Cette étude concerne la mise en euvre de méthodes numériques d'optimisation de type contrôle optimal appliquées à un problème d'assimilation de données en océanographie. Il s'agit d'étudier la faisabilité de la méthode dans un problème de grande taille et dans un modèle turbulent, caractéristique des circulations océaniques aux latitudes moyennes. Le modèle de circulation utilisé est un modèle quasi-géostrophique stratifié en plusieurs couches. Les données à assimiler sont les mesures altimétriques satellitaires (hauteur de la surface libre de l'océan). Elles se trouvent uniquement sur la couche de surface. Le vecteur de contrôle est choisi comme étant la condition initiale du système dynamique sur toutes les couches. Sur le plan théorique, sont étudiés : - l'existence et l'unicité de la solution de l'équation linéarisée ; - l'existence et l'unicité de l'état adjoint ; - la convergence de la méthode de contrôle par des suites minimisantes. Nous étudions ensuite la qualité de l'identification des circulations en profondeur en connaissant les informations de surface. Nous abordons aussi les différentes stratégies d'assimilation en temps (séquentielle, incrémentale, ...). Une étude au second ordre de la fonctionnelle permet d'estimer l'erreur de l'identification et de quantifier la propagation des informations de surface en profondeur. Un test de la validation croisée généralisée sur notre problème pour déterminer le coefficient de régularisation est fait grâce à cette étude au second ordre.

Cette étude traite du rôle de la télévision satellitaire dans l'éducation culturelle comme espace de l'éducation informelle en Syrie. Notre analyse a porté sur les contenus culturels diffusés pendant une semaine sur quatre chaînes des plus regardées (Al-jazeera, Al-manar, LBC, et la chaîne satellitaire de la Télévision Arabe Syrienne) par le téléspectateur syrien. La méthodologie adoptée est celle de l'analyse de contenu permettant, en prenant en compte le contexte culturel et politico-médiatique syrien, de cerner l'orientation éditoriale et la politique de chaque chaîne en matière de l'éducation culturelle. L'analyse d'un ensemble d'émissions télévisuelles éducatives-culturelles classées en deux catégories : directe et semi-directe, a permis de distinguer et de comparer quatre cultures différentes présentant en majorité des dimensions religieuse, politique, patriotique et sociale. Ce travail consacré à l'analyse des contenus culturels véhiculés par la télévision satellitaire regardée en Syrie, pourrait à ce jour refléter l'éducation culturelle telle qu'elle est relatée dans une sphère médiatique arabe en pleine mutation où plusieurs cultures se concurrencent et tentent de s'imposer.

Pendant les 20 dernières années, notre connaissance de la déformation de la Terre a été complètement bouleversée par l'introduction de deux techniques de Géodésie spatiale. D'une part, ce que l'on appelle positionnement satellitaire ('point positioning') pas seulement à partir du système GPS (Global Positioning System) mais également à partir du système DORIS (Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated from Space). D'autre part, ont été développées des techniques d'imagerie satellitaire de corrélation d'images et d'interférométrie SAR (Synthetic Aperture Radar) ainsi que les méthodes de mesures de décalages sur des images panchromatiques à haute résolution spatiale. Ces nouvelles techniques, complémentaires de techniques plus classiques, ont permis une série d'avancées scientifiques notamment la confirmation et l'amélioration de la théorie de la tectonique de plaques, la cartographie fine de déplacements sismiques et asismiques, la cartographie de la distribution de la déformation en marges de plaques, l'amélioration de la compréhension des phénomènes de relaxation post sismiques, la détection de séismes lents et 'silencieux', la détection de signaux précurseurs de séismes ou d'éruptions volcaniques. Actuellement des nombreuses questions clés restent ouvertes. Notamment : - l'importance relative de la déformation accommodée sismiquement en bords de plaques par rapport à la déformation totale et à la contrainte tectonique ; - la contribution des séismes à la déformation par rapport au déplacement asismique sur les discontinuités (failles) ; - la possibilité de proposer des modèles pour les précurseurs des séismes et leur pertinence. Le but de la présente Thèse de Doctorat, est d'étudier le potentiel, les limitations et la complémentarité des données issues de l'Observation de la Terre pour prendre en compte et essayer de répondre à certains aspects des questions exposées ci-dessus. Nous avons concentré notre travail sur un nombre limité de zones telles que Bam (Iran), Parkfield (USA), et le Longmen Shan (China). Les travaux présentés se basent sur le Radar à Synthèse d'Ouverture (RSO), les techniques de corrélation d'image radar d'amplitude ainsi que les images panchromatiques à haute résolution du type SPOT-5 ou Quickbird. Dans notre recherche, nous avons essayé de développer des approches techniques originales (comme la corrélation d'images aériennes et Quickbird), nous avons étudié en particulier la modélisation et la suppression de la composante topographique (non désirée) des correlogrammes issus de l'imagerie optiques et radar et nous nous sommes également concentrés sur la contribution de la ionosphère au signal radar interférométrique en bande L. Pour résumer, notre travail s'est focalisé sur deux axes ; d'une part, on s'intéresse aux approches techniques originales; de l'autre, nous concentrons nos efforts de recherche sur la compréhension des processus néotectoniques, notamment le champ de déplacement cosismique, la répartition de la déformation pendant la phase intersismique et cosismique du cycle sismique sur failles majeures en bord de plaques (p. e. la faille de San Andreas) ou intra plaque (p. e. le Longmen Shan). Je suis inscrit à l'Ecole Doctorale de l'Université Pierre et Marie Curie de Paris depuis janvier 2009, mais je considère ce manuscrit de Thèse comme le résultat d'un chemin de travail qui a commencé bien avant. Dans ce manuscrit, je vous présente une synthèse des principaux résultats des recherches que j'ai menées depuis 2003. Chaque chapitre de ce manuscrit représente une étude dédiée et ciblée. Chaque étude a fait l'objet d'une publication scientifique ou a été présentée lors d'un congrès international.

Le Haut Comité de Santé Publique donne des recommandations sur les moyens d'améliorer la connaissance des phénomènes liés à la pollution atmosphérique dans le but d'aider à l'évaluation de l'exposition des citadins. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans ce contexte global en s'orientant vers la cartographie de la concentration en particules en ville. Plusieurs outils existent aujourd'hui qui permettent de dériver des informations sur la qualité de l'air. Ce sont des cartes obtenues par des méthodes d'interpolation spatiale des mesures ponctuelles ou des modèles numériques. Ces deux approches ont des limitations. L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'établissement d'une stratégie de cartographie de la pollution atmosphérique sur l'ensemble d'une agglomération à l'échelle de la rue (100 m) en s'appuyant notamment sur l'imagerie satellitaire. La stratégie de cartographie comprend deux méthodes. La méthode des champs typiques vise à améliorer la représentation de la pollution en appliquant des méthodes de fusion de données à des cartes de pollution déjà existantes. Les méthodes de fusion de données sont appliquées à la cartographie de la qualité de l'air. Une formalisation de la méthode des champs typiques est donnée et un essai sur un cas pratique est réalisé. La méthode de densification du réseau de mesure vise à créer des cartes de pollution en interpolant les valeurs de concentration mesurées par les stations. Des stations virtuelles s'ajoutent au stations réelles du réseau de mesure pour le rendre plus dense et améliorer ainsi l'interpolation. Ces stations virtuelles sont déterminées à partir d'une classification sur des éléments décrivant l'environnement des stations. Pour la ville de Strasbourg, 635 stations virtuelles sont ajoutées aux cinq stations réelles existantes. La cartographie par interpolation avec ces stations est améliorée qualitativement et quantitativement (jusqu'à 70 %). Pour valider la définition des stations virtuelles, l'imagerie satellitaire est utilisée. Les longueurs d'ondes autour de 815 nm sont les plus sensibles aux particules. La bande spectrale TM1 du capteur TM de Landsat5 est appropriée pour la détection des particules et est utilisée pour valider les stations virtuelles. 70 % des stations virtuelles ont été validées avec cette approche.

Les séries temporelles d'images satellitaires sont une source d'information importante pour le suivi des changements spatio-temporels des surfaces terrestres. En outre, le nombre d'images est en augmentation constante. Pour les exploiter pleinement, des outils dédiés au traitement automatique du contenu informationnel sont développés. Néanmoins ces techniques ne satisfont pas complètement les géographes qui exploitent pourtant, de plus en plus couramment, les données extraites des images dans leurs études afin de prédire le futur. Nous proposons dans cette thèse, une méthodologie générique à base d'un modèle de Markov caché pour l'analyse et la prédiction des changements sur une séquence d'images satellitaires. Cette méthodologie présente deux modules : un module de traitement intégrant les descripteurs et les algorithmes classiquement utilisés en interprétation d'images, et un module d'apprentissage basé sur les modèles de Markov cachés. La performance de notre approche est évaluée par des essais d'interprétations des évènements spatio-temporels effectués sur plusieurs sites d'études. Les résultats obtenus permettront d'analyser et de prédire les changements issus des différentes séries temporelles d'images SPOT et LANDSAT pour l'observation des évènements spatio-temporels telle que l'expansion urbaine et la déforestation.

L’étude des déplacements des baleines à bosse (Megaptera novaeangliae) en relation avec les paramètres environnementaux permet d’apporter des informations précieuses sur leur distribution et leurs préférences d’habitats. Grâce à des données d’observations opportunistes collectées dans le canal de Sainte Marie (Nord-Est de Madagascar) et des données de télémétrie collectées pour cette étude (25 baleines équipées de balises Argos), cette thèse a pour objectif l’étude des déplacements et de l’utilisation de l’habitat des baleines à bosse de Madagascar en fonction du sexe et du statut reproducteur. Des variables physiographiques et océanographiques (mesurées par satelllite) ont été extraites sous chaque position. Un schéma général d’utilisation de l’habitat en période de reproduction a également été proposé à partir de données de télémétrie provenant de différentes zones de reproduction de l’Hémisphère Sud: le Brésil (n=82 individus), l’Australie de l’Ouest (n=26) et l’Australie de l’Est (n=11). Dans le canal de Sainte Marie, nos résultats ont montré une ségrégation temporelle d’un mois avec une première partie de saison dominée par les groupes avec baleineaux et une seconde dominée par les groupes sans baleineaux (Chapitre III). La profondeur influence la distribution des groupes sociaux avec une préférence des couples mère-baleineau pour les plus faibles profondeurs (< 20 m). Le long de la côte de Madagascar, les déplacements localisés des femelles sont associés à des habitats plus profonds et plus éloignés de la côte que ce qui avait été supposé (Chapitre IV). En revanche, les mâles ne semblent pas montrer de préférences d’habitats particuliers bien qu’ils diminuent leur vitesse de nage dans les zones peu profondes. En zone océanique, les individus se déplacent de façon plus erratique dans les eaux les moins profondes, de faible courant ou les plus riches en chlorophylle a. La vitesse du courant de surface ne semble pas être un facteur majeur dans le déplacement des baleines à bosse. Cependant, elles semblent suivre la même direction que celui-ci lorsque ce dernier est fort. Notre étude comparative entres les zones de reproduction a montré que la distribution spatiale varie selon la période de la saison, entre les sites étudiés et selon le sexe (Chapitre V). En début et fin de saison, les mâles se déplacent de manière plus directe et exploitent des zones plus au large que les femelles, notamment celles avec baleineau. Au pic de la saison, les mâles et les femelles effectuent des déplacements plus localisés. La prise en compte des différences dans la variabilité spatio-temporelle des mâles et des femelles en zone de reproduction apparait être une nécessité pour mieux comprendre l’écologie des baleines à bosse et contribuer à la conservation de l’espèce. / Of key importance for the comprehension of humpback whales’ (Megaptera novaeangliae) distribution patterns and habitat use is to quantify how ecological and environmental factors affect the distribution of animals, which requires knowledge on dispersal movements of individuals. Using an opportunistic sightings dataset collected in the Sainte Marie Channel (Northeast of Madagascar) and satellite telemetry data acquired for this study (25 tagged whales), the aim of this thesis was to study the movements and the habitat use of humpback whales in Madagascar during the breeding season, according to sex and reproductive status. Physiographic and oceanographic variables (measured by satellite) were extracted under each position. A general distribution pattern of habitat use during the breeding season was also proposed based on additional humpback whales tracks from others breeding grounds of the Southern Hemisphere: Brazil (n=82 individuals), the Western Australian coast (n=26), and the Eastern Australian coast (n=11). In the Sainte-Marie Channel, groups without calves dominated the first 30 days of the breeding season, followed by an increase in groups with calves (Chapter III). Water depth influenced the distribution of social groups with mother-calf pairs more frequently found in relatively shallow water (0-20 m). Along the coast of Madagascar, over the shelf, females showed localized behavior in deep water and at large distances from shore suggesting that their breeding habitat extends beyond the shallow coastal waters (Chapter IV). Males’ active swimming speed decreased in shallow waters, but we found no influence of environmental parameters on males’ movements. In oceanic habitats, both males and females showed localized behaviors in shallow waters and high surface chlorophyll-a concentrations. The active swimming speed accounts for a large proportion of the whale observed speed while observed direction of tagged whales tending to be closer to the current direction when the current intensity was high. Our comparative study between breeding areas showed that the spatial distribution varies according to the period of the season, between the studied sites, sex and breeding status (Chapter V). Early and late in the season, males moved more directly and in more offshore areas than females, especially females with calves. At the peak of the season, both males and females performed more localized movements than at the other periods. Accounting for differences in the spatio-temporal variability of the distribution of males and females in the breeding grounds seems a necessity to better understand the humpback whales ecology and contribute to the species conservation.

Les activités anthropiques dans le bassin méditerranéen sont en forte évolution. Dans les zones agricoles, cette croissance entraîne des évolutions considérables de l'occupation du sol. Cette activité agricole exerce un impact majeur sur le fonctionnement hydrologique des paysages qui n'est identifiable qu'à une échelle bien plus large, sur plusieurs dizaines de km². Cette thèse se concentre sur la classification de l'occupation du sol sur une large étendue à partir d'une image monodate à haute résolution spatiale (SPOT6/7).Dans ce contexte, les données d'apprentissage sont collectées par des enquêtes terrain, par conséquent, elles sont très limitées. Les méthodes d'apprentissage supervisées sont généralement utilisées, en supposant que la distribution des classes est stable sur toute l'image. Cependant, en pratique, on constate une distorsion des distributions des classes (apparition de nouvelles classes, disparition de classes). Ce problème, intitulé "datashift", se produit souvent sur des larges étendues. Ainsi le modèle construit sur les données d'apprentissage initiales s'avère sous optimal pour la classification de l'image entière. Pour atténuer ce problème, les techniques d'apprentissage actif définissent un ensemble d'apprentissage efficace, en l'adaptant itérativement par l'ajout des données non labellisées les plus informatives. Ces techniques permettent d'améliorer le modèle de classification tout en conservant un petit ensemble d'apprentissage initial. L'échantillonnage se base généralement sur deux métriques : l'incertitude et la diversité.Dans cette thèse, nous montrons l'apport des techniques d'apprentissage actif pour la cartographie de l'occupation du sol en milieu agricole, en proposant un échantillonnage adapté par parcelle.L'apport des méthodes d'apprentissage actif est validé par rapport à une sélection aléatoire des parcelles. Une métrique de diversité basée sur l'algorithme Meanshift a été proposée.Dans un deuxième temps, nous avons traité le sous-problème du "datashift" qui est l'apparition de nouvelles classes. Nous avons proposé de nouvelles métriques de diversité basées sur l'algorithme Meanshift et les Fuzzy k-means ainsi qu'une nouvelle stratégie de sélection des données adaptées à la détection de nouvelles classes.Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés aux contraintes spatiales induites par les observations sur terrain et nous avons proposé une stratégie de labellisation par points de vue qui permet de diminuer largement les coûts humains d'observations terrain tout en gardant de bonnes précisions de classification ainsi que la découverte des nouvelles classes.Les méthodes proposées ont été testées et validées avec une image multispectrale SPOT6 à 6m de résolution sur le bassin versant de Lebna, Cap-Bon, Tunisie. / Anthropogenic activities in the Mediterranean are in strong evolution. In agricultural areas, this growth leads to considerable changes in land cover. This agricultural activity has a major impact on the hydrological functioning of the landscapes which can be only identified on a wide scale, over several tens of km². This thesis focuses on the land cover classification on wide area from a high spatial resolution monodate image (SPOT6/7).In this context, the learning data are collected by field surveys, therefore they are very limited. Supervised learning methods are generally used, assuming that the class distribution is stable over all the image. However, in practice, there is a class distributions distortion (new classes appear, classes disappear). This problem, called "datashift", always occurs over wide areas. Thus, the model constructed on the initial learning data is sub-optimal for the classification of the entire image. To lessen this problem, active learning techniques define an effective learning set, by iteratively adapting it by adding the most informative unlabeled data. These techniques improve the classification model while retaining a small initial learning set. Sampling is generally based on two metrics: uncertainty and diversity.In this thesis, we show the contribution of active learning techniques for the land cover mapping in agricultural environment, proposing a suitable sampling per parcel.The active learning methods contribution is validated respectively to a random selection of parcels. A diversity metric based on the Meanshift algorithm has been proposed.Secondly, we treated the sub-problem of the "datashift" which is the appearance of new classes. We proposed new metrics of diversity based on the Meanshift algorithm and Fuzzy k-means as well as a new data selection strategy adapted to the detection of new classes.Finally we were interested in the spatial constraints induced by the field observations and we proposed a strategy of labeling by stand points which make it possible to greatly reduce the human costs for field observations while maintaining good classification precisions as well as the discovery of new classes.The proposed methodologies were tested and validated on a multispectral SPOT6 image with 6m resolution on the Lebna watershed, Cap-Bon, Tunisia.

Au cours des dernières années, la disponibilité toujours croissante de données de télédétection multi-source de l'océan a été un facteur clé pour améliorer notre compréhension des dynamiques de la surface de l'océan. A cet égard, il est essentiel de mettre au point des approches efficaces pour exploiter ces ensembles de données. En particulier, la décomposition des processus géophysiques en modes pertinents est une question clé pour les problèmes de caractérisation, de prédiction et de reconstruction. Inspirés par des progrès récents en séparation aveugle des sources, nous visons, dans la première partie de cette thèse, à étendre les modèles de séparation aveugle de sources sous contraintes de non-négativité au problème de la caractérisation et décomposition d'opérateurs ou fonctions de transfert entre variables d'intérêt. Nous développons des schémas computationnels efficaces reposant sur des fondations mathématiques solides. Nous illustrons la pertinence des modèles de décomposition proposés dans différentes applications impliquant l'analyse et la prédiction de dynamiques géophysiques. Par la suite, étant donné que la disponibilité toujours croissante d'ensembles de données multi-sources supporte l'exploration des approches pilotées par les données en tant qu'alternative aux formulations classiques basées sur des modèles, nous explorons des approches basées sur les données récemment introduits pour l'interpolation des champs géophysiques à partir d'observations satellitaires irrégulièrement échantillonnées. De plus, en vue de la future mission SWOT, la première mission satellitaire à produire des observations d'altimétrie par satellite complètement bidimensionnelles et à large fauchée, nous nous intéressons à évaluer dans quelle mesure les données SWOT permettraient une meilleure reconstruction des champs altimétriques. / In the last few decades, the ever-growing availability of multi-source ocean remote sensing data has been a key factor for improving our understanding of upper ocean dynamics. In this regard, developing efficient approaches to exploit these datasets is of major importance. Particularly, the decomposition of geophysical processes into relevant modes is a key issue for characterization, forecasting and reconstruction problems. Inspired by recent advances in blind source separation, we aim, in the first part of this thesis dissertation, at extending non-negative blind source separation models to the problem of the observation-based characterization and decomposition of linear operators or transfer functions between variables of interest. We develop mathematically sound and computationally efficient schemes. We illustrate the relevance of the proposed decomposition models in different applications involving the analysis and forecasting of geophysical dynamics. Subsequently, given that the ever-increasing availability of multi-source datasets supports the exploration of data-driven alternatives to classical model-driven formulations, we explore recently introduced data-driven models for the interpolation of geophysical fields from irregularly sampled satellite-derived observations. Importantly, with a view towards the future SWOT mission, the first satellite mission to produce complete two-dimensional wide-swath satellite altimetry observations, we focus on assessing the extent to which SWOT data may lead to an improved reconstruction of altimetry fields.

Cette étude traite du rôle de la télévision satellitaire dans l’éducation culturelle comme espace de l’éducation informelle en Syrie. Notre analyse a porté sur les contenus culturels diffusés pendant une semaine sur quatre chaînes des plus regardées (Al-jazeera, Al-manar, LBC, et la chaîne satellitaire de la Télévision Arabe Syrienne) par le téléspectateur syrien. La méthodologie adoptée est celle de l’analyse de contenu permettant, en prenant en compte le contexte culturel et politico-médiatique syrien, de cerner l’orientation éditoriale et la politique de chaque chaîne en matière de l’éducation culturelle. L’analyse d’un ensemble d’émissions télévisuelles éducatives-culturelles classées en deux catégories : directe et semi-directe, a permis de distinguer et de comparer quatre cultures différentes présentant en majorité des dimensions religieuse, politique, patriotique et sociale. Ce travail consacré à l’analyse des contenus culturels véhiculés par la télévision satellitaire regardée en Syrie, pourrait à ce jour refléter l’éducation culturelle telle qu’elle est relatée dans une sphère médiatique arabe en pleine mutation où plusieurs cultures se concurrencent et tentent de s’imposer. / This study treats the role of satellite television in cultural education as an area of informal space of education in Syria. Our analysis focused on the cultural content broadcast for a week on four of the most watched channels (Al-Jazeera, Al-Manar, LBC, and the satellite channel of the Syrian Arab Television) by the viewer Syria. The methodology adopted is that of content analysis allows taking into account the cultural and political and media Syrian identify the orientation and editorial policy of each chain in cultural education. The analysis of a set of educational and cultural television programs fall into two categories: direct and semi-direct, has to distinguish and compare four different cultures with the majority of religious, political, social and patriotic dimensions. This work is devoted to the analysis of cultural contents conveyed by satellite television watched in Syria at this time could reflect cultural education as related in an Arab media sphere changing where many cultures and try to compete required.

Cette thèse aborde le problème de cartographie de zones brûlées à partir d'images satellitaires haute résolution. Nos modèles reposent sur le traitement d'une seule image SPOT 5, acquise après le feu afin de détecter automatiquement les zones brûlées.<br />Le modèle est fondé sur les Séparateurs à Vaste Marge (SVM), une technique de classification supervisée qui a démontré une meilleure précision et une meilleure capacité de généralisation que les algorithmes de classification plus traditionnels. Concernant notre problème de détection, les différentes zones brûlées possèdent des caractéristiques spectrales assez similaires, au contraire des zones non brûlées (végétation, routes, eau, zones urbaines, nuage, ombre...) dont les caractéristiques spectrales varient énormément. Nous proposons donc d'utiliser les One-Class SVM, une technique qui dérive des SVM mais qui n'utilise que des exemples de pixels brûlés pour les phases d'apprentissage et de classification.<br />Afin de prendre en compte l'information spatiale de l'image, l'algorithme OC-SVM est utilisé comme une technique de croissance de régions, ce qui permet de diminuer les fausses alarmes et d'améliorer les contours des zones brûlées.<br />De plus, la base d'exemple de pixels brûlés nécessaire à l'apprentissage des techniques SVM est déterminée automatiquement à partir de l'histogramme de l'image.<br />Finalement, la méthode de classification proposée est testée sur plusieurs images satellitaires afin de valider son efficacité selon le type de végétation et la surface des zones brûlées. Les zones brûlées obtenues sont comparées aux vérités de terrain fournies par le CNES, Infoterra France, le SERTIT, les Services Départementaux d'Incendies et de Secours ou l'Office National des Forêts.