L’essor des transports à une échelle globale s’inscrit dans un phénomène de mondialisation et 90% des biens échangés au travers le monde sont effectués par voie maritime. La maritimisation se définit comme un processus de dépendance économique des états au trafic maritime due à ce phénomène de mondialisation (Vigarié 1983). Ce phénomène transforme les territoires, et principalement les espaces côtiers mais a également comme conséquence une territorialisation des espaces maritimes, à savoir une utilisation et gestion des espaces pour les activités humaines. L'utilisation de cet espace a augmenté depuis 1970 et principalement le transport, que ce soit via porte-conteneurs ou tanker (Rodrigue, Comtois, and Slack 2013). Cela forme ainsi un réseau de transport maritime et d’approvisionnement lié à l’emplacement des ports dans le monde et des routes maritimes les reliant. Cependant ce réseau s’étend sur un espace vaste et dynamique, l’espace maritime, qui peut générer des risques pour l’usage de l’espace à des fins de transports.Ce réseau d’approvisionnement est vulnérable face à certains événements (perturbations) pouvant affecter la performance du réseau d’approvisionnement (Achurra-Gonzalez et al. 2016) : les tempêtes, les pénuries, la piraterie maritime, les fermetures de canaux sont des événements ayant une influence sur l’efficacité d’un réseau d’approvisionnement. Cette vulnérabilité est liée à plusieurs facteurs (Wagner and Neshat 2010) : les variations de l’offre et de la demande, les risques économiques, et à la structure du réseau et de l’espace maritime, les risques géographiques. L’ensemble de ces risques peuvent être mesurés et quantifiés dans les caractéristiques topologiques, géométriques et relationnelles des graphes. Un graphe est un ensemble de noeuds relié par un ensemble de lien. Les graphes sont utilisés pour la formalisation des réseaux, notamment des réseaux de transports (Ducruet and Lugo 2013).Afin de tester les perturbations sur les caractéristiques du réseau, un système de simulation est mis en place. Pour cela, les perturbations sont modélisées par des objets spatio-temporels ayant une influence sur l’accessibilité à l’espace des navires. Au travers d’un système multi-agents (Ferber 1997), ces navires prennent des décisions face aux perturbations (changement de route, de destination, report ou annulation du voyage). Ces comportements individuels, une fois agrégés, par la pondération des noeuds et des liens du graphe, permettent d’évaluer les variations topologiques et géométriques du graphe en fonction des perturbations dans l’espace maritime, grâce à des indicateurs utilisés pour mesurer la vulnérabilité des réseaux (Gleyze 2005). Ainsi cette recherche permet de mieux comprendre l’influence de ces perturbations sur le fonctionnement d’un réseau d’approvisionnement dans un espace maritime. / Transportation on a global scale is due to the globalization process. Today, 90% of goods in the world are traded by sea. Maritimization is defined as a process of increased economic dependence of states on maritime traffic (Vigarié 1983). This phenomenon transforms territories, mainly the coastal areas, but also results in a territorialization of maritime spaces, which means a use and a management of maritime space for human activities. The use of this space for transportation has increased since 1970, whether through container ships or tanker (Rodrigue, Comtois, and Slack 2013). These trips have created a network which linked the locations of the ports in the world by the sea routes of shipping. However, this network extends over a vast and dynamic space, maritime space, which can generate risks for the use of space for transportation.This supply network is vulnerable to certain events (disruptions) that may affect the performance of the supply network (Achurra-Gonzalez et al., 2016): storms, shortages or maritime piracy have an influence on the efficiency of a supply network. This vulnerability is linked to several factors (Wagner and Neshat 2010): variations in supply and demand, which are economical risks, and the structure of the network and maritime space, which are geographical risks. All these can be measured and quantified by the topological, geometric and relational properties of graphs. A graph is a set of nodes connected by a link set. The graphs are used for the formalization of networks, notably transport networks (Ducruet and Lugo 2013).To test the disruptions on the characteristics of the network, a simulation system is used. In the simulations, disruptions are modeled by space-time objects having an influence on the accessibility of the vessels. Through a multi-agent system (Ferber 1997), these ships make decisions about disruptions (change of route, destination, postponement or cancellation of the trip). These individual behaviors, once aggregated by the weighting of the nodes and links of the graph, allow evaluating the topological and geometric variations which represent the influence of disruptions on the martitime network. Theses variations can be measured by indicators of the vulnerability of network (Gleyze 2005). This research allows us to improve the understanding on the influence of these disruptions on a network within a dynamic space.

Dans les années 1970, le trafic de stupéfiants a connu une rapide expansion, et n’a cessé, depuis, de s’accroître pour se mondialiser dans les années 1990 et atteindre une dimension géopolitique.De grands axes maritimes d’acheminement des différentes drogues exploités par les grandes organisations criminelles sont apparus, et il est devenu évident que les mesures qui permettent au secteur maritime de contribuer au développement des échanges mondiaux, et donc à la prospérité économique, l’ont rendu particulièrement propice au développement de ce type de trafic.Face à l’importance de la menace que constitue le transport maritime de stupéfiants, les Etats ont pris conscience de la nécessité d’en étendre et d’en rationaliser la répression à l’échelon international.Avec le temps, plusieurs conventions internationales, toujours en vigueur, ont vu le jour, sous l’égide des Nations Unies. La dernière en date, la Convention contre le trafic illicite de stupéfiants et des substances psychotropes, signée à Vienne en 1988, détermine, dans son article 17, le cadre de l’arraisonnement des navires suspecté de se livrer à un tel trafic en haute mer, mais, ce qui constitue le caractère propre d’une pareille capacité d’action est qu’elle doit s’inclure dans le respect des deux principes fondamentaux que sont, d’une part, la souveraineté des Etats, d’autre part, la liberté des mers définie par la Convention de Montego Bay de 1982, ceux-ci pouvant être antinomiques de celle-là. Avec la lutte contre le transport maritime de stupéfiants, la liberté des mers est devenue une liberté « encadrée ».Ceci pose de nombreuses difficultés d’interprétation et d’application des textes, qui ont conduit les Etats, par ailleurs souvent gênés dans leur action par la multiplication des structures intervenantes, à rechercher des solutions de coopération sur un plan opérationnel ou plus globalement avec des accords régionaux, pour résoudre de manière ponctuelle ou plus générale, certains types de problèmes.Dans ce contexte, les gouvernements ont en particulier perçu la nécessité de mettre en place des séries de mesures pratiques destinées à prévenir les menaces au niveau des différents maillons du réseau de transport maritime, singulièrement, et tout d’abord, en établissant un système d’information et de surveillance des approches maritimes, ensuite, en adoptant un ensemble de mesures de nature à organiser une meilleure sûreté portuaire avec le Code international pour la sûreté des navires et des ports (Code ISPS) et une meilleure sûreté concernant les conteneurs avec la Container security Initiative américaine.Là encore, l’instauration de cadres de coopération juridique et opérationnelle demeure, aujourd’hui comme pour le futur, une condition sine qua non du succès de la lutte contre un fléau mondial. / In the 1970s, the drug trafficking underwent a fast growth and continually increased to globalize in the 1990s reaching a geopolitical dimension.Criminal organizations began to use large sea routes to transport the flow of drugs. These increased sea routes along with the measures related to the maritime sector contributed to the development of the world exchanges and the economic prosperity. Thus, this turned to be convenient to the development of drug trafficking.This important threat of sea transportation of narcotics made the States aware that it was necessary to repress this threat at international level.The previous international Agreements that were established by the United Nations are still valid. The latest Convention against the illicit traffic in Narcotics Drugs and Psychotropic substances, signed in Vienna in 1988 under article 17 determines how ships suspected of engaging in drug trafficking in open sea would be inspected.The Montego Bay Agreement of 1982 defined the freedom of seas along with the States desire to remain sovereign are two basic fundamental principles combined in this capacity. However with the fight against the drug trafficking over the seas, the freedom of seas became framed.The numerous difficulties of interpretation and application of texts led States, often hampered in their action by many structures, to look for solutions for cooperation on an operational plan or more globally with regional agreements, to meet short or long term solutions.In this context, the governments mainly perceived the necessity of setting up a series of practical measures intended to prevent the threats at the level of the various links of the maritime transport network, first of all, by establishing an information and monitoring system of the maritime approaches, then, by adopting a set of measures likely to organize better harbour safety with the International Ship and Port Security Code (code ISPS) and better safety concerning containers with American security Container Initiative.Once again, the institution of frames of legal and operational cooperation remains, today as for the future, an indispensable condition of the success of the fight against a world plague.

Les progrès technologiques en systèmes de localisation (AIS, radar, GPS, RFID, etc.), de télétransmission (VHF, satellite, GSM, etc.), en systèmes embarqués et leur faible coût de production a permis leur déploiement à une large échelle. Énormément de données sur les déplacements d'objets sont produites par le biais de ces technologies et utilisées dans diverses applications de surveillance temps-réel comme la surveillance du trafic maritime. L'analyse a posteriori des données de déplacement de navires et d'événements à risques peut présenter des perspectives intéressantes pour la compréhension et l'aide à la modélisation des comportements à risques. Dans ce travail de thèse une méthodologie basée sur la fouille de données spatio-temporelle est proposée pour l'extraction de connaissances sur les comportements potentiellement à risques de navires. Un atelier d'aide à l'analyse de comportements de navires fondé sur cette méthodologie est aussi proposé. / The advent of positioning system technologies (AIS, radar, GPS, RFID, etc.), remote transmission (VHF, satellite, GSM, etc.), technological advances in embedded systems and low cost production, has enabled their deployment on a large scale. A huge amount of moving objects data are collected through these technologies and used in various applications such as real time monitoring surveillance of maritime traffic. The post-hoc analysis of data from moving ships and risk events may present interesting opportunities for the understanding and modeling support of risky behaviors. In this work, we propose a methodology based on Spatio-Temporal Data Mining for the knowledge discovery about potentially risky behaviors of ships. Based on this methodology, a workshop to support the analysis of behavior of ships is also proposed.

Les travaux présentés dans cette thèse ont pour but de déterminer la possibilité d'automatiser, partiellement ou totalement, la détection de bateaux à partir d'images satellitaires optiques haute résolution. Nous exposons tout d'abord le contexte industriel dans lequelle s'insère notre étude, qui fixe les contraintes en termes de performances et de temps de traitement. Puis, nous présentons les données satellitaires disponibles dans le cadre de notre étude (images SPOT 5 panchromatique de résolution 5m). Après avoir illustré le contenu des scènes, nous présentons la démarche adoptée pour la détection des navires : une phase de pré-détection suivie d'une étape de segmentation et d'une étape de classification. La méthode de pré-détection utilisée s'appuie sur la théorie bayésienne de la décision. Après avoir présenté le modèle classique, nous discutons du modèle que nous avons utilisé. Cette pré-détection fournit un ensemble de régions d'intérêts. Parmi elles, nous n'avons pas uniquement des bateaux, nous avons également des fausses alarmes dues aux nuages et aux crêtes de vagues. Le but de l'étape suivante est à la fois d'éliminer les fausses alarmes et de caractériser les bateaux pré-détectés. Ensuite, nous détaillons la méthode utilisée pour segmenter les bateaux. Elle s'appuie sur des contours actifs et utilise également la théorie bayésienne de la décision. Après avoir décrit les caractéristiques extraites pour la classification des bateaux, nous présentons le classifieur utilisé. Nous complétons la caractérisation des navires en présentant deux méthodes de détection des sillages différentes des méthodes classiques. La première approche s'appuie sur l'utilisation de contours actifs et la seconde est basée sur une approche a contrario. Nous comparons les résultats des ces deux approches. An de compléter l'étude et se replacer dans le contexte industriel et opérationnel de la thèse, nous présentons des expérimentations de l'ensemble de l'algorithme sur des images complètes pour évaluer les performances et le temps de traitement.

Le secteur maritime présente un besoin de surveillance et de sauvegarde qui concerne la sécurité des vies en mer, la protection de l'environnement ou encore la lutte contre le trafic illégal et le terrorisme. Parmi les moyens développés pour assurer cette fonction connue sous le nom de Vessel Traffic Service (VTS), le radar est une solution incontournable de localisation de cible en temps réel, détectant tous les obstacles aux alentours même dans les conditions de visibilité limitées. Cependant la détection de petites cibles dans le fouillis de mer reste très limitée pour un radar classique. Le radar cohérent est moyen d'améliorer cette détection de par son architecture tout état solide, permettant de conserver l'information de la phase du signal de l'émission à la réception. L'objet de cette thèse est de concevoir une architecture suivant ce modèle en bande X, à partir de composants disponibles à bas coût du domaine des télécommunications. La réalisation d'un prototype permet dans un premier temps de valider l'architecture par la mise en place de mesures caractérisant les éléments de la chaîne. La caractérisation des performances de détection se font en émission-réception, en présence de cibles exploitables. Ainsi, le radar est exposé à différentes cibles (voitures, avions et bateaux) dans le but d'extraire et d'exploiter leur information Doppler. La validation du fonctionnement du prototype doit laisser envisager l'industrialisation de ce radar. Ainsi, la miniaturisation de ce système se concrétise par le développement de cartes électroniques embarquées, assurant les fonctions allant du pilotage et du traitement, jusqu'aux composants liés à l'émission et la réception.

Les progrès technologiques en systèmes de localisation (AIS, radar, GPS, RFID, etc.), de télétransmission (VHF, satellite, GSM, etc.), en systèmes embarqués et leur faible coût de production a permis leur déploiement à une large échelle. Énormément de données sur les déplacements d'objets sont produites par le biais de ces technologies et utilisées dans diverses applications de surveillance temps-réel comme la surveillance du trafic maritime. L'analyse a posteriori des données de déplacement de navires et d'événements à risques peut présenter des perspectives intéressantes pour la compréhension et l'aide à la modélisation des comportements à risques. Dans ce travail de thèse une méthodologie basée sur la fouille de données spatio-temporelle est proposée pour l'extraction de connaissances sur les comportements potentiellement à risques de navires. Un atelier d'aide à l'analyse de comportements de navires fondé sur cette méthodologie est aussi proposé.

Dans cette thèse, nous nous intéressons au système d’identification automatique spatial lequel est dédié à la surveillancemaritime par satellite. Ce système couvre une zone bien plus large que le système standard à terre correspondant àplusieurs cellules traditionnelles ce qui peut entraîner des risques de collision des données envoyées par des navireslocalisés dans des cellules différentes et reçues au niveau de l’antenne du satellite. Nous présentons différentes approchesafin de répondre au problème de collision considéré. Elles ne reposent pas toujours sur les mêmes hypothèses en ce quiconcerne les signaux reçus, et ne s’appliquent donc pas toutes dans les mêmes contextes (nombre de capteurs utilisés,mode semi-supervisé avec utilisation de trames d’apprentissage et information a priori ou mode aveugle, problèmes liés àla synchronisation des signaux, etc...).Dans un premier temps, nous proposons des méthodes permettant la séparation/dé-collision des messages en modèle surdéterminé(plus de capteurs que de messages). Elles sont fondées sur des algorithmes de décompositions matriciellesconjointes combinés à des détecteurs de points temps-fréquence (retard-fréquence Doppler) particuliers permettant laconstruction d’ensembles de matrices devant être (bloc) ou zéro (bloc) diagonalisées conjointement. En ce qui concerneles algorithmes de décompositions matricielles conjointes, nous proposons quatre nouveaux algorithmes de blocdiagonalisation conjointe (de même que leur version à pas optimal) fondés respectivement sur des algorithmesd’optimisation de type gradient conjugué, gradient conjugué pré-conditionné, Levenberg-Marquardt et Quasi-Newton. Lecalcul exact du gradient matriciel complexe et des matrices Hessiennes complexes est mené. Nous introduisonségalement un nouveau problème dénommé zéro-bloc diagonalisation conjointe non-unitaire lequel généralise le problèmedésormais classique de la zéro-diagonalisation conjointe non-unitaire. Il implique le choix d’une fonction de coût adaptéeet à nouveau le calcul de quantités telles que gradient matriciel complexe et les matrices Hessiennes complexes. Nousproposons ensuite trois nouveaux algorithmes à pas optimal fondés sur des algorithmes d’optimisation de type gradientconjugué, gradient conjugué pré-conditionné et Levenberg-Marquardt.Finalement, nous terminons par des approches à base de techniques de détection multi-utilisateurs conjointe susceptiblesde fonctionner en contexte sous-déterminé dans lequel nous ne disposons plus que d’un seul capteur recevantsimultanément plusieurs signaux sources. Nous commençons par développer une première approche par déflationconsistant à supprimer successivement les interférences. Nous proposons ensuite un deuxième mode opératoire fondéquant à lui sur l’estimateur du maximum de vraisemblance conjoint qui est une variante de l’algorithme de VITERBI. / This PHD thesis concerns the spatial automatic identification system dedicated to marine surveillance by satellite. Thissystem covers a larger area than the traditional system corresponding to several satellite cells. In such a system, there arerisks of collision of the messages sent by vessels located in different cells and received at the antenna of the samesatellite. We present different approaches to address the considered problem. They are not always based on the sameassumptions regarding the received signals and are not all applied in the same contexts (they depend on the number ofused sensors, semi-supervised mode with use of training sequences and a priori information versus blind mode, problemswith synchronization of signals, etc.). Firstly, we develop several approaches for the source separation/de-collision in theover-determined case (more sensors than messages) using joint matrix decomposition algorithms combined withdetectors of particular time-frequency (delay-Doppler frequency) points to build matrix sets to be joint (block) or zero(block) diagonalized. Concerning joint matrix decomposition algorithms, four new joint block-diagonalization algorithms(with optimal step-size) are introduced based respectively on conjugate gradient, preconditioned conjugate gradient,Levenberg-Marquardt and Quasi-Newton optimization schemes. Secondly, a new problem called non-unitary joint zeroblockdiagonalization is introduced. It encompasses the classical joint zero diagonalization problem. It involves thechoice of a well-chosen cost function and the calculation of quantities such as the complex gradient matrix and thecomplex Hessian matrices. We have therefore proposed three new algorithms (and their optimal step-size version) basedrespectively on conjugate gradient, preconditioned conjugate gradient and Levenberg-Marquardt optimization schemes.Finally, we suggest other approaches based on multi-user joint detection techniques in an underdetermined context wherewe have only one sensor receiving simultaneously several signals. First, we have developed an approach by deflationbased on a successive interferences cancelation technique. Then, we have proposed a second method based on the jointmaximum likelihood sequence estimator which is a variant of the VITERBI algorithm.

Nous étudions la faisabilité de la détection du sillage de navires en imagerie radar, éventuellement bistatique, afin d'obtenir des paramètres tels que le cap et la vitesse du navire. Dans un premier temps, on décrit la chaîne d'acquisition radar bistatique ainsi que l'environnement maritime, en particulier les modèles de diffusion des ondes électromagnétiques sur des surfaces océaniques et la manière d'obtenir une carte des hauteurs des vagues de sillage de Kelvin d'un navire. On décrit ensuite un simulateur de signaux radars bruts en configuration bistatique, en validant les résultats obtenus avec des données radar monostatiques disponibles dans la littérature. La seconde partie de la thèse est dédiée à l'étude de la détectabilité du sillage de navires. On traite tout d'abord du cas de la détection du sillage d'eau morte, en réalisant un test comparatif de quatre chaînes de référence représentatives. On traite ensuite la détectabilité du sillage de Kelvin dans des images radar de haute résolution, en commençant par discuter le choix d'une configuration radar optimisant la visibilité du sillage, puis en présentant un algorithme de détection et de traitement basé sur la théorie du filtrage adapté stochastique. Cet algorithme fonctionne également sur des données d'imagerie spatiale optiques haute résolution.