Objectif : Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une recherche étiologique sur les leucémies aigues (LA) de l'enfant, pathologies dont les facteurs de risque sont peu connus. Plusieurs hypothèses ont été testées : 1) le rôle protecteur d'une supplémentation maternelle en acide folique avant et pendant la grossesse et l'investigation par une approche gène-candidat du rôle de polymorphismes communs rs1801133 et 1801131 de MTHFR et rs1801394 et rs1532268 de MTRR supposés modifier le métabolisme des folates, 2) l'association entre la profession et des expositions professionnelles maternelles lors de la grossesse, 3) l'existence d'un lien positif avec l'exposition des enfants au trafic routier. Matériel et méthodes : Les données analysées proviennent d'une étude cas-témoins française, ESCALE, basée sur le Registre National des Hémopathies malignes de l'Enfant et réalisée en population générale sur la période 2003-2004. L'échantillon comportait 648 cas de leucémie aiguë lymphoblastique [LAL], 116 cas de leucémie aiguë non lymphoblastique [LANL], et 1681 témoins de moins de 15 ans. L'échantillonnage a été stratifié sur l'âge et le sexe. Les données ont été recueillies auprès des mères à l'aide d'un questionnaire téléphonique standardisé, identique pour les cas et les témoins. Les génotypes ont été obtenus par génotypage à haut débit, pangénomique pour les cas et à façon pour les témoins, et par imputation pour les polymorphismes non génotypés. Le géocodage des adresses et des indicateurs dérivés de données d'émission de trafic ont permis d'estimer l'exposition des enfants au trafic routier. Les odds ratios (OR) ont été estimés à l'aide de modèles de régression logistique non conditionnelle, incluant les facteurs de confusion potentiels. Résultats : Le risque de LA était significativement inversement associé à une supplémentation maternelle en acide folique avant ou pendant la grossesse (OR=0.4 [0.3-0.6]). Aucun des polymorphismes génétiques de MTHFR et de MTRR n'était associé au risque de LA. Cependant, le fait d'être à la fois porteur homozygote des allèles variants de l'un des polymorphismes de MTHFR, et porteur de deux allèles variants des polymorphismes de MTRR était positivement associé au risque de LA (OR=1.6 [0.9-3.1]). Nous n'observions pas d'interaction entre MTHFR, MTRR et une supplémentation maternelle en acide folique. Des associations positives et significatives on été mises en évidence entre le risque de LA et des expositions auto-déclarées professionnelles maternelles pendant la grossesse, aux teintures de cheveux (OR=3.0 [1.7-5.2]), à des peintures ou vernis et/ou colles (OR=1.5 [1.1-2.2]), et à des rayonnements ionisants (OR=2.4 [1.3-4.6]). Cependant, ces associations étaient limitées aux fréquences d'exposition de moins d'1 heure par semaine et peuvent refléter une sur-déclaration chez les cas. L'exposition maternelle professionnelle aux pesticides n'était pas associée aux LA dans notre étude.Les LA étaient significativement associées à des concentrations élevées de NO2 de fond liées au trafic estimées au lieu de résidence (OR=1.2 [1.0-1.5]) et avec la présence de routes à fort trafic dans un rayon de 500 m centré sur ce lieu (OR=2.0 [1.0-3.6]). Nous observions une association significative entre les LA et une densité élevée de routes à fort trafic dans un rayon de 500 m (OR=2.2 [1.1-4.2]), avec une tendance linéaire positive significative de l'association des LAL avec la longueur totale de routes à fort trafic dans un rayon de 500 m.Conclusion : Cette thèse apporte des arguments en faveur du rôle protecteur d'une supplémentation maternelle périconceptionnelle en acide folique. Elle suggère également un rôle des polymorphismes de MTHFR et MTRR dans le risque des LA, sans interaction toutefois avec la supplémentation. Enfin, elle renforce l'hypothèse que vivre près de routes à fort trafic pourrait augmenter le risque de LA.

Le Ministère des Ressources Naturelles et de la Faune (MRNF) a mandaté la compagnie de géomatique SYNETIX inc. de Montréal et le laboratoire de télédétection de l’Université de Montréal dans le but de développer une application dédiée à la détection automatique et la mise à jour du réseau routier des cartes topographiques à l’échelle 1 : 20 000 à partir de l’imagerie optique à haute résolution spatiale. À cette fin, les mandataires ont entrepris l’adaptation du progiciel SIGMA0 qu’ils avaient conjointement développé pour la mise à jour cartographique à partir d’images satellitales de résolution d’environ 5 mètres. Le produit dérivé de SIGMA0 fut un module nommé SIGMA-ROUTES dont le principe de détection des routes repose sur le balayage d’un filtre le long des vecteurs routiers de la cartographie existante. Les réponses du filtre sur des images couleurs à très haute résolution d’une grande complexité radiométrique (photographies aériennes) conduisent à l’assignation d’étiquettes selon l’état intact, suspect, disparu ou nouveau aux segments routiers repérés. L’objectif général de ce projet est d’évaluer la justesse de l’assignation des statuts ou états en quantifiant le rendement sur la base des distances totales détectées en conformité avec la référence ainsi qu’en procédant à une analyse spatiale des incohérences. La séquence des essais cible d’abord l’effet de la résolution sur le taux de conformité et dans un second temps, les gains escomptés par une succession de traitements de rehaussement destinée à rendre ces images plus propices à l’extraction du réseau routier. La démarche globale implique d’abord la caractérisation d’un site d’essai dans la région de Sherbrooke comportant 40 km de routes de diverses catégories allant du sentier boisé au large collecteur sur une superficie de 2,8 km2. Une carte de vérité terrain des voies de communication nous a permis d’établir des données de référence issues d’une détection visuelle à laquelle sont confrontés les résultats de détection de SIGMA-ROUTES. Nos résultats confirment que la complexité radiométrique des images à haute résolution en milieu urbain bénéficie des prétraitements telles que la segmentation et la compensation d’histogramme uniformisant les surfaces routières. On constate aussi que les performances présentent une hypersensibilité aux variations de résolution alors que le passage entre nos trois résolutions (84, 168 et 210 cm) altère le taux de détection de pratiquement 15% sur les distances totales en concordance avec la référence et segmente spatialement de longs vecteurs intacts en plusieurs portions alternant entre les statuts intact, suspect et disparu. La détection des routes existantes en conformité avec la référence a atteint 78% avec notre plus efficace combinaison de résolution et de prétraitements d’images. Des problèmes chroniques de détection ont été repérés dont la présence de plusieurs segments sans assignation et ignorés du processus. Il y a aussi une surestimation de fausses détections assignées suspectes alors qu’elles devraient être identifiées intactes. Nous estimons, sur la base des mesures linéaires et des analyses spatiales des détections que l’assignation du statut intact devrait atteindre 90% de conformité avec la référence après divers ajustements à l’algorithme. La détection des nouvelles routes fut un échec sans égard à la résolution ou au rehaussement d’image. La recherche des nouveaux segments qui s’appuie sur le repérage de points potentiels de début de nouvelles routes en connexion avec les routes existantes génère un emballement de fausses détections navigant entre les entités non-routières. En lien avec ces incohérences, nous avons isolé de nombreuses fausses détections de nouvelles routes générées parallèlement aux routes préalablement assignées intactes. Finalement, nous suggérons une procédure mettant à profit certaines images rehaussées tout en intégrant l’intervention humaine à quelques phases charnières du processus. / In order to optimize and reduce the cost of road map updating, the Ministry of Natural Resources and Wildlife is considering exploiting high definition color aerial photography within a global automatic detection process. In that regard, Montreal based SYNETIX Inc, teamed with the University of Montreal Remote Sensing Laboratory (UMRSL) in the development of an application indented for the automatic detection of road networks on complex radiometric high definition imagery. This application named SIGMA-ROUTES is a derived module of a software called SIGMA0 earlier developed by the UMRSL for optic and radar imagery of 5 to 10 meter resolution. SIGMA-ROUTES road detections relies on a map guided filtering process that enables the filter to be driven along previously known road vectors and tagged them as intact, suspect or lost depending on the filtering responses. As for the new segments updating, the process first implies a detection of potential starting points for new roads within the filtering corridor of previously known road to which they should be connected. In that respect, it is a very challenging task to emulate the human visual filtering process and further distinguish potential starting points of new roads on complex radiometric high definition imagery. In this research, we intend to evaluate the application’s efficiency in terms of total linear distances of detected roads as well as the spatial location of inconsistencies on a 2.8 km2 test site containing 40 km of various road categories in a semi-urban environment. As specific objectives, we first intend to establish the impact of different resolutions of the input imagery and secondly establish the potential gains of enhanced images (segmented and others) in a preemptive approach of better matching the image property with the detection parameters. These results have been compared to a ground truth reference obtained by a conventional visual detection process on the bases of total linear distances and spatial location of detection. The best results with the most efficient combination of resolution and pre-processing have shown a 78% intact detection in accordance to the ground truth reference when applied to a segmented resample image. The impact of image resolution is clearly noted as a change from 84 cm to 210 cm resolution altered the total detected distances of intact roads of around 15%. We also found many roads segments ignored by the process and without detection status although they were directly liked to intact neighbours. By revising the algorithm and optimizing the image pre-processing, we estimate a 90% intact detection performance can be reached. The new segment detection is non conclusive as it generates an uncontrolled networks of false detections throughout other entities in the images. Related to these false detections of new roads, we were able to identify numerous cases of new road detections parallel to previously assigned intact road segments. We conclude with a proposed procedure that involves enhanced images as input combined with human interventions at critical level in order to optimize the final product.

L'émergence de la notion de développement durable est actuellement un point d'inflexion pour les politiques publiques. Pour renouveler son mode de gouvernance et afin d'introduire le développement durable dans les politiques des villes, les pays du Nord et du Sud ont intégré ce concept dans des textes législatifs majeurs. En France comme en Algérie, nous nous intéressons à l'évolution des mesures urbanistiques de réduction des nuisances urbaines, en particulier, le bruit. En France, la loi SRU incarne, par les Plans Locaux d'Urbanisme (PLU) et des Plans d'Aménagement et de Développement Durable (PADD), les principes de l'approche transversale des problématiques urbaines et le renforcement de la concertation avec les populations locales. En Algérie, loi n° 01-20 relative à l'aménagement et au développement durable du territoire n'a pas amené à des changements profonds sur les POS, mais elle leur a apporté certaines modifications pour leur permettre de suivre le sens du développement durable et la démocratie participative. L'enjeu de ce travail est d'étudier l'articulation entre le bruit et la planification urbaine à travers les documents d'urbanisme respectifs de chaque pays (PLU en France et POS en Algérie). La question principale est d'examiner la pertinence des nouvelles dispositions urbanistiques en ce qui concerne la réduction du bruit routier et d'évaluer leur mise en œuvre effective en termes de politiques et actions locales. Il s'agit de définir l'apport réel des changements institutionnels et instrumentaux motivés par le développement durable. Nous souhaitons également évaluer les avancées de l'action publique dans l'amélioration de la qualité environnementale. Pour saisir cette problématique, nous interrogeons, à travers les indicateurs de développement durable, les changements stratégiques, méthodologiques et culturels de la planification urbaine avec l'exemple de la prise en compte du bruit routier. Pour analyser les freins qui limitent ou qui risquent de limiter l'efficacité environnementale des documents d'urbanisme, nous proposons de rapprocher certains regards disciplinaires (urbanisme, droit et analyse des politiques publiques, environnement). Notre méthodologie se base aussi sur les entretiens avec les acteurs de la ville, les documents d'urbanisme locaux et des visites de terrains de trois communes franciliennes (Fontenay-sous-Bois, Saint-Denis, Boulogne Billancourt) et une commune algéroise (El Mohammadia)

Ce travail de thèse propose une approche générique pour l'estimation de l'état/ des paramètres et pour le placement de capteurs de systèmes hyperboliques non linéaires en dimension infinie. Le travail est donc divisé en deux parties principales : une partie consacrée à l'estimation optimale et une partie dédiée au placement optimal de capteurs. La méthode d'estimation optimale utilise une approche par calcul des variations et utilise la méthode des multiplicateurs de Lagrange. Ces multiplicateurs jouent un rôle important en donnant accès aux sensibilités des mesures par rapport aux variables qui doivent être estimées. Ces sensibilités, décrites par les équations adjointes, sont aussi à l'origine d'une nouvelle approche, dite méthode de l'adjoint, pour le placement optimal de capteurs. Divers exemples, construits sur la base de simulations mais également de données réelles et pour différents scénarios, sont aussi étudiées afin d'illustrer l'efficacité des approches développées. Ces exemples concernent les écoulements à surface libre (en hydrologie des bassins versants) et le trafic routier représentés par des équations aux dérivées partielles hyperboliques non linéaires. / The thesis proposes a general framework for both state/parameters estimation and sensor placement in nonlinear infinite dimensional hyperbolic systems. The work is therefore divided into two main parts: a first part devoted to the optimal estimation and a second one to optimal sensor location. The estimation method is based on the calculus of variations and the use of Lagrange multipliers. The Lagrange multipliers play an important role in giving access to the sensitivities of the measurements with respect to the variables to be estimated. These sensitivities, described by the adjoint equations, are also the key idea of a new approach, so-called the adjoint-based approach, for the optimal sensor placement. Various examples, either based on some simulations with synthetic measurements or real data sets and for different scenarios, are also studied to illustrate the effectiveness of the developed approaches. Theses examples concern the overland flow systems and the traffic flow, which are both governed by nonlinear hyperbolic partial differential equations.

Abstract: Nowadays, traffic analysis are relying on data collected from various traffic sensors. Among the various traffic surveillance techniques, video surveillance systems are often used for monitoring and characterizing traffic load. In this thesis, we focused on two aspects of traffic analysis without using motion features in low frame-rate videos: Traffic density flow analysis and Vehicle detection and classification. Traffic density flow analysis}: Knowing in real time when the traffic is fluid or when it jams is a key information to help authorities re-route vehicles and reduce congestion. Accurate and timely traffic flow information is strongly needed by individual travelers, the business sectors and government agencies. In this part, we investigated the possibility of monitoring highway traffic based on videos whose frame rate is too low to accurately estimate motion features. As we are focusing on analyzing traffic images and low frame-rate videos, traffic density is defined as the percentage of road being occupied by vehicles. In our previous work, we validated that traffic status is highly correlated to its texture features and that Convolutional Neural Networks (CNN) has the superiority of extracting discriminative texture features. We proposed several CNN models to segment traffic images into three different classes (road, car and background), classify traffic images into different categories (empty, fluid, heavy, jam) and predict traffic density without using any motion features. In order to generalize the model trained on a specific dataset to analyze new traffic scenes, we also proposed a novel transfer learning framework to do model adaptation. Vehicle detection and classification: The detection of vehicles pictured by traffic cameras is often the very first step of video surveillance systems, such as vehicle counting, tracking and retrieval. In this part, we explore different deep learning methods applied to vehicle detection and classification. Firstly, realizing the importance of large dataset for traffic analysis, we built and released the largest traffic dataset (MIO-TCD) in the world for vehicle localization and classification in collaboration with colleagues from Miovision inc. (Waterloo, On). With this dataset, we organized the Traffic Surveillance Workshop and Challenge in conjunction with CVPR 2017. Secondly, we evaluated several state-of-the-art deep learning methods for the classification and localization task on the MIO-TCD dataset. In light of the results, we may conclude that state-of-the-art deep learning methods exhibit a capacity to localize and recognize vehicle from a single video frame. While with a deep analysis of the results, we also identify scenarios for which state-of-the-art methods are still failing and propose concrete ideas for future work. Lastly, as saliency detection aims to highlight the most relevant objects in an image (e.g. vehicles in traffic scenes), we proposed a multi-resolution 4*5 grid CNN model for the salient object detection. The model enables near real-time high performance saliency detection. We also extend this model to do traffic analysis, experiment results show that our model can precisely segment foreground vehicles in traffic scenes. / De nos jours, l’analyse de trafic routier est de plus en plus automatisée et s’appuie sur des données issues de senseurs en tout genre. Parmi les approches d’analyse de trafic routier figurent les méthodes à base de vidéo. Les méthodes à base de vidéo ont pour but d’identifier et de reconnaître les objets en mouvement (généralement des voitures et des piétons) et de comprendre leur dynamique. Un des défis parmi les plus difficile à résoudre est d’analyser des séquences vidéo dont le nombre d’images par seconde est très faible. Ce type de situation est pourtant fréquent considérant qu’il est très difficile (voir impossible) de transmettre et de stocker sur un serveur un très grand nombre d’images issues de plusieurs caméras. Dans ce cas, les méthodes issues de l’état de l’art échouent car un faible nombre d’images par seconde ne permet pas d’extraire les caractéristiques vidéos utilisées par ces méthodes tels le flux optique, la détection de mouvement et le suivi de véhicules. Au cours de cette thèse, nous nous sommes concentré sur l’analyse de trafic routier à partir de séquences vidéo contenant un très faible nombre d’images par seconde. Plus particulièrement, nous nous sommes concentrés sur les problème d’estimation de la densité du trafic routier et de la classification de véhicules. Pour ce faire, nous avons proposé différents modèles à base de réseaux de neurones profonds (plus particulièrement des réseaux à convolution) ainsi que de nouvelles bases de données permettant d’entraîner les dits modèles. Parmi ces bases de données figure « MIO-TCD », la plus grosse base de données annotées au monde faite pour l’analyse de trafic routier.

Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le contexte des systèmes de particules. Nous considérons différents systèmes physiques, décrits de manière continue, et dont la dynamique est modélisée par des équations aux dérivées partielles décrivant l’évolution temporelle de certaines quantités macroscopiques ou microscopiques, selon l’échelle de description envisagée. Dans une première partie, nous nous intéressons à une équation de type coagulation-fragmentation cinétique. Nous obtenons un résultat d’existence globale en temps, dans le cadre des solutions renormalisées de DiPerna-Lions, pour toute donnée initiale vérifiant les estimations naturelles et possédant une norme L1 et une norme Lp (p > 1) finies. La deuxième partie traite de méthodes de moments. L’objectif de ces méthodes est d’approcher un modèle cinétique par un nombre fini d’équations portant sur des quantités dépendant uniquement de la variable d’espace, et la question est de savoir comment fermer le système obtenu pour obtenir une bonne approximation de la solution du modèle cinétique. Dans un cadre linéaire, nous obtenons une méthode de fermeture explicite conduisant à un résultat de convergence rapide. Enfin, dans une troisième partie, nous travaillons sur la modélisation du trafic routier avec prise en compte de la congestion à l’aide d’un système hyperbolique avec contraintes, issu de la dynamique des gaz sans pression. En modifiant convenablement ce système, nous parvenons à modéliser des phénomènes de trafic routier "multi-voies", comme l’accélération, et la création de zones de vide. Un résultat d’existence et de stabilité des solutions de ce modèle modifié est démontré. / The context of this thesis is particle systems. We deal with different physical systems, described continuously, whose dynamics are modeled by partial differential equations. These equations follow the evolution in time of macroscopic or microscopic quantities, according to scale description. In the first part, we consider a kinetic model for coagulation-fragmentation. We obtain a global existence result, using the notion of DiPerna-Lions renormalized solutions, for initial data satisfying the natural physical bounds, and assumptions of finite L1 and Lp norm (for some p > 1). The second part deals with methods of moments. The aim of these methods is to approximate a kinetic model by a finite number of equations whose unknowns depend only on the space variable. The question is : how to close this system to get a good approximation of the solution of the kinetic model ? In a linear setting, we obtain an explicit method with linear closure relations, which leads to a fast convergence result. In the last part, we work on modeling of traffic jam taking into account the congestion, using a hyperbolic system with constraints, which occurs in the dynamics of a pressureless gas. By suitably modifying this system, we can model "multi-lane" phenomena, like acceleration, and creation of vacuum. An existence and stability result is proved on this new model.

Ce travail de thèse porte sur la valorisation de granulats recyclés dans la fabrication de nouveaux liants hydrauliques. Il s’inscrit dans une problématique actuelle de gestion des déchets du BTP, de sauvegarde des ressources naturelles et de réduction des gaz à effets de serre liés à la production de matériaux cimentaires. En quelques chiffres, sur les 260 millions de tonnes de déchets inertes produits annuellement par le secteur du BTP en France, 90 millions sont encore déposés en installations de stockage. C’est ce gisement qu’il convient de réduire pour accentuer la fabrication de granulats recyclés estimée aujourd’hui à 15 millions de tonnes/an. Dans cette perspective, ce travail de recherche a pour double objectif de valoriser des granulats recyclés sous forme de fines (Dmax < 80 µm) comme addition minérale en substitution du ciment pour les mortiers et bétons ou bien comme constituant principal de Liants Hydrauliques Routiers (LHR) pour le traitement des sols en place. Deux matériaux source sont utilisés, à savoir : un béton aux propriétés connues et maitrisées et un granulat issu d’une plateforme de recyclage représentatif d’une filière de production. De ces deux matériaux, des fines sont fabriquées par un protocole couplé de concassage et criblage avec ou sans traitement thermique à haute température puis caractérisées (caractérisation physico-chimique, minéralogique et réactivité hydraulique résiduelle) en vue d’établir une cartographie complète de leur potentiel de valorisation en fonction de leur origine. Le premier objectif intitulé « fabrication d’une addition minérale à base de fines » traite de l’effet de cette addition sur le comportement rhéologique, mécanique et sur les propriétés de durabilité de mortiers. Malgré un verrou normatif lié à l’utilisation de matières non référencées dans les normes des matériaux cimentaires, les résultats de ce travail démontrent la faisabilité d’introduire des fines en substitut d’additions classiques tel que le filler calcaire dans des proportions largement supérieures à celles imposées. Le second objectif intitulé « fabrication de liants hydrauliques routiers à base de fines » traite de la conception de LHR à base de fines pour le traitement des sols en place. C’est à partir d’un sol témoin reconstitué en laboratoire que deux familles de LHR à base de fines traitées et non traitées sont conçues, testées et comparées à des liants hydrauliques routiers commercialisés et enfin optimisées. / This thesis work focuses on the valorization of recycled aggregates as main component for hydraulic binders. This is included in a current issue of waste management, protection of natural resources and environment, reduction of greenhouse gases emissions in cement production. In France, on 260 millions tons of inert wastes produced per year, 90 millions tons are still stored in non-hazardous landfill. This waste deposit has to be reduced to increase the production of recycled aggregates currently estimated at 15 million tons per year. In view of this, this research is aimed to enhance the valorization of recycled aggregates into powder form (Dmax < 80 microns) as a mineral addition in substitution of cement for mortar and concrete or as main constituent of Hydraulic Road Binders (HRB). Two sources of materials are used : a five years old concrete and a recycled aggregates come from a recycling plant. Powders are prepared by crushing and sieving with or without high-temperature heat treatment and characterized (physical, chemical and mineralogical characterizations : residual hydraulic reactivity) to evaluate their potential valorization based on their origin.The first objective, entitled “Conception of mineral addition using powder of recycled aggregates”, deals with of the influence of this new materials on rheological, mechanical and durability properties of mortars. The results of this study allow us to evaluate the benefits of incorporating powder obtained by crushing/sieving of recycled aggregates as cement or limestone substitute used in the composition of a mortar. The second objective, entitled "conception of the Hydraulic Road Binders using powders of recycled aggregates", deals with the design of HRB by a comparative approach with HRB manufactured. The characteristics of binders are tested on mortars and on samples of treated soil and the results show that it's possible to produce an HRB rich in powders of recycled aggregates with or without cement which can efficiently stabilize clayey soils.

La reconstruction de routes est un sujet important dans le domaine de la modélisation 3D. Nous proposons dans cette thèse des méthodes pour construire des modèles de réseaux routiers réalistes à partir de données SIG.Tout d'abord, les problèmes de la reconstruction d'un simple axe de route à partir d'une polyligne sont étudiés. Nous présentons un modèle de courbe par morceaux G1 qui est non seulement fidèle à l'axe de la route réelle mais aussi pratique et pas onéreux à obtenir. Notre algorithme Least Square Growing crée, comme dans le génie civil, une courbe horizontale et une courbe verticale, puis les combine pour produire un axe routier 3D approchant la polyligne. Traiter individuellement des polylignes conduit à des discontinuités aux intersections des routes. C’est pourquoi nous introduisons une procédure pour détecter les relations entre les routes, afin de proposer un processus global pour reconstruire tous les axes routiers avec prenant en compte les nouvelles contraintes sur les extrémités des routes.Enfin, sur la base de l'axe de la route et les propriétés résultant de la route dans la base de données SIG, nous définissons un modèle mathématique de la surface de la route en respectant les contraintes essentielles de surfaces routières réelles. Pour produire une géométrie représentant la surface de la route finale, nous construisons un maillage grossier de la carte d'élévation du terrain d'entrée, que nous subdivisons adaptativement le long de l'axe de la route, puis ajustons l'altitude des sommets concernés à la valeur définie par le modèle mathématique de la route afin de parvenir à une correspondance correcte entre le terrain et la vraie route. / Road reconstruction is an important topic in 3D modeling. Recently, the steady development of many critical-accurate applications has posed a high demand for realistic road models, taking into account road-design constraints selected from civil engineering. We propose in this dissertation methods for building realistic road network models from GIS data.Firstly, problems of single road axis reconstruction from a polyline are addressed. We present a novel G1-piecewise-curve model which is not only faithful to the real road axis but also convenient and cheap to render. Our Least Square Growing Algorithm creates, as in civil engineering, an horizontal and a vertical curves, then combines them to produce a 3D road axis fitting well the polyline. Processing individual polyline will leads to the discontinuities at road intersections so we introduce a procedure to detect road relations, then we propose a global process to reconstruct all road axes with the considerations on further constraints of road ends.Finally, based upon the resulting road axis and road properties in the GIS database, we define a mathematical road surface model respecting the essential constraints of real road surfaces. To produce a geometry representing the final road surface, we build a coarse mesh from the input terrain highmap, subdivide it adaptively along the road axis, then adjust the altitude of concerning vertices to the value defined by the mathematical model in order to attain a correct mapping between the terrain and the real road.

L'usage excessif des routes peut entraîner de nombreux inconvénients dont la pollution, les accidents et la congestion. Une solution accessible à court terme consiste à mettre en œuvre des systèmes de gestion de trafic. Dans ce cadre, nous proposons un formalisme, appelé Réseaux de Petri Lots Triangulaire, qui permet la modélisation et la simulation du trafic routier au niveau mésoscopique comme un système à événements discrets. Le RdPLots Triangulaire permet ainsi de décrire les caractéristiques globales du trafic routier: flux, densité et vitesse à travers la proposition d'une relation flux-densité triangulaire. Cette relation implique une modification de la dynamique des lots. Cette dynamique permet maintenant de représenter les deux états du trafic routier à savoir fluide et congestionné ainsi que les trois régimes dédiés au comportement libre, congestion et décongestion. Le calcul des flux instantanés des transitions est à présent réalisé par une méthode basée sur la technique de programmation linéaire en ajoutant une contrainte qui prend en compte l'état et le régime des lots. Pour modéliser des stratégies de contrôle telles que la variation de la vitesse limite (VSL), nous avons intégré au RdPLots Triangulaire des événements contrôlés qui permettent le changement de la vitesse maximale d'une place lot et le flux maximal d'une transition continue ou lot. Tous ces apports théoriques sont implémentés dans un logiciel que nous avons appelé SimuleauTri, sous lequel nous avons étudié des portions d'autoroute à partir des données réelles. Les résultats de simulation sont proches des mesures effectuées sur le terrain, et montrent la pertinence de RdPLots Triangulaire. / The excessive use of roads can cause many adverse effects including pollution, insecurity and congestion. The available short-term solution is the implementation of traffic management systems which optimize the flow and reduce congestion without needing additional infrastructures. In this context, we proposed a new formalism, called Triangular Batches Petri Nets (Triangular BPN), which combines modeling and simulation of traffic in mesoscopic level as a discrete event system. The Triangular BPN describing the overall characteristics of the road traffic such as flow, density, speed by representing a new triangular relation flow-density. This relation implies the modification of batches dynamic, which is now used to represent the two road traffic states : fluid and congested, as well as the three behaviors :free, congestion and decongestion. The calculation of the instantaneous firing flows is achieved by adding a constraint that takes into account the state and behavior of batches. A set of controlled events integrated to the Triangular BPN, that allow the variation of the maximum speed of batch place and the maximum flow of batch and continuous transition. These controlled events used to model the control strategies, such as variable speed limit (VSL). All these theoretical contributions implemented in a software that is called SimuleauTri and used to study a motorway portions from real data. The simulation results are close to the measurements on the ground and show the pertinence of Triangular BPN.

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s’inscrivent dans le cadre des Systèmes de TransportIntelligents (STI). Bien que les premières études sur ces systèmes ont commencé dans les années 60, leurdéveloppement reposant sur les techniques de l’information et de la communication, a atteint sa maturitédans le début des années 80. Les STI, sont composés de différents systèmes et intègrent différents concepts(systèmes embarqués, capteurs intelligents, autoroutes intelligentes, . . .) afin d’optimiser le rendementdes infrastructures routières et répondre aux problèmes quotidiens des congestions. Ce mémoire présentequatre contributions dans le cadre du trafic routier et aborde les problèmes de l’estimation et de lacommande afin d’éliminer les problèmes de congestions « récurrentes ». Le premier point traite unproblème crucial dans le domaine des STI qui est celui de l’estimation. En effet, la mise en oeuvre delois de commande pour réguler le trafic impose de disposer de l’ensemble des informations concernantl’évolution de l’état du trafic. Dans ce contexte, deux algorithmes d’estimation sont proposés. Le premierrepose sur l’emploi du modèle METANET et les techniques de modes de glissement d’ordre supérieur. Lesecond est basé sur les CTM (Cell Transmission Models). Plusieurs études comparatives avec les filtresde Kalman sont proposées. La seconde contribution concerne la régulation du trafic. L’accent est mis surle contrôle d’accès isolé en utilisant les algorithmes issus du mode de glissement d’ordre supérieur. Cettecommande est enrichie en introduisant une commande intégrée combinant le contrôle d’accès et le routagedynamique. L’ensemble des résultats, validé par simulation, est ensuite comparé aux stratégies classiquesnotamment le contrôle d’accès avec l’algorithme ALINEA. La troisième contribution traite des problèmesde coordination. En effet, l’objectif est d’appliquer le principe de la commande prédictive pour contrôlerplusieurs rampes d’accès simultanément. L’ensemble des contributions ont été validées en utilisant desdonnées réelles issues en grande partie de mesures effectuées sur des autoroutes françaises. Les résultatsobtenus ont montré un gain substantiel en termes de performances tels que la diminution du trajet, dutemps d’attente, de la consommation énergétique, ainsi que l’augmentation de la vitesse moyenne. Cesrésultats permettent d’envisager plusieurs perspectives nouvelles de développement des recherches dansce domaine susceptibles d’apporter des solutions intéressantes. / The works presented in this PhD dissertation fit into the framework of Intelligent TransportationSystems. Although the beginnings of these systems have started since the 60s, their development, basedon information and communication technologies, has reached maturity during the early 80s. The ITS usesthe intelligence of different systems (embedded systems, intelligents sensors, intelligents highways, etc.)in order to optimize road infrastructures performances and respond to the daily problems of congestions.The dissertation presents four contributions into the framework of road traffic flow and tackles theestimation and control problems in order to eliminate or at least reduce the “recurrent" congestionsphenomena. The first point treats the problem of traffic state estimation which is of most importance inthe field of ITS. Indeed, the implementation and performance of any control strategy is closely relatedto the ability to have all needed information about the traffic state describing the dynamic behavior ofthe studied system. Two estimation algorithms are then proposed. The first one uses the “metanet"model and high order sliding mode techniques. The second is based on the so-called Cell TransmissionModels. Several comparative studies with the Kalman filters, which are the most used in road traffic flowengineering, are established in order to demonstrate the effectiveness of the proposed approaches. Thethree other contributions concern the problem of traffic flow control. At first, the focus is on the isolatedramp metering using an algorithm based on the high order sliding mode control. The second contributiondeals with the dynamic traffic routing problem based on the high order sliding mode control. Such controlstrategy is enriched by introducing the concept of integration, in the third contribution. Indeed, integratedcontrol consists of a combination of several traffic control algorithms. In this thesis the proposed approachcombines an algorithm of on-ramp control with a dynamic traffic routing control. The obtained results arevalidated via numerical simulations. The validated results of the proposed isolated ramp metering controlare compared with the most used ramp metering strategy : ALINEA. Finally, the last contributiontreats the coordination problems. The objective is to coordinate several ramps which cooperate andchange information in order to optimize the highway traffic flow and reduce the total travel time in theapplied area. All these contributions were validated using real data mostly from French freeways. Theobtained results show substantial gains in term of performances such as travel time, energetic consumptiondecreasing, as well as the increasing in the mean speed. These results allow to consider several furtherworks in order to provide more interesting and efficient solutions in the ITS field.