La notion de trajectoire fait l'objet de nombreux travaux en informatique. La trajectoire de vie a plusieurs particularités qui la distinguent des trajectoires habituellement considérées dans ces travaux. C'est d'abord son emprise temporelle, qui est celle de la vie, de l'existence du sujet observé. C'est ensuite son emprise thématique, celle-ci pouvant potentiellement concerner de multiples aspects de la vie d'un objet ou d'un individu. C'est enfin, l'utilisation métaphorique du terme de trajectoire, qui renvoie davantage au sens de la trajectoire qu'à la description d'une simple évolution dans le temps et l'espace. La trajectoire de vie est utilisée par l'expert (sociologue, urbaniste...) qui souhaite mettre en perspective dans le temps les informations sur les individus pour mieux les comprendre. Les motivations d'étude de la trajectoire de vie sont différentes selon les cas d'application et les thématiques considérées : le rapport au travail, la vie familiale, la vie sociale, la santé, la trajectoire résidentielle...Nous proposons une approche d'étude des trajectoires de vie, basée sur le Web Sémantique, qui en permet la modélisation, la collecte et l'analyse. Cette approche est concrétisée par une architecture logicielle. Cette architecture repose sur un patron de conception d'ontologie de trajectoire de vie, ainsi que sur un modèle de facteurs explicatifs d'évènements de vie. Pour la modélisation,nous avons conçu des algorithmes qui permettent la création d'une ontologie de trajectoire de vie en exploitant le patron et le modèle précédents. Pour lacollecte de données, nous avons développé des APIs permettant de faciliter i)la construction d'une interface de collecte de données conforme aux modéles ;ii) l'insertion des données collectées dans un Triple Store. Notre approche permet la représentation, et, par suite, la collecte et l'exploitation d'informations multi-granulaires, qu'elles soient spatiales, temporelles ou thématiques.Enfin, pour permettre l'analyse des trajectoires, nous proposons des fonctions génériques, implémentées en étendant le langage SPARQL. L'approche méthodologique et les outils proposés sont validés sur un cas d'application visant à étudier les choix résidentiels d'individus en mettant en exergue les caractéristiques de leur trajectoire résidentielle et les éléments explicatifs de celle-ci. / The notion of trajectory is the subject of many works in computer science. The life trajectory has several peculiarities which distinguish it from the trajectories usually considered in these works. It is first of all its temporal hold, which is the life, the existence of the observed subject. It is then its thematic hold, this one potentially concerning multiple aspects of the life of an object or an individual. Finally, it is the metaphorical use of the term trajectory, which refers more to the meaning of the trajectory than to the description of a simple evolution in time and space. The life trajectory is used by the expert (sociologist, urban planner ...) who wishes to put in perspective the information on individuals to better understand their choices. The motivations for studying the life trajectory are depending on the application and themes considered: the relation to work and employment, family life, social life, health, residential trajectory ...We propose a Semantic Web based approach to study life trajectories, which allows their modeling, collection and analysis. This approach is embodied by a software architecture whose components are configurable for each application case. This architecture is based on a life trajectory ontology design pattern, as well as a model of explanatory factors for life events. To operationalize the proposed modeling, we designed algorithms that allow the creation of a life trajectory ontology by exploiting the previous pattern and model. For data collection, we developed APIs to facilitate i) the construction of a model-compliant data collection interface; and ii) the insertion of the collected data into a Triple Store. Our approach allows the representation, and hence the collection and exploitation of multi-granular information, whether spatial, temporal or thematic. Finally, to allow the analysis of the trajectories, we propose generic functions, which are implemented by extending the SPARQL language.The methodological approach and the proposed tools are validated on a case study on residential choices of individuals in the Grenoble metropolitan area by highlighting the characteristics of their residential trajectory and the explanatory elements of it, including from their personal and professional trajectories.

Les séries temporelles d’images satellites (STIS) sont des données cruciales pour l’observation de la terre. Les séries temporelles actuelles sont soit des séries à haute résolution temporelle (Spot-Végétation, MODIS), soit des séries à haute résolution spatiale (Landsat). Dans les années à venir, les séries temporelles d’images satellites à hautes résolutions spatiale et temporelle vont être produites par le programme Sentinel de l’ESA. Afin de traiter efficacement ces immenses quantités de données qui vont être produites (par exemple, Sentinel-2 couvrira la surface de la terre tous les cinq jours, avec des résolutions spatiales allant de 10m à 60m et disposera de 13 bandes spectrales), de nouvelles méthodes ont besoin d’être développées. Cette thèse se focalise sur la comparaison des profils d’évolution radiométrique, et plus précisément la mesure de similarité « Dynamic Time Warping », qui constitue un outil permettant d’exploiter la structuration temporelle des séries d’images satellites. / Satellite Image Time Series are becoming increasingly available and will continue to do so in the coming years thanks to the launch of space missions, which aim at providing a coverage of the Earth every few days with high spatial resolution (ESA’s Sentinel program). In the case of optical imagery, it will be possible to produce land use and cover change maps with detailed nomenclatures. However, due to meteorological phenomena, such as clouds, these time series will become irregular in terms of temporal sampling. In order to consistently handle the huge amount of information that will be produced (for instance, Sentinel-2 will cover the entire Earth’s surface every five days, with 10m to 60m spatial resolution and 13 spectral bands), new methods have to be developed. This Ph.D. thesis focuses on the “Dynamic Time Warping” similarity measure, which is able to take the most of the temporal structure of the data, in order to provide an efficient and relevant analysis of the remotely observed phenomena.

Ce travail de thèse porte sur l’exploitation des données temporelles en présence d’imperfections. Il s’agit de définir, concevoir et développer un système intelligent pour l’interrogation des bases de données temporelles où la dimension temps (des relations ou des entités) est définie d’une manière imprécise et floue. Ce type de base de données se manifeste fréquemment dans les applications issues du domaine médical, de l’historique et de l’archive, de la planification, etc.Nous rappelons tout d’abord les différents formalismes utilisés dans le traitement des informations temporelles, puis, nous présentons les travaux antérieurs qui ont abordé la problématique de la gestion et de traitement de l’information temporelle imparfaite dans le domaine des bases de données. Nous décrivons ensuite une première contribution apportée sur la définition d’un nouveau modèle de représentation de données temporelles entachées d’imprécision. Des relations d’Allen étendues ont été introduites ainsi qu’un ensemble de règles de composition permettant de raisonner. Cette contribution a permis de développer un premier prototype nommé Fuzz-TIME pour le traitement des requêtes contenant des critères temporels flous/imprécis. Un des points forts de ce système est qu’il possède un module de raisonnement lui permettant de traiter, d’une manière intelligente, une famille de requêtes temporelles de nature complexe.La plupart des travaux menés sur l’exploitation et la manipulation des informations temporelles considèrent que les entités temporelles (i.e., intervalles) sont définies d’une manière précise (non floue). Or dans le monde des applications réelles, les bornes des intervalles de temps manipulés sont souvent entachées d’imprécision. Nous avons ainsi proposé une nouvelle sémantique des relations temporelles d’Allen (i.e., relations d’Allen tolérantes) dans ce contexte. L’élément clé de cette sémantique est une relation de tolérance convenablement choisie. Une troisième partie de notre travail est consacrée à la modélisation d’une nouvelle extension des relations temporelles d’Allen où les intervalles de temps sont interprétés d’une manière conjonctive. Enfin, nous décrivons l’architecture du système Fuzz-TIME et discutons l’étude expérimentale menée pour valider les contributions proposées. / This work focuses on the exploitation of temporal data in presence of imperfections. The aim is to define, design and develop an intelligent system for the interrogation of temporal databases where the time dimension (of relationships or entities) is defined in an imprecise and fuzzy way. This type of databases is frequently found in applications from the medical field, history and archive, planning, etc.We first recall the different formalisms used in the processing of temporal in formation, and then we present the previous work which has addressed the problem of managing and processing of imperfect temporal information in the field of databases.We describe then a first contribution related to the definition of a new model for the representation of imprecise temporal data. Extended Allen relations have been introduced as well as a set of composition rules for reasoning. This contribution has allowed developing a first prototype called Fuzz-TIME for processing queries containing fuzzy /imprecise time criteria. One of the major interests of this system is that it exhibits a reasoning module to intelligently process a family of temporal queries of a complex nature.Most work on the exploitation and manipulation of temporal in formation considers that the temporal entities (i.e.,intervals) are defined in a precise (non-fuzzy) manner. ln the world of real applications, the bounds of the manipulated time intervals are often pervaded by imprecision. We have proposed a new semantics of Allen's temporal relations (i .e., Allen Tolerant Relations) in this context. The key element of this semantics is a suitably chosen relationship of tolerance. A third part of our work is devoted to the modeling of a new extension of Allen's temporal relations where the time intervals are interpreted in a conjunctive way. Finally, we describe the architecture of the Fuzz-TIME system and discuss the experimental study carried out to validate the proposed contributions.

La télédétection est une technique de plus en plus utilisée dans le domaine fluvial, et si des images acquises à haute, voire très haute altitude via des vecteurs aéroportés et satellites sont traditionnellement utilisées, l’imagerie in situ (ou « imagerie de terrain ») constitue un outil complémentaire qui présente de nombreux avantages (facilité de mise en place, coûts réduits, point de vue oblique, etc.). Les possibilités de programmer les prises de vue fixes à des fréquences relativement élevées (de quelques dixièmes de secondes dans le cas de vidéos, à quelques heures par exemple) mais aussi de pouvoir observer les évènements au moment où ils surviennent, est sans commune mesure avec les contraintes associées à l’acquisition de l’imagerie « classique » (dont les plus hautes fréquences s’élèvent à quelques jours). Cela permet de produire des jeux de données conséquents, dont l’analyse automatisée est nécessaire et constitue l’un des enjeux de cette thèse. Le traitement et l’analyse de jeux de données produits sur cinq sites test français et québécois ont permis de mieux évaluer les potentialités et les limites liées à l’utilisation de l’imagerie in situ dans le cadre de l’étude des milieux fluviaux. La définition des conditions optimales d’installation des capteurs en vue de l’acquisition des données constitue la première étape d’une démarche globale, présentée sous forme de modules optionnels, à prendre en compte selon les objectifs de l’étude. L’extraction de l’information radiométrique, puis le traitement statistique du signal ont été évalués dans plusieurs situations tests. La classification orientée-objet avec apprentissage supervisé des images a notamment été expérimentée via des random forests. L’exploitation des jeux de données repose principalement sur l’analyse de séries temporelles à haute fréquence. Cette thèse expose les forces et les faiblesses de cette approche et illustre des usages potentiels pour la compréhension des dynamiques fluviales. Ainsi, l’imagerie in situ est un très bon outil pour l’étude et l’analyse des cours d’eau, car elle permet la mesure de différents types de temporalités régissant les processus biophysiques observés. Cependant, il est nécessaire d’optimiser la qualité des images produites et notamment de limiter au maximum l’angle de vue du capteur, ou la variabilité des conditions de luminosité entre clichés, afin de produire des séries temporelles pleinement exploitables. / Remote sensing is more and more used in river sciences, mainly using satellite and airborne imagery. Ground imagery constitutes a complementary tool which presents numerous advantages for the study of rivers. For example, it is easy to set up; costs are limited; it allows an oblique angle; etc. It also presents the possibility to set up the triggering with very high frequency, ranging, for instance, from a few seconds to a few hours. The possibility to monitor events at the instant they occur makes ground imagery extremely advantageous compared to aerial or spatial imagery (whose highest acquisition frequency corresponds to a few days). Such frequencies produce huge datasets, which require automated analyses. This is one of the challenges addressed in this thesis. Processing and analysis of data acquired at five study sites located in France and Québec, Canada, facilitated the evaluation of ground imagery potentials, as well as its limitations with respect to the study of fluvial systems. The identification of optimal conditions to set up the cameras and to acquire images is the first step of a global approach, presented as a chain of optional modules. Each one is to be taken into account according to the objectives of the study. The extraction of radiometric information and the subsequent statistical analysis of the signal were tested in several situations. In particular, random forests were applied, as a supervised object-oriented classification method. The datasets were principally exploited using high frequency time series analyses, which allowed demonstrating strengths and weaknesses of this approach, as well as some potential applications. Ground imagery is a powerful tool to monitor fluvial systems, as it facilitates the definition of various kinds of time characteristics linked with fluvial biophysical processes. However, it is necessary to optimize the quality of the data produced. In particular, it is necessary to minimize the acquisition angle and to limit the variability of luminosity conditions between shots in order to acquire fully exploitable datasets.

Nous modélisons le rapport entre variation de pesanteur et déplacement vertical du sol dus à une surcharge à la surface d'un modèle de Terre à symétrie sphérique, stratifié et élastique. Les résultats théoriques sont comparés aux valeurs numériques trouvées pour diverses charges à partir des sorties de modèles globaux. Nous évaluons la résolution et la précision des variations temporelles du contenu en eau du sol estimées par la mission de gravimétrie spatiale GRACE. Celles-ci sont comparées aux prédictions des variations saisonnières de plusieurs modèles hydrologiques. En Europe, la validation des mesures GRACE par les mesures des gravimètres du reseau GGP repose sur une analyse en composantes principales et met en évidence la sécheresse de l'été 2003. Les signatures gravitationnelles cosismique et postsismique associées au séisme de Sumatra (2004) sont extraites des données GRACE. Une modélisation de l'effet cosismique montre que la réponse statique de l'océan ne peut être negligée.

Ce travail porte sur la specification et la verification des systemes temps reel. Nous presentons une algebre de processus temporises ATP, qui permet de decrire de tels systemes en utilisant divers operateurs temporels. Sa semantique operationnelle est basee sur l'hypothese de synchronisme des langages synchrones. Elle definit les modeles des processus comme des systemes de transitions etiquetees, dans lesquels l'evolution discrete du temps est denotee par une etiquette particuliere. Une axiomatisation complete offre la possibilite de comparer deux termes de l'algebre modulo l'equivalence forte sans construire leurs modeles. Nous generalisons ensuite la semantique d'ATP a des domaines temporels quelconques, en particulier des domaines denses. Nous montrons qu'une propriete de surete est satisfaite par un processus pour tout domaine temporel discret si elle l'est pour un domaine dense. Nous etudions dans un deuxieme temps les graphes temporises, qui sont des automates etendus par des compteurs de temps. Nous presentons une methode de traduction d'ATP vers les graphes temporises qui preserve la semantique des processus. Le graphe obtenu presente l'interet d'etre de taille independante des valeurs des delais apparaissant dans la description, car les contraintes temporelles y sont exprimees symboliquement. Finalement, nous decrivons un algorithme de verification de proprietes sur les graphes temporises. Il consiste a evaluer symboliquement des formules d'une logique temporelle temps reel en evitant l'explosion combinatoire du nombre d'etats des modeles de bas niveau causee par les valeurs des delais. Nous obtenons ainsi les principes theoriques d'un outil de description et de verification de systemes temps reel.

La validation fonctionnelle d'un système matériel consiste a vérifier le système vis-a-vis de son fonctionnement attendu. Il existe deux façons de spécifier ce fonctionnement attendu. D'une part, la spécification peut être donnée sous forme d'une description fonctionnelle complète. D'autre part, l'expression de cette spécification peut être donnée sous forme d'un ensemble de propriétés temporelles critiques. Ces deux façons de spécifier les systèmes matériels ont donne lieu a deux problèmes de vérification. Notre domaine d'étude concerne les systèmes matériels numériques séquentiels synchrones. Le travail présente dans ce document développe une approche de vérification unifiée, fondée sur le modèle de machines d'états finis, pour résoudre les deux problèmes de vérification sur ces systèmes. Dans cette approche, tout probleme de vérification se ramène a définir une machine d'états finis sur laquelle la vérification sera réalisée. L'application du langage lustre et de l'outil de vérification Lesar associe a été étudiée dans le but de valider cette approche. Dans cette application, la resolution des deux problèmes de vérification se ramène a définir un programme lustre ayant une seule sortie. La vérification consiste a vérifier que cette sortie est la constante booléenne 1. Cette vérification est réalisée automatiquement par l'outil de vérification Lesar

La Station Laser Ultra Mobile est la plus petite station de télémétrie laser au monde, ne pesant que 300 kg, dédiée à la poursuite de satellites équipés de rétroréflecteurs laser. Elle utilise un petit télescope de 13 cm de diamètre placé sur une monture issue d'un théodolite de précision et motorisé, un laser très compact et une photodiode à avalanche permettant la détection au niveau du simple photo-électron. Les premières expériences (Corse, fin 1996) ont révélé des instabilités dans la qualité des mesures. Ce travail concerne l'étude et la mise en place de nombreuses modifications techniques afin d'atteindre une exactitude centimétrique des mesures et de pouvoir participer à la campagne de validation des orbites et d'étalonnage de l'altimètre du satellite océanographique JASON-1 (2001). La précision instrumentale souhaitée a été vérifiée avec succès en laboratoire.<br />Outre cet aspect instrumental et métrologique, une analyse a été développée afin de pouvoir estimer l'exactitude et la stabilité des observations de la station mobile après intégration des modifications. A partir d'une expérience de co-localisation entre les deux stations laser fixe du plateau de Calern, on a fait une analyse fondée sur l'ajustement, par station, de coordonnées et d'un biais instrumental moyen à partir d'une orbite de référence des satellites LAGEOS. Des variations saisonnières très cohérentes ont été mises en évidence dans les séries temporelles des différentes composantes. La comparaison locale des déformations de la croûte terrestre se traduisant par des variations d'altitude issues des données laser montre une cohérence avec les mesures d'un gravimètre absolu transportable (FG5). Des signaux de même amplitude ont été observés par GPS. Ces variations sont également mises en évidence à l'échelle mondiale et leur interprétation géophysique est due à la combinaison des effets de marées terrestres et polaire et des effets de charge atmosphérique.

Les instabilités spatio-temporelles sont le nom scientifique pour nommer la formation spontannée de structures spatiales plus ou moins régulières. Nous avons tous eu l'occasion de voir des ridules se former sur le sable ou encore les nuages s'organiser en "troupeaux de moutons". Ce sont deux exemples parmi une très grande variété de structures et de systèmes capables de développer des instabilités spatio-temporelles. En optique, elles s'observent dans la section transverse des faisceaux laser. La diversité des organisations et la richesse de leur dynamique ont entraîné un intérêt croissant pour leur étude. Ce travail est une contribution à cet effort scientifique et s'appuie sur un système composé d'un faisceau laser faisant un aller-retour dans à travers un échantillon de cristal liquide. Une étude à la fois expérimentale, numérique et théorique est réalisée autour de deux axes principaux: l'étude des effets (i) du bruit sur la formation des structures et (ii) d'un flot transverse sur leur dynamique. Dans une première partie, nous montrons en particulier que la présence de bruit d'origine microscopique (fluctuation thermique des molécules de cristaux liquides) induit des effets macroscopiques non triviaux. C'est à dire qu'ils n'ont pas d'équivalent dans le système sans bruit généralement étudié lors de sa modélisation. Plus précisément, nous caractérisons un effet précurseur induit par le bruit qui se manifeste sous le seuil, là où aucun effet n'est attendu par le modèle classique. Il est appelé précurseur car il anticipe certaines propriétés du réseau hexagonal qui apparaît au seuil. Dans une seconde partie, nous montrons que lorsque la symétrie du système est brisée par un courant transverse, un nouveau régime dynamique -- l'instabilité convective -- peut apparaître. Nous mettons alors en évidence expérimentalement que celui-ci se traduit par la formation de structures entretenues par le bruit, i.e. qui n'existent qu'en présence de bruit. Enfin, l'étude de leurs propriétés et de leur dynamique nous permet de définir des conditions de formation de nouvelles structures complexes (superlattice) purement entretenues par le bruit. Bienvenu dans un monde où l'ordre naît du désordre...

La besoin d'une meilleure intégration des nouveaux systèmes de chirurgie assistée par ordinateur dans les salles d'opération à récemment été souligné. Une nécessité pour atteindre cet objectif est de récupérer des données dans les salles d'opérations avec différents capteurs, puis à partir de ces données de créer des modèles de processus chirurgicaux. Récemment, l'utilisation de vidéos dans la salle d'opération a démontré son efficacité pour aider à la création de systèmes de CAO sensibles au contexte. Le but de cette thèse était de présenter une nouvelle méthode pour la détection automatique de tâches haut niveaux (i.e. phases chirurgicales) et bas-niveaux (i.e. activités chirurgicales) à partir des vidéos des microscopes uniquement. La première étape a consisté à reconnaitre automatiquement les phases chirurgicales. L'idée fut de combiner des techniques récentes de vision par ordinateur avec une analyse temporelle. Des classifieurs furent tout d'abord mis en œuvre pour extraire des attributs visuels et ainsi caractériser chaque image, puis des algorithmes de classification de séries temporelles furent utilisés pour reconnaitre les phases. La deuxième étape a consisté à reconnaitre les activités chirurgicales. Des informations concernant des outils chirurgicaux et des structures anatomiques furent détectées et combinées avec l'information de la phase précédemment obtenu au sein d'un système de reconnaissance intelligent. Après des validations croisées sur des vidéos de neurochirurgie et de chirurgie de l'œil, nous avons obtenu des taux de reconnaissance de l'ordre de 94% pour la reconnaissance des phases et 64% pour la reconnaissance des activités. Ces systèmes de reconnaissance pourraient être utiles pour générer automatiquement des rapports post-opératoires, pour l'enseignement, l'apprentissage, mais aussi pour les futurs systèmes sensibles au contexte.