrating a iterative scheme. The relationships inter-comparison shows consistency ofFSAC which is slightly less performing than one published relationship. The application of FSAC on OLCI/SLSTR images could have perspectives to improve the AC over coastal waters.

Le système Catopsys est un système projecteur-miroir-caméra à placer dans une pièce d'habitation quelconque. Il constitue un moyen abordable (coût, installation, utilisation) de réaliser toutes sortes d'applications de réalité mixte immersives. L'objectif de cette thèse est d'étudier et d'optimiser la chaîne de traitement radiométrique mise en oeuvre à travers ce système. Tout d'abord, les perturbations radiométriques de la caméra sont étudiées puis une méthode de correction, applicable au système Catopsys, est mise au point. Ceci permet, de façon relativement fidèle, d'acquérir l'environnement réel et d'estimer les perturbations issues du projecteur et de la pièce. L'influence du projecteur et de la pièce, utilisée comme écran de projection, sur l'image visible par l'utilisateur, est ensuite étudiée. Une méthode de compensation de la projection, permettant de rendre l'image visible plus proche de l'image voulue, est proposée. Après une étude de la géométrie du système Catopsys, des méthodes de simulation d'éclairage spécifiques, dérivées de la méthode de lancer de rayons, sont proposées. Enfin, les possibilités fournies par le système pour des applications de réalité mixte ainsi que leur intégration dans la chaîne de traitement sont étudiées. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont permis de participer à la mise au point du système Catopsys, d'étudier la faisabilité de différentes fonctionnalités et d'en réaliser certaines. Ils ont également donné lieu à la publication de plusieurs papiers (une conférence internationale, une revue nationale, une conférence nationale).

Ce travail est dédié à la simulation d’écoulements multidimensionnels de gaz raréfiés dans un domaine où l’interface avec le solide est mobile. Le comportement du gaz est modélisé par un modèle de type BGK de l’équation de Boltzmann et une méthode déterministe de vitesses discrètes est utilisée pour discrétiser l’espace des vitesses microscopiques.Dans ce document, nous proposons tout d’abord trois discrétisations spatiales du modèle qui permettent la prise en compte du mouvement des parois solides, grâce à un traitement spécifique des conditions aux limites. Ces approches sont implémentées et validées pour plusieurs cas unidimensionnels et à la suite de cette étude, la méthode maille coupée est choisie pour une extension à des écoulements de dimensions plus élevées.La suite du travail présente l’algorithme utilisé pour la simulation d’écoulements 2D et 3D. La précision et la robustesse de l’implémentation sont mises en avant grâce à la simulation de nombreux cas tests, dont les résultats sont comparés à ceux issus de la littérature. La méthode maille coupée a notamment été optimisée par une technique de raffinement de maillage adaptatif. La simulation instationnaire 3D de la rotation des pâles du radiomètre de Crookes illustre pleinement le potentiel de la méthode. / This work is devoted to the multidimentional simulation of rarefied gases in a domain with moving boundary. The governing equation is given by BGKtype model of Boltzmann equation and velocity space is discretized with a standard discrete velocity method.We first propose three space discretizations that take boundary motion into account by specific treatment of the boundary conditions. These approaches are implemented and validated for several 1D flows. Based on this study, the cut cell method is chosen to be extend to multidimentional flows.Then we detail the cut cell algorithm for 2D and 3D flow simulations. Robustness and accuracy of the implementation are investigated through the simulation of numerous test cases. Our results are rigorously compared to the ones coming from the literature and good agreement is shown. The cut cell method has been optimized with an adaptive refinement mesh technique. The 3D unstationary simulation of the Crookes radiometer rotating vanes is a perfect illustration of the method potential.

La mission BepiColombo est une des pierres angulaires du programme scientifique de l'ESA. Elle permettra l'étude de la planète Mercure grâce à deux sondes mises en orbite autour de la planète. Une des deux sondes, Mercury Planetary Orbiter (MPO) développée par l'ESA, sera dédiée à l'étude de la surface et de l'intérieur de la planète. La mission est prévue pour un lancement en 2016 et une arrivée sur Mercure en janvier 2024. L’IAS est responsable de l’étalonnage de l'ensemble d'imageurs SIMBIO-SYS (Spectrometer and Imagers for MPO BepiColombo-Integrated Observatory SYStem) composé d’une caméra haute résolution (HRIC), d’une caméra stéréoscopique (STC) et d’un imageur hyperspectral visible et proche-infrarouge (VIHI). Ces instruments devraient profondément modifier nos connaissances de la composition et de la géomorphologie de la surface de Mercure. Ma thèse a consisté à participer à la définition et à la mise en place des caractéristiques et des fonctionnalités du dispositif expérimental d'étalonnage qui se compose principalement d’une cuve à vide contenant les instruments, d’un banc optique rassemblant les sources d'étalonnage et les éléments optiques qui reconstituent les conditions d'observation de Mercure, des interfaces mécaniques permettant le positionnement de l'expérience à l'intérieur de la cuve, des interfaces thermiques visant à explorer les températures de fonctionnement des différentes parties des expériences, des interfaces informatiques assurant la communication avec l'expérience et le pilotage du dispositif d'étalonnage en fonction des tests à réaliser. J’ai modélisés et validé expérimentalement certaines performances du dispositif. Enfin, j’ai défini en étroite collaboration avec les équipes italiennes co-responsables des trois instruments les différentes séquences d’étalonnage qui seront utilisées lors de l’étalonnage. / BepiColombo is one of the cornerstones of the scientific program of ESA. It will study the planet Mercury with two spacecrafts in orbit around the planet. One of the two spacecrafts, the Mercury Planetary Orbiter (MPO), will be dedicated to the study of the surface and interior of the planet. The mission is scheduled for launch in 2016 and arrival at Mercury in January 2024. IAS is responsible for the calibration of the imaging system SIMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory-SYStem) which consists of a high-resolution camera (HRIC), a stereoscopic camera (STC) and a visible and near-infrared hyperspectral imager (VIHI). These instruments should deeply change our understanding of the composition and geomorphology of Mercury surface. My research subject allowed me to participate in all the activities concerning the definition, implementation and validation of the calibration facilities at the IAS. These facilities are divided into different sub-systems: a thermal vacuum chamber containing the instrument during all the calibration campaign that shall simulate the environmental conditions (temperature and pressure), an optical bench with optical components and radiometrically calibrated sources reproducing the observational conditions as it will be seen by the instrument once placed in Mercury’s orbit, mechanical interfaces allowing the positioning and guidance of the instrument when placed inside the vacuum chamber with the required precision and accuracy, thermal interfaces facilitating the thermal excursion of the detectors, software interfaces so as to automatize and control the entire system. I developed a radiometric model of the calibration system and instrument to refine the calibration sources. In parallel, I performed several measurements of some subsystems so as to validate the optical assembly and to improve its control. Finally as a result of a close collaboration with the three Italian scientific teams of the instrument, I elaborate the fully package of the calibration sequences and the detailed instrument configuration that will be used during the calibration campaign.

Les domaines du spectre électromagnétique utilisés par les capteurs imageurs satellitaires (passifs ou actifs) s'étendent aujourd'hui de l'optique aux hyperfréquences. Il est très vite apparu intéressant d'étudier la synergie Issue du regroupement de ces images multisource. Le travail présenté, porte sur la fusion d'images SPOT /ERS et plus particulièrement sur l'étude de différentes stratégies de fusion. L'application à laquelle sont destinées les images est prépondérante car elle spécifie le conditionnement et la stratégie à suivre pour les associer. Deux applications visant à démontrer l'apport de l'imagerie radar, d'une part dans le domaine de l'agronomie, et d'autre part dans le domaine de l'enneigement, ont été étudiées. Le premier exemple abordé porte sur la fusion d'attribut; celle-ci est réalisée au sein d'un modèle numérique de croissance végétale. L'accent est mis sur l'interprétation thématique effectuée sur des attributs qui sont extraits à partir des mesures. Une première exigence : justifier la prise en compte des mesures radar en quantifiant le gain apporté par l'opération de fusion. L'expérience acquise pour l'interprétation des mesures optique sert de référence pour analyser les conclusions tirées de l'interprétation des mesures radar. On évalue aussi l'apport d'une mesure vis-à-vis d'une autre mesure de nature différente. Un premier test utilisant des mesures mixtes contemporaines a permis de comparer les conclusions tirées des deux jeux de mesures traités en parallèle. A l'issue de ce travail, les mesures radar ayant montré leur intérêt, un nouveau test a été effectué avec des données mixtes non-contemporaines. L'assimilation des données mixtes (optique/radar) est gérée par le paramètre temps et le suivi de la croissance du végétal est amélioré par une répartition temporelle plus fine due à la multiplicité des mesures. De plus comme l'aptitude d'une mesure à rendre compte du stade de croissance de la culture varie au cours du temps, il est possible de choisir la mieux adaptée pour un instant donné. Le second exemple concerne la fusion au niveau du pixel. Dans ce cas on s'intéresse à l'interprétation pixel par pixel de la scène, ce qui demande une superposition exacte des différentes images et des données extérieures prises en comptes au sein du processus de fusion. L'étendue des applications faisant appel à ce type de fusion est considérable. Cependant, dans certaines régions, le relief très accidenté limite l'utilisation de l'imagerie radar. On constate un manque d'outils adaptés pour traiter les déformations géométriques et radiométriques rencontrées dans ce cas. Une chaîne de traitement pour construire des ortho-images a été élaborée. Ainsi la modélisation géométrique et la modélisation radiométrique d'une mesure SAR ont été traitées. Certaines étapes ont été spécialement travaillées : la détection des points d'appuis et le ré-échantillonnage d'une grille irrégulière. L'amélioration de ces deux points a été possible grâce à une collaboration multicapteur. En effet, la fusion est mise à profit dès le départ, lors du conditionnement des images, et non plus réservée pour l'analyse finale effectuée sur les informations déjà superposées. Ainsi, des ortho-images SAR acquises en phase ascendante et descendante sur la région de Briançon ont été construites pour une application dont l'objectif est d'identifier l'apport du SAR pour cartographier le manteau neigeux. La reconnaissance de l'apport des images radar, au sein des applications thématiques, favorisent leur utilisation. L'analyse conjointe des images multispectrale optique/hyperfréquence offre de nouvelles perspectives quant à la réalisation de certaines applications. La création de processus de fusion permet d'exploiter au mieux la synergie qui découle de tels regroupements. Des stratégies adaptées sont développées pour satisfaire aux spécificités de l'ensemble des données, et pourvoir à la mise à jour de résultats originaux.