Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Pour prévoir la production, les systèmes de surveillance de la sécurité alimentaire doivent être renseignés par des données sur les surfaces cultivées et sur le rendement. Ces données peuvent être estimées par les systèmes d'observations satellitaires à moyenne résolution spatiale, qui, par leur vision synoptique, constituent une source d'information particulièrement adéquate. En Afrique de l'Ouest, l'estimation des surfaces cultivées par télédétection reste cependant problématique en raison d'un domaine cultivé fragmenté, d'une grande hétérogénéité spatiale due aux conditions environnementales et aux pratiques culturales, et de la synchronisation des phénologies des agrosystèmes et des écosystèmes liée au régime des précipitations. Dans ce contexte, cette thèse présente, en trois volets, des développements méthodologiques originaux pour la caractérisation des systèmes agricoles d'Afrique de l'Ouest par télédétection. Les méthodes ont été développées à partir de séries temporelles MODIS (250 m à 500 m de résolutionspatiale) acquises sur le Mali. (i) La cartographie des surfaces cultivées a été réalisée à partir d'indices spectraux, spatiaux, texturaux et temporels dérivés des images. Deux approches ont été appliquées : une approche de type ISODATA consécutive à une segmentation du territoire basée sur les images MODIS et une approche de fouille de données basée sur des " motifs séquentiels ". Les produits cartographiques obtenus présentent une meilleure précision que les produits globaux " occupation du sol " existants (70% vs 50% en moyenne). Cependant, une part importante des erreurs d'omission et de commission (de 20% à 40%) reste incompressible en raison de la fragmentation du domaine cultivé. (ii) La cartographie des types de systèmes agricoles a nécessité un premier travail de typologie effectué à partir d'une BD d'enquêtes de terrain de l'Institut d' Economie Rurale de Bamako sur 100 villages. Trois types de systèmes agricoles ont été déterminés à l'échelle du village : céréales dominantes (mil, sorgho), cultures intensives dominantes (maïs, coton) et mélange de sorgho et de coton. La classification des systèmes agricoles à partir des indicateurs de télédétection précédemment cités a été produite par un algorithme de type Random Forest avec une précision globale de 60%. Les résultats mettent en évidence une combinaison optimale d'indicateurs comprenant le NDVI ainsi que la texture pour la caractérisation des systèmes agricoles. (iii) Enfin, pour le suivi des cultures, le produit phénologique MODIS a été testé et évalué à partir de variables phénologiques obtenues par simulations agro-météorologiques du modèle de plante SARRA-H. Les résultats montrent que ce produit comporte des incohérences dues au fort ennuagement de début de saison des pluies. Après suppression des données aberrantes, on montre que les dates de transition phénologique des surfaces cultivées issues de MODIS sont plus précoces de 20 jours comparées aux sorties du modèle de culture, en raison notamment de la nature mixte " agro-écosystème " des surfaces à l'échelle du pixel MODIS. Les résultats de cette thèse permettent de dégager de nouvelles pistes de couplage entre télédétection, données de terrain et modélisation agro-météorologique en apportant une information continue dans le temps et dans l'espace sur la caractérisation du domaine cultivé au " Sahel ".

Les aquifères karstiques sont parmi les milieux souterrains les plus difficiles à caractériser. Ils sont connus pour avoir des réponses complexes aux événements pluvieux en raison de l'hétérogénéité de la porosité allant de la porosité matricielle (micro-porosité) à la porosité de conduits (macro-porosité). La porosité de conduits génère des vitesses de transfert élevées au sein de l'aquifère, à l'origine de la vulnérabilité des aquifères karstiques. L'objectif de cette thèse est de définir les modalités du transfert de l'eau et des solutés au sein d'un aquifère karstique du Dogger situé en Bourgogne. Deux approches complémentaires ont été utilisées: (i) l'analyse de chroniques piézométriques et débitmétriques à partir d'outils de traitement du signal et (ii) une caractérisation géochimique et isotopique des eaux souterraines basée sur l'utilisation d'une large palette de traceurs, notamment des traceurs de datation. Ces deux approches ont été appliquées à différentes échelles temporelles: un suivi haute fréquence (jusqu'à 1h) lors de pics de crue pour étudier les transferts rapides et un suivi à long terme (pluri-annuel) pour caractériser les transferts lents et étudier la variabilité saisonnière des modalités d'écoulement. Ce travail a permis de mettre en évidence une très large distribution des temps de résidence de l'eau souterraine, de quelques heures, lors d'événements de crue souligné par des temps de réponse pluie-niveau piézométrique faible (inférieurs à 70 h) à quelques années pour l'écoulement de base mis en évidence par l'utilisation de traceurs de datation (39Kr, CFC-12 et SF6). En réponse aux précipitations, différentes masses d'eau ont pu être décrites: (i) une eau à vitesse d'écoulement lente, qui correspond à l'écoulement de base mis en évidence par l'utilisation des traceurs de datation; (ii) une eau de recharge rapide dont le temps de résidence au sein de l'aquifère varie, selon les porosités empruntées, de quelques heures à quelques jours soulignés grâce au suivi en continu de la conductivité électrique, des éléments majeurs et du tritium; et (iii) des eaux stockées au sein de la zone non saturée, remobilisées lors de pics de crue mises en évidence par la variation des compositions géochimiques en tritium et Ca2+ des eaux souterraines lors de pics de crue. Malgré une forte hétérogénéité des processus d'écoulement, une logique spatiale des écoulements rapides apparaît. Le temps de réponse du niveau piézométrique à un événement pluvieux et le temps de résidence augmentent vers l'aval du dôme hydrogéologique. L'étude temporelle de la réponse impulsionnelle par la méthode du corrélogramme croisé coulissant montre que le temps de réponse varie de façon saisonnière, et est plus court en été. La variation du temps de réponse pour un forage entre été et hiver est significative et peut atteindre une centaine d'heures. Cette variabilité temporelle s'explique en partie par une variabilité de l'intensité des pluies (plus importantes en été) qui induit une variation des mécanismes d'écoulement au sein de l'épikarst. Lors d'événements de pluie intense, la saturation de l'épikarst est plus importante provocant des transferts latéraux en son sein et permettant de transférer les eaux vers les conduits les plus ouverts.

L'apprentissage de modèles temporels constitue l'une des grandes problématiques de l'Exploration de Données (Data Mining). Dans cette thèse, nous avons développé un nouveau modèle temporel appelé TITA Rules (Règle associative temporelle basé sur des arbres d'intervalles). Ce modèle permet de décrire des phénomènes ayant un certain degré d'incertitude et/ou d'imprécision. Ce modèle permet entre autres d'exprimer la synchronicité entre évènements, les contraintes temporelles disjonctives et la négation temporelle. De par leur nature, les TITA Rules peuvent êtes utilisées pour effectuer des prédictions avec une grande précision temporel. Nous avons aussi développé un algorithme capable de découvrir et d'extraire de manière efficace des TITA Rules dans de grandes bases de données temporelles. Le cœur de l'algorithme est basé sur des techniques de minimisation d'entropie, de filtrage par Apriori et par des analyses de co-dépendance. Note modèle temporelle et notre algorithme ont été appliqués et évalués sur plusieurs jeux de données issues de phénomènes réels et de phénomènes simulés. La seconde partie de cette thèse à consisté à étudier l'utilisation de notre modèle temporel sur la problématique de la Planification Automatique. Ces travaux ont mené au développement d'un algorithme de planification automatique. L'algorithme prend en entrée un ensemble de TITA Rules décrivant le fonctionnement d'un système quelconque, une description de l'état initial du système, et un but à atteindre. En retour, l'algorithme calcule un plan décrivant la meilleure façon d'atteindre le but donné. Par la nature même des TITA Rules, cet algorithme est capable de gérer l'incertain (probabilités), l'imprécision temporelle, les contraintes temporelles disjonctives, ainsi que les événements exogènes prédictibles mais imprécis.

La technologie ULB apporte de nouveaux défis en terme de caractérisation d'antennes. Les méthodes de mesure de rendement d'antenne associées doivent être rapide et performantes. Un état de l'art des méthodes conventionnelles de détermination du rendement ainsi que des nouvelles techniques est proposé afin de dresser les innovations possibles. Une première méthode ("ULB Wheeler Cap") est tout d'abord décrite et analysée grâce à différentes études et expérimentations afin d'approfondir sa connaissance. Enfin, l'élaboration d'une nouvelle méthode de mesure dédiée à l'ULB est présentée. Grâce à l'utilisation combinée de la Chambre Réverbérante à Brassage de Modes et du Retournement Temporel en mode impulsionnel, la méthode TREM (Time Reversal Efficiency Measurement), réalisée dans le domaine temporel, offre une mesure rapide du rendement d'antenne donnant une information large bande immédiate. Parallèlement, il est nécessaire de disposer de structures filtrantes intégrées aux antennes ULB afin de s'adapter aux technologies existantes. Une structure de filtre planaire, passif et de taille réduite, utilisant des éléments résonants localisés, est développée, intégrée et mesurée pour servir la conception d'antenne multibande et filtrante.

Cette thèse est composée de deux contributions à l'étude des bases de données : (i) la première contribution porte sur l'amélioration de la compréhension, par l'étude formelle, de la tension entre les fonctionnalités de cohérence et de confidentialité. Cette tension permet, dans certaines situations, d'utiliser les contraintes d'intégrité (cohérence) pour révéler des secrets (confidentialité) et donc réaliser des fraudes. L'étude fixe tout d'abord un cadre général de recherche en donnant une définition formelle des notions de secret, révélation et fraude. Puis, une occurrence particulière, et originale, de tension est formalisée selon une méthode inspirée des méthodes de programmation. Cette occurrence s'est avérée liée aux treillis de Galois. (ii) la deuxième contribution porte sur la spécification et l'implémentation d'une fonctionalité originale : le classement d'objets selon leur histoire. A cette fin, l'étude répond successivement aux trois questions : qu'est-ce que l'histoire d'un objet, comment exprimer des propriétés sur l'histoire des objets, et comment les vérifier efficacement ? L'expression est réalisée par des formules de logique temporelle et la méthode de vérification repose sur la traduction de ces formules en expressions régulières puis en automates d'états finis. L'implémentation réalisée utilise cette méthode de classement pour classer a posteriori des objets du langage prototypique NewtonScript.

La détection d'endommagements et de changements des propriétés élastiques dans des structures, utilisant les variations des paramètres dynamiques, fait l'objet d'une attention particulière depuis plusieurs années dans les domaines du génie mécanique et du génie civil. Le principe général repose sur le fait que la variation des propriétés physiques (e.g. rigidité, masse, module d'Young, conditions aux limites) entraîne une variation des caractéristiques dynamiques de la structure (e.g. fréquences de résonance, amortissements modaux et déformées modales). La présence d'endommagement provoque ainsi une diminution de la rigidité de la structure, c'est-à-dire une augmentation de sa flexibilité et de son amortissement que l'on retrouve dans la forme des modes et les valeurs des fréquences. Utilisant le changement de ces informations entre un état sain et un état endommagé, plusieurs méthodes non-destructives ont été proposées dans la littérature afin d'identifier et de localiser ces endommagements. Ces pratiques et ces activités sont d'une importance considérable puisqu'elles permettent en premier lieu d'anticiper et donc d'éviter des ruptures dans les structures, toujours catastrophiques, et plus généralement de mettre en place des plans de maintenance prédictives, en lien avec le suivi sur le long terme de leur intégrité (Structural Health Monitoring). Ces méthodes de surveillance se popularisent également du fait de la réduction des coûts des instrumentations, liés à l'apparition de nouveaux équipements à bas coût, ayant des performances satisfaisantes. L'objectif de ce travail est de tester les différentes solutions permettant la détection, la localisation et la quantification des changements dans des structures simples. Plusieurs méthodes ont été testées et une approche nouvelle a été proposée basée sur l'utilisation de la méthode des perturbations. Trois approches ont été suivies: une modélisation par éléments finis (analyse modale), une simulation numériques par éléments finis (analyse temporelle) et enfin des analyses expérimentales sur des poutres en Plexiglas au laboratoire, les trois volets de ce travail ayant permis de tester la sensibilité des méthodes non-destructives (NDE) globales et locales pour la détection et la localisation. Les changements ont été associés à une variation locale du module de Young (E), numériquement pour les solutions numériques et par chauffage local sur des sections de la poutre dans le volet expérimental. Dans tous les cas, nous sommes en situations réelles afin de proposer l'identification des caractéristiques modales par des méthodes opérationnelles (Operative Modal Analysis) telles que la méthode du décrément aléatoire et la méthode de décomposition dans le domaine fréquentiel (Frequency Domain Decomposition). Les résultats d'identification ont montré une très bonne corrélation entre les valeurs numériques et les valeurs expérimentales obtenues : fréquences de résonance et déformés modale. Pour identifier l'endommagement, les méthodes de localisation basées sur la courbure des déformées propres, la matrice de flexibilité, la courbure de flexibilité et enfin sur la méthode d'inversion des modes ont été employées. D'après les résultats obtenus, la méthode d'inversion se montre efficace dans le cas de variations modales faibles et transitoires, alors que la méthode de la courbure de flexibilité donne généralement de bons résultats et apparait robuste lorsque les variations sont plus prononcées.

Les virus de l'enroulement de la vigne (Grapevine leafroll-associated virus, GLRaV) sont répandus mondialement et transmis à la vigne uniquement par cochenilles (Coccoidea). En France, l'enroulement viral affecte particulièrement les vignobles des régions septentrionales.L'approche biologique de la vection a montré la capacité de Phenacoccus aceris à transmettre à la vigne les GLRaV-1, -3, -4, -5, -6, -9 et ceux du bois strié Grapevine virus A et B. Cette étude est la première démonstration de la transmission du GLRaV-6 et confirme l'absence de spécificité des cochenilles dans la transmission des Ampelovirus. Les larves néonates de P. aceris et de Neopulvinaria innumerabilis représentent un stade de développement efficace pour la transmission de ces virus. En conséquence, leurs capacités vectrices, associées à leur fort potentiel de dissémination anémophile, impliquent un risque important de dispersion naturelle de ces virus dans un vignoble infesté. Les relevés sur quatre parcelles distinctes montrent que Parthenolecanium corni, Pulvinaria vitis, Heliococcus bohemicus et P. aceris sont communes, chaque vignoble différant par la diversité spécifique, le taux de ceps infestés et l'abondance des cochenilles. L'étude épidémiologique prouve le rôle des cochenilles dans la dispersion de l'enroulement viral dans les vignobles septentrionaux. A Bonzon, la responsabilité de P. aceris dans la diffusion rapide du GLRaV-1 est mise en évidence. Cette découverte représente la première preuve en Europe d'une dispersion naturelle du GLRaV-1. A Marsannayla-Côte, l'incidence du GLRaV-1 reste faible, la colonie de P. aceris ne semblant avoir qu'un rôle très limité dans la diffusion de la maladie. L'épidémiologie moléculaire à Bonzon révèle une diversité génétique importante du GLRaV-1 à l'échelle parcellaire et fournit pour la première fois des données sur le polymorphisme génétique d'une population de GLRaV-1 ayant été dispersée par des cochenilles.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine du traitement automatique des langues, et concerne l'étude des phénomènes itératifs en langue. Il s'agit notamment de rendre compte de la sémantique de procès exprimant une répétition (d'événements ou d'états) au sein d'un même texte, tant du point de vue de l'aspect que du temps. Nous avons mené nos travaux dans le cadre d'un travail d'équipe pluridisciplinaire couvrant des orientations linguistiques, logiques et informatiques. Ces travaux reposent sur une double appréhension commune d'un énoncé itératif : une entité événementielle en quelque sorte générique qui est présentée comme répétée dans le temps, d'une part ; l'itération proprement dite, conçue comme ensemble des occurrences du modèle, d'autre part. Nous nous focalisons pour notre part sur deux facettes : l'inscription discursive, en nous reposant sur une modélisation objet de la construction du sens des itérations (Mathet, 2007) ; et le calcul aspectuo-temporel au travers de la Sémantique de la temporalité (SdT) (Gosselin, 2011). Nous menons en premier lieu une étude de corpus, sur des articles de journaux et des œuvres littéraires, qui vise à caractériser l'inscription discursive des phénomènes itératifs. Nous exposons sur cette base leurs propriétés discursives dans la perspective de circonscrire automatiquement les itérations, c'est-à-dire repérer la borne initiale et finale du segment textuel correspondant. Nous établissons également un modèle d'annotation pour cette automatisation permettant in fine d'instancier les itérations au sein du modèle objet. Dans un second temps, nous abordons les phénomènes itératifs sous l'angle du calcul aspectuo-temporel. Fondé sur les travaux de Laurent Gosselin sur le calcul aspectuel des procès semelfactifs, nous étudions les ajustements nécessaires pour l'appliquer aux procès itératifs, en intégrant la notion de double visée aspectuelle issue de la SdT, dans la perspective de l'automatisation du calcul. Enfin, nous complétons ces deux aspects de notre travail par l'intégration de nos résultats au sein de TimeML, un formalisme XML de structuration des connaissances temporelles.