Les textures directionnelles forment la classe particulière des images texturées représentant des hypersurfaces (lignes dermiques, fibres de matériaux, horizons sismiques, etc.). Pour ce type de textures, la reconstruction d'hypersurfaces permet ainsi d'en décrire la géométrie et la structure. À partir du calcul préalable du champ d'orientation, des reconstructions peuvent être obtenues au moyen de la minimisation d'une équation aux dérivées partielles sous contraintes, linéarisée et résolue itérativement de manière optimale dans le domaine de Fourier.Dans ce travail, les reconstructions d'hypersurfaces sont considérées comme un moyen de description à la fois amont et aval de la géométrie des textures directionnelles. Dans une démarche amont, la reconstruction de faisceaux locaux et denses d'hypersurfaces conduit à un modèle de transformation d'espace permettant de déplier localement la texture ou son champ de gradient et d'améliorer l'estimation du champ d'orientation par rapport au classique tenseur de structure. Dans une démarche aval, des reconstructions d'hypersurfaces effectuées sur des supports polygonaux quelconques, isolés ou imbriqués, permettent d'obtenir des reconstructions plus pertinentes que par les méthodes existantes. Les démarches proposées mettent en œuvre des chaînes de transformations d'espace conformes (transformation de Schwarz-Christoffel, de Möbius, etc.) afin de respecter les contraintes et d'accéder à des schémas de résolution rapide. / Directional textures are the particular class of textured images representing hypersurfaces (dermal lines, material fibers, seismic horizons, etc.). For this type of textures, the reconstruction of hypersurfaces describes their geometry and structure. From the preliminary estimation of the orientation field, reconstructions can be obtained by means of the minimization of a partial differential equation under constraints, linearized and iteratively resolved in the Fourier domain.In this work, the reconstructions of hypersurfaces are considered as means of description both upstream and downstream of the geometry of the directional textures. In an upstream approach, the reconstruction of local and dense streams of hypersurfaces leads to a spatial transformation model to locally unfold the texture or its gradient field and to improve the estimation of the orientation field compared with the classic tensor structure. In a downstream approach, reconstructions of hypersurfaces carried out on any polygonal supports, either isolated or imbricated, lead to more accurate reconstructions than existing methods. The proposed approaches implement chains of conformal space transformations (transformation of Schwarz-Christoffel, Möbius, etc.) in order to respect the constraints and to access fast PDE solution schemes.

Cette thèse traite de la reconstruction d'hypersurfaces au sein de champs de normales en dimension quelconque et trouve des applications dans l’analyse des empreintes digitales (lignes dermiques), des images satellites météorologiques (lieux de turbulence) et astrophysiques (bras de galaxies) ainsi que dans l’analyse stratigraphique des images sismiques (horizons). Les méthodes développées s’appuient sur la minimisation d’une équation aux dérivées partielles non linéaire reliant une hypersurface au pendage déduit d’un champ de normales. Elles prennent en compte des contraintes diverses telles que des points de passages, des frontières, des bornes et des discontinuités. La contribution principale de la thèse réside dans l’introduction d’un changement d’espace du pendage qui permet de reconstruire aussi bien des hypersurfaces exprimées sous des formes implicites dans les repères de définition des champs de normales que des horizons sismiques de manière rapide et interactive. Deux schémas de reconstruction d’horizons sismiques unidimensionnels présentant une discontinuité d’amplitude et de lieu inconnus sont également proposés. / This thesis deals with the reconstruction of hypersurfaces from a finite-dimensional normal vector field. Application scopes can be found in the analysis of fingerprints (epidermal ridges), meteorological images (eddies and cyclones), astrophysical images (galaxy arms) and in the stratigraphic analysis of seismic images (horizons). The hypersurfaces are obtained by solving a non-linear partial derivative equation relied on the local dip deduced from a normal vector field. Several constraints such as boundaries, bounds, points belonging to the hypersurface or discontinuities can be considered.The major contribution of this thesis consists in a local dip transformation which allows to reconstruct implicit hypersurfaces as well as seismic horizons by a fast and interactive method. Two schemes dedicated to the reconstruction of discontinuous one-dimensional seismic horizons are also proposed when the discontinuity location and jump are unknown.

Le principale objectif de l'imagerie sismique pétrolière telle qu'elle est réalisée de nos jours est de fournir une image représentative des quelques premiers kilomètres du sous-sol. Cette image permettra la localisation des structures géologiques formant les réservoirs où sont piégées les ressources en hydrocarbures. Pour pouvoir caractériser ces réservoirs et permettre la production des hydrocarbures, le géophysicien utilise la migration-profondeur qui est un outil d'imagerie sismique qui sert à convertir des données-temps enregistrées lors des campagnes d'acquisition sismique en des images-profondeur qui seront exploitées par l'ingénieur-réservoir avec l'aide de l'interprète sismique et du géologue. Lors de la migration profondeur, les évènements sismiques (réflecteurs,…) sont replacés à leurs positions spatiales correctes. Une migration-profondeur pertinente requiert une évaluation précise modèle de vitesse. La précision du modèle de vitesse utilisé pour une migration est jugée au travers l'alignement horizontal des évènements présents sur les Common Image Gather (CIG). Les évènements non horizontaux (Residual Move Out) présents sur les CIG sont dus au ratio du modèle de vitesse de migration par la vitesse effective du milieu. L'analyse du Residual Move Out (RMO) a pour but d'évaluer ce ratio pour juger de la pertinence du modèle de vitesse et permettre sa mise à jour. Les CIG qui servent de données pour l'analyse du RMO sont solutions de problèmes inverses mal posés, et sont corrompues par du bruit. Une analyse de l'incertitude s'avère nécessaire pour améliorer l'évaluation des résultats obtenus. Le manque d'outils d'analyse de l'incertitude dans l'analyse du RMO en fait sa faiblesse. L'analyse et la quantification de l'incertitude pourrait aider à la prise de décisions qui auront des impacts socio-économiques importantes. Ce travail de thèse a pour but de contribuer à l'analyse et à la quantification de l'incertitude dans l'analyse des paramètres calculés pendant le traitement des données sismiques et particulièrement dans l'analyse du RMO. Pour atteindre ces objectifs plusieurs étapes ont été nécessaires. Elles sont entre autres :- L’appropriation des différents concepts géophysiques nécessaires à la compréhension du problème (organisation des données de sismique réflexion, outils mathématiques et méthodologiques utilisés);- Présentations des méthodes et outils pour l'analyse classique du RMO;- Interprétation statistique de l’analyse classique;- Proposition d’une approche stochastique;Cette approche stochastique consiste en un modèle statistique hiérarchique dont les paramètres sont :- la variance traduisant le niveau de bruit dans les données estimée par une méthode basée sur les ondelettes, - une fonction qui traduit la cohérence des amplitudes le long des évènements estimée par des méthodes de lissages de données,- le ratio qui est considéré comme une variable aléatoire et non comme un paramètre fixe inconnue comme c'est le cas dans l'approche classique de l'analyse du RMO. Il est estimé par des méthodes de simulations de Monte Carlo par Chaîne de Markov.L'approche proposée dans cette thèse permet d'obtenir autant de cartes de valeurs du paramètre qu'on le désire par le biais des quantiles. La méthodologie proposée est validée par l'application à des données synthétiques et à des données réelles. Une étude de sensibilité de l'estimation du paramètre a été réalisée. L'utilisation de l'incertitude de ce paramètre pour quantifier l'incertitude des positions spatiales des réflecteurs est présentée dans ce travail de thèse. / The main goal of the seismic imaging for oil exploration and production as it is done nowadays is to provide an image of the first kilometers of the subsurface to allow the localization and an accurate estimation of hydrocarbon resources. The reservoirs where these hydrocarbons are trapped are structures which have a more or less complex geology. To characterize these reservoirs and allow the production of hydrocarbons, the geophysicist uses the depth migration which is a seismic imaging tool which serves to convert time data recorded during seismic surveys into depth images which will be exploited by the reservoir engineer with the help of the seismic interpreter and the geologist. During the depth migration, seismic events (reflectors, diffractions, faults …) are moved to their correct locations in space. Relevant depth migration requires an accurate knowledge of vertical and horizontal seismic velocity variations (velocity model). Usually the so-called Common-Image-Gathers (CIGs) serve as a tool to verify correctness of the velocity model. Often the CIGs are computed in the surface offset (distance between shot point and receiver) domain and their flatness serve as criteria of the velocity model correctness. Residual moveout (RMO) of the events on CIGs due to the ratio of migration velocity model and effective velocity model indicates incorrectness of the velocity model and is used for the velocity model updating. The post-stacked images forming the CIGs which are used as data for the RMO analysis are the results of an inverse problem and are corrupt by noises. An uncertainty analysis is necessary to improve evaluation of the results. Dealing with the uncertainty is a major issue, which supposes to help in decisions that have important social and commercial implications. The goal of this thesis is to contribute to the uncertainty analysis and its quantification in the analysis of various parameters computed during the seismic processing and particularly in RMO analysis. To reach these goals several stages were necessary. We began by appropriating the various geophysical concepts necessary for the understanding of:- the organization of the seismic data ;- the various processing ;- the various mathematical and methodological tools which are used (chapters 2 and 3). In the chapter 4, we present different tools used for the conventional RMO analysis. In the fifth one, we give a statistical interpretation of the conventional RMO analysis and we propose a stochastic approach of this analysis. This approach consists in hierarchical statistical model where the parameters are: - the variance which express the noise level in the data ;- a functional parameter which express coherency of the amplitudes along events ; - the ratio which is assume to be a random variable and not an unknown fixed parameter as it is the case in conventional approach. The adjustment of data to the model done by using smoothing methods of data, combined with the using of the wavelets for the estimation of allow to compute the posterior distribution of given the data by the empirical Bayes methods. An estimation of the parameter is obtained by using Markov Chain Monte Carlo simulations of its posterior distribution. The various quantiles of these simulations provide different estimations of . The proposed methodology is validated in the sixth chapter by its application on synthetic data and real data. A sensitivity analysis of the estimation of the parameter was done. The using of the uncertainty of this parameter to quantify the uncertainty of the spatial positions of reflectors is presented in this thesis.

Ce travail est une contribution à l'étude numérique de la propagation des ondes sismiques dans les formations géologiques superficielles. Dans la première partie, un programme de calcul combinant les méthodes d'Aki-Larner et de Thomson-Haskell a été développé. Il permet de calculer la réponse de configurations géologiques géométriquement complexes à des ondes SH planes. Une étude systématique de quelques configurations géologiques-type montre que les effets dûs aux hétérogénéités verticales (contraste d'impédance: amplification) et latérales (irrégularités géométriques: diffraction) sont fortement couplés : il est le plus souvent impossible de décomposer le calcul d'une structure complexe en 2 sous-problèmes, plus simples. En génie parasismique, il est donc nécessaire de traiter chaque site cas par cas pour les études détaillées. Dans la deuxième partie, on étudie l'influence de la saturation en eau dans les formations poreuses très perméables. La représentation du milieu saturé est celle de Biot, avec quelques compléments issus de la théorie de l'homogénéisation. Ce modèle est appliqué au calcul de la réponse sismique de structures simples tricouches (sol poreux sec sur sol poreux saturé sur bedrock élastique imperméable) en 1 D ou 2D, dans la gamme 0 - 25 HZ. On montre des cas théoriques pour lesquels l'onde P2 (générée aux interfaces du milieu poreux, puis très atténuée et non observable en surface) intervient dans le mécanisme d'atténuation des ondes de compression. On insiste sur l'importance de l'interaction fluide-solide aux frontières du milieu poreux: dès que la perméabilité est supérieure à 10-10 m2 environ, il s'avère nécessaire de prendre en compte explicitement la présence de fluide. En particulier, il est alors impossible (sous peine d'erreurs supérieures à 100 %) d'approximer le matériau poreux par un modèle monophasique viscoélastique équivalent.

Le présent projet vise le développement de lois de comportement p-y sismique dans les sols postglaciaires du Québec. Plus particulièrement, l'étude a permis l'obtention de moment en fonction du temps, ainsi que d'accélération en fonction du temps, d'un pieu isolé dans un dépôt de sol et soumis à un chargement sismique. Le logiciel FLAC 6.0 a été utilisé afin de reproduire numériquement le modèle sol-pieu. Ce modèle a été calibré par comparaison des résultats avec diverses études numériques et expérimentales préalablement réalisées. Les stratigraphies de deux sols au Québec ont été utilisées dans les simulations numériques. De plus, une masse ponctuelle, représentant une superstructure, a été ajoutée au modèle à la tête du pieu. La variation de cette masse, de même que de l'intensité des signaux sismiques utilisés a permis la réalisation de huit simulations distinctes. Les résultats de ces analyses sont joints au mémoire sous forme de disque compact.