Cette thèse a été réalisée dans le cadre de 2 projets ANR (Vulnérabilité : Milieux et Climats) : le projet CHACCRA (Climate and Human-induced Alterations in Carbon Cycling at the River-seA connection) et le projet EXTREMA (Episodes météo-climatiques extrêmes et redistribution des masses sédimentaires et des polluants associés au sein d'un système côtier). L'objectif de ce travail doctoral a été de définir les caractéristiques écologiques des faunes de foraminifères benthiques vivant sur la plate-forme continentale dans la zone d'influence du Rhône (Golfe du Lion, Nord-ouest de la Mer Méditerranée), afin d'utiliser les faunes benthiques en tant que bioindicateurs des caractéristiques environnementales actuelles et passées. Aussi, les facteurs environnementaux contraignant la structure (densité, composition faunistique) ainsi que la distribution spatiale et la variabilité temporelle des faunes actuelles de foraminifères benthiques ont été identifiés. Il a été mis en évidence Ie rôle des apports épisodiques de sédiments lors des crues du Rhône, constituant un facteur de stress pour les faunes benthiques vivant près de l'embouchure. La nature et la quantité de matière organique détritique ainsi que les processus liés à la dégradation de cette matière sont également apparus comme des contraintes écologiques majeures contrôlant la dynamique spatiale et temporelle des communautés. Par la suite, un outil basé sur les assemblages fossiles de foraminifères benthiques préservés dans les sédiments au débouché du fleuve a été défini. Celui-ci a permis de retracer l'histoire récente (400 dernières années) du prodelta du Rhône en termes d'apports fluviatiles terrigènes et organiques.

L'espace et le temps sont des concepts indissociables et nécessaires à l'analyse de l'évolution d'entités spatio-temporelles. Modéliser ces évolutions passe par la détection des changements et des relations qui modifient et caractérisent ces entités. Ces changements sont en particulier caractérisés par des modifications liées à la position, à l'empreinte spatiale de ces entités, ou même à leur identité. Une modélisation spatio-temporelle nécessite le développement de solutions de représentation qui permettent d'identifier et d'étudier les processus mis en jeu, leurs causes et leurs conséquences. Le fait que la représentation formelle et informatique d'un phénomène entraîne une description plus ou moins simplifiée de la réalité, implique qu'une telle modélisation retienne le niveau de détail disponible et/ou souhaité de cette description. Idéalement, il devrait être possible d'étudier un phénomène à plusieurs niveaux de granularité dans l'espace et dans le temps. Si de nombreux modèles et approches ont été proposés pour modéliser des évolutions d'entités au sein de phénomènes spatio-temporels, aucun ne permet de disposer d'une structure de représentation permettant de saisir complètement la sémantique de ces applications. Cette recherche propose un modèle de graphe spatio-temporel qui permet de caractériser les principales propriétés de l'évolution d'entités spatiales. Nous distinguons dans ce cadre plusieurs concepts structurants comme les notions d'identité et de relations à travers les dimensions spatiales et temporelles. Pour un temps donné, nous catégorisons les relations spatiales et de filiation et, à travers le temps, les filiations temporelles et les relations spatio-temporelles. Les structures de graphe émergeantes permettent non seulement de caractériser l'évolution d'un ensemble d'entités spatiales, mais aussi de découvrir de nouvelles propriétés. Des fonctions de manipulation de graphe sont développées et appliquées au modèle de graphe spatiotemporel. Ces fonctions identifient des processus génériques ( e.g. vie et mort d'une entité) ou liés à une application spécifique et à sa sémantique. Afin de combiner plusieurs sources d'informations au sein d'un même graphe, des fonctions de jointure permettent l'intégration de plusieurs graphes au sein d'une représentation unifiée. Les propriétés des graphes ainsi constitués et le rôle des différentes entités présentes au sein de ces graphes sont étudiés par une qualification des différents types de routes les reliant. La consistance du modèle de graphe spatio-temporel est abordée à partir d'un algorithme de vérification de contraintes. Nous faisons la différence entre les contraintes de domaine intrinsèques au modèle de graphe, et les contraintes sémantiques dépendantes d'une application en particulier. Une extension de la démarche de modélisation est réalisée à partir d'une structure basée sur les bigraphes qui permet de représenter explicitement un phénomène spatio-temporel selon plusieurs niveaux de granularité spatiale.

Les techniques habituelles d'indexation de vidéos passent généralement par une phase d'apprentissage qui nécessite préalablement la constitution d'une base d'apprentissage. Même si la taille de cette base est souvent réduite, la phase d'annotation réalisée par un expert de l'application est souvent longue et fastidieuse. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé un dispositif qui permet de pré-sélectionner un ensemble de prototypes susceptibles de contenir le concept qui doit apparaître dans la base d'apprentissage. Cette base réduite de prototypes sera ensuite annotée par l'expert. Nous nous sommes intéressés à des concepts temporels, ce qui nous a amené à étudier particulièrement des caractéristiques liées au mouvement, comme les points d'intérêt spatio-temporels (STIP Spatial Temporal Interest Points). D'autres caractéristiques ont aussi été utilisées concernant la couleur et la présence de formes particulières. Ces caractéristiques sont ensuite exploitées pour structurer la base de vidéos en briques spatio-temporelles homogènes. Cette structuration correspond à une sorte de segmentation de la base en fonction de chacune des caractéristiques. La liaison entre le concept à définir et les briques extraites de la base est en lien avec le fossé sémantique bien connu dans la problématique d'indexation automatique. La création de ce lien nécessite l'utilisation de la connaissance de l'expert de l'application sur le concept. Nous avons développé un système dans lequel cette connaissance est extraite par un système de questions/réponses. Les couples de questions/réponses permettent de sélectionner des briques répondant à la contrainte, de définir des relations entre certaines briques, et en- fin de naviguer dans l'arborescence des questions. Des tests ont été réalisés sur des bases de vidéos de provenances diverses telles que des vidéos provenant d'émissions de télévision, de films d'animation, ou encore des vidéos de laboratoire disponibles sur le net, ou réalisées par nos soins. Ces tests montrent les performances satisfaisantes mais aussi les limites de l'approche et ouvrent des perspectives intéressantes, particulièrement sur les aspects collaboratifs et les aspects adaptatifs qui permettraient de capitaliser les connaissances des experts applicatifs et rendraient le système plus efficient.

<p>In video transmission at low bit rates the challenge is to compress the video with a minimal reduction of the percieved quality. The compression can be adapted to knowledge of which regions in the video sequence are of most interest to the viewer. Region of interest (ROI) video coding uses this information to control the allocation of bits to the background and the ROI. The aim is to increase the quality in the ROI at the expense of the quality in the background. In order for this to occur the typical content of an ROI for a particular application is firstly determined and the actual detection is performed based on this information. The allocation of bits can then be controlled based on the result of the detection.</p><p>In this licenciate thesis existing methods to control bit allocation in ROI video coding are investigated. In particular pre-processing methods that are applied independently of the codec or standard. This makes it possible to apply the method directly to the video sequence without modifications to the codec. Three filters are proposed in this thesis based on previous approaches. The spatial filter that only modifies the background within a single frame and the temporal filter that uses information from the previous frame. These two filters are also combined into a spatio-temporal filter. The abilities of these filters to reduce the number of bits necessary to encode the background and to successfully re-allocate these to the ROI are investigated. In addition the computational compexities of the algorithms are analysed.</p><p>The theoretical analysis is verified by quantitative tests. These include measuring the quality using both the PSNR of the ROI and the border of the background, as well as subjective tests with human test subjects and an analysis of motion vector statistics.</p><p>The qualitative analysis shows that the spatio-temporal filter has a better coding efficiency than the other filters and it successfully re-allocates the bits from the foreground to the background. The spatio-temporal filter gives an improvement in average PSNR in the ROI of more than 1.32 dB or a reduction in bitrate of 31 % compared to the encoding of the original sequence. This result is similar to or slightly better than the spatial filter. However, the spatio-temporal filter has a better performance, since its computational complexity is lower than that of the spatial filter.</p>

<p>Since Dengue fever (DF) and its related forms, Dengue Hemorrhagic fever (DHF) and Dengue Shock Syndrome (DSS) have become important health concerns worldwide, it is also imperative to develop methods which will help in the analysis of the incidences. Dengue fever cases are growing in number as it also invades widely, affecting larger number of countries and crossing climatic boundaries. Considering that the disease as of now has neither an effective vaccine nor a cure, monitoring in order to prevent or control is the resorted alternative. GIS and its related technologies offer a wealth of interesting capabilities towards achieving this goal.</p><p><strong> </strong></p><p>The intention of this study was to develop methods to describe dengue fever outbreaks taking Rio de Janeiro, Brazil as a case study. Careful study of Census data with appropriate attributes was made to find out their potential influence on dengue fever incidence in the various regions or census districts. Dengue incidence data from year 2000 to year 2008 reported by the municipal secretariat of Rio was used to extract the necessary census districts. Base map files in MapInfo format were converted to shape files.  Using ArcGIS it was possible to merge the dengue fever incidence data with the available base map file of the City of Rio according to corresponding census districts. Choropleth maps were then created using different attributes from which patterns and trends could be used to describe the characteristic of the outbreak with respect to the socio-economic conditions. Incidence data were also plotted in Excel to see temporal variations. Cluster analysis were performed with the Moran I technique on critical periods and years of dengue outbreak. Using the square root of dengue incidence from January to April 2002 and 2008, inverse distance was selected as the conceptualised spatial relationship, Euclidean distance as the distance method. More detailed analyses were then done on the selected critical years of dengue outbreak, (years 2002 and 2008), to investigate the influence of socio-economic variables on dengue incidence per census district.</p><p> </p><p>Dengue incidence rate appeared to be higher during the rainy and warmer months between December and May. Outbreaks of dengue occurred in years 2002 and 2008 over the study period of year 2000 to 2008. Some factors included in the census data were influential in the dengue prevalence according to districts. Satisfactory results can be achieved by using this strategy as a quick method for assessing potential dengue attack, spread and possible enabling conditions. The method has the advantage where there is limited access to field work, less financial means for acquisition of data and other vital resources.</p><p>A number of difficulties were encountered during the study however and leaves areas where further work can be done for improvements. More variables would be required in order to make a complete and comprehensive description of influential conditions and factors.  There is still a gap in the analytical tools required for multi-dimensional investigations as the ones encountered in this study.  It is vital to integrate ‘GPS’ and ‘Remote Sensing’ in order to obtain a variety of up-to-date data with higher resolution.</p><p> </p>

Une particularité de la modalité sensorielle olfactive est la nature complexe du stimulus chimique à représenter. Les cellules sensorielles de la cavité nasale sont sensibles aux traits physico-chimiques des molécules et transmettent cette information vers le bulbe olfactif, premier relais central de cette modalité. L'organisation des voies de projection vers le bulbe entraîne une spatialisation de l'activité dans cette structure, ce qui constitue un mode de représentation de l'information mais qui n'est pas suffisant à lui seul. Le bulbe olfactif est également marqué par des phénomènes dynamiques prépondérants. Tout d'abord le rythme respiratoire, qui organise temporellement le niveau d'activation de l'appareil sensoriel, ensuite les oscillations des potentiels de champs locaux, et enfin les oscillations sous-liminaires des potentiels de membrane des cellules. Ces éléments dynamiques pourraient être le support de la formation d'assemblées de neurones, sous-populations de cellules synchronisées transitoirement et permettant la représentation de l'information suivant un principe spatio-temporel. Les travaux présentés dans cette thèse sont basés sur l'enregistrement conjoint des activités unitaires des cellules du bulbe, des oscillations des potentiels de champs locaux et de la respiration en réponse à des stimulations olfactives. Nous montrons les relations existant entre les différents phénomènes dynamiques et comment ils permettent d'organiser l'activité des cellules pour aboutir à la formation d'assemblées de neurones fonctionnelles. Nous mettons particulièrement en évidence le rôle central de la respiration dans le fonctionnement intégré du bulbe olfactif.

In this dissertation, we consider a complex biological system known as cortical microtubule (CMT) system, where stochastic dynamics of the components (i.e., the CMTs) are defined in both space and time. CMTs have an inherent spatial dimension of their own, as their length changes over time in addition to their location. As a result of their dynamics in a confined space, they run into and interact with each other according to simple stochastic rules. Over time, CMTs acquire an ordered structure that is achieved without any centralized control beginning with a completely disorganized system. It is also observed that this organization might be distorted, when parameters of dynamicity and interactions change due to genetic mutation or environmental conditions. The main question of interest is to explore the characteristics of this system and the drivers of its self-organization, which is not feasible relying solely on biological experiments. For this, we replicate the system dynamics and interactions using computer simulations. As the simulations successfully mimic the organization seen in plant cells, we conduct an extensive analysis to discover the effects of dynamics and interactions on system characteristics by experimenting with different input parameters. To compare simulation results, we characterize system properties and quantify organization level using metrics based on entropy, average length and number of CMTs in the system. Based on our findings and conjectures from simulations, we develop analytical models for more generalized conclusions and efficient computation of system metrics. As a fist step, we formulate a mean-field model, which we use to derive sufficient conditions for organization to occur in terms of input parameters. Next, considering the parameter ranges that satisfy these conditions, we develop predictive methodologies for estimation of expected average length and number of CMTs over time, using a fluid model, transient analysis, and approximation algorithms tailored to our problem. Overall, we build a comprehensive framework for analysis and control of microtubule organization in plant cells using a wide range of models and methodologies in conjunction. This research also has broader impacts related to the fields of bio-energy, healthcare, and nanotechnology; in addition to its methodological contribution to stochastic modeling of systems with high-level spatial and temporal complexity.

The increased concentration of greenhouse gases is associated with the global warming in the lower troposphere. For over twenty years, the space physics community has studied a hypothesis of global cooling in the thermosphere, attributable to greenhouse gases. While the global temperature increase in the lower troposphere has been relatively well established, the existence of global changes in the thermosphere is still under investigation. A central difficulty in reaching definite conclusions is the absence of data with sufficiently long temporal and sufficiently broad spatial coverage. Time series of data that cover several decades exist only in a few separated regions. The space physics community has struggled to combine the information contained in these data, and often contradictory conclusions have been reported based on the analyses relying on one or a few locations. To detect global changes in the ionosphere, we present a novel statistical methodology that uses all data, even those with incomplete temporal coverage. It is based on a new functional regression approach that can handle unevenly spaced, partially observed curves. While this research makes a solid contribution to the space physics community, our statistical methodology is very flexible and can be useful in other applied problems.

For many applications of location-based services, such as friend finding, buddy tracking,information sharing and cooperative caching in ad hoc networks, it is often important to be able to identify whether the positions of a given set of moving objects are within close proximity. To compute these kinds of proximity relations among large populations of moving objects, continuously available location position information of these objects must be correlated against each other to identify whether a given set of objects are in the specified proximity relation. In this dissertation, we state this problem, referring to it as the location constraint matching problem, both in the Euclidean space and the road network space. In the Euclidean space, we present an adaptive solution to this problem for various environments. We also study the position uncertainty associated with the constraint matching. For the road network space, where the object can only move along the edges of the road network, we propose an efficient algorithm based on graph partitioning, which dramatically restricts the search space and enhances performance. Our approaches reduce the constraint processing time by 80% for Euclidean space and by 90% for road network space respectively. The logical combination of individual constraints with conjunction, disjunction and negation results in more expressive constraint expressions than are possible based on single constraints. We model constraint expressions with Binary Decision Diagrams (BDD). Furthermore, we exploit the shared execution of constraint combinations based on the BDD modeling. All the algorithms for various aspects of the constraint processing are integrated in the research prototype L-ToPSS (Location-based Toronto Publish/Subscribe System). Through experimental study and the development of an analytical model, we show that the proposed solution scales to large numbers of constraints and large numbers of moving objects.

Cette thèse présente de nouveaux modèles et de nouveaux résultats en théorie de la ruine, lorsque les distributions des montants de sinistres sont à queue épaisse. Les hypothèses classiques d'indépendance et de stationnarité, ainsi que l'analyse univariée sont parfois jugées trop restrictives pour décrire l'évolution complexe des réserves d'une compagnie d'assurance. Dans un contexte de dépendance entre les montants de sinistres, des équivalents de la probabilité deruine univariée en temps fini sont obtenus. Cette dépendance, ainsi que les autres paramètres du modèle sont modulés par un processus Markovien d'environnement pour prendre en compte des possibles crises de corrélation. Nous introduisons ensuite des modèles de dépendance entre les montants de sinistres et les temps inter-sinistres pour des risques de type tremblements de terre et inondations. Dans un cadre multivarié, nous présentons divers critères de risques tels que la probabilité de ruine multivariée ou l'espérance de l'intégrale temporelle de la partie négative du processus de risque. Nous résolvons des problèmes d'allocation optimale pour ces différentes mesures de risque. Nous étudions alors l'impact de la dangerosité des risques et de la dépendance entre les branches sur cette allocation optimale