La géostatistique fournit de nombreux outils pour caractériser et traiter des données réparties dans l'espace. La plupart de ces outils sont basés sur l'analyse et la modélisation d'une fonction appelée variogramme qui permet de construire différents opérateurs spatiaux : le krigeage et les simulations. Les modèles variographiques sont relativement intuitifs : certains paramètres variographiques peuvent être directement interprétés en termes de caractéristiques structurales. Ces approches sont cependant limitées car elles ne permettent pas de prendre correctement en compte la structuration locale des données. Plusieurs types de modèles géostatistiques non-stationnaires existent. Ils requièrent généralement un paramétrage compliqué, peu intuitif, et ils n'apportent pas de réponse satisfaisante quant à certains de types de non-stationnarité. C'est pour répondre au besoin d'une prise en compte efficace et opérationnelle de la non-stationnarité dans un jeu de données que, dans le cadre de cette thèse, nous prenons le parti de déterminer des paramètres variographiques locaux, appelés M-Paramètres par des méthodes de traitement d'images. Notre démarche se fonde principalement sur la détermination des paramètres morphologiques de dimensions et d'orientations de structures. Il résulte de la détermination de M-Paramètres une meilleure adéquation entre modèles variographiques et caractéristiques structurales des données. Les méthodes de détermination de M-Paramètres développées ont été appliquées sur des données bathymétriques, sur des jeux de données laissant apparaître des corps géologiques complexes ou encore sur des jeux de données environnementaux, liés au domaine de la pollution en zone urbaine par exemple. Ces exemples illustrent les améliorations de résultats de traitement géostatistique obtenus avec M-Paramètres. Enfin, partant du constat que certains phénomènes ne respectent pas une propagation euclidienne, nous avons étudié l'influence du choix de la distance sur les résultats de krigeage et de simulation. En utilisant des distances géodésiques, nous avons pu obtenir des résultats d'estimation impossible à reproduire avec des distances euclidiennes.

La circulation atmosphérique en Afrique de l'Ouest est caractérisée par des vents de sud-ouest (mousson) pendant la saison humide et par des vents de nord-est (harmattan) pendant la saison sèche. Cette alternance des saisons est due aux variations de pression liée à l'état des surfaces (rugosité, albédo, végétation) en réaction au forçage solaire. Ces mêmes états de surface génèrent une variabilité de flux turbulents de surface et des circulations secondaires qui rendent complexes les analyses des mesures effectuées sur place en vue de documenter les interactions surface-atmosphère. La modélisation fine échelle (LES) couramment utilisée dans l'étude de la couche limite atmosphérique est requise pour pouvoir palier à ces difficultés en raison de sa capacité à prendre en compte les flux turbulents en 3D et sur topographie complexe. Notre site d'étude est le bassin versant d'ARA située au Nord du Bénin dans un contexte Soudanien avec des propriétés de surface variables. Une analyse climatique est effectuée sur la base des observations de radiosondage, de radar UHF et de stations au sol afin d'extraire des données composites représentatives des saisons sèche et humide. Ces données composites ont servi par la suite à forcer le modèle Méso-NH dans sa version LES. Pour pouvoir caractériser les échelles de longueur des flux turbulents de surface relatives aux saisons sèche et humide, les données standard de forçage de surface de Méso-NH que sont le relief GTOPO30 (1km de résolution) et la végétation ECOCLIMAP (1km de résolution) ont été respectivement remplacer par le SRTM (90m de résolution) et les données de SPOT/HRV (20m de résolution) reéchantillonné à 90m de résolution. A l'aide d'outils statistiques comme la variographie 2D et le suivi Lagrangien, il ressort que la variabilité spatiale de la chaleur sensible H est gouvernée par le couple vent-relief tandis que celle de la chaleur latente E est difficile à mettre en lien sur végétation hétérogène (SPOT/HRV) en saison sèche. En saison humide, la variabilité spatiale du champ H dépend du vent tandis que celle du champ E dépend de la végétation. Cette étude révèle dans tous les cas que les échelles caractéristiques de ces deux champs diffèrent dans les mêmes conditions de forçage de surface et atmosphérique.

La circulation atmosphérique en Afrique de l'Ouest est caractérisée par des vents de sud-ouest (mousson) pendant la saison humide et par des vents de nord-est (harmattan) pendant la saison sèche. Cette alternance des saisons est due aux variations de pression liée à l'état des surfaces (rugosité, albédo, végétation) en réaction au forçage solaire. Ces mêmes états de surface génèrent une variabilité de flux turbulents de surface et des circulations secondaires qui rendent complexes les analyses des mesures effectuées sur place en vue de documenter les interactions surface-atmosphère. La modélisation fine échelle (LES) couramment utilisée dans l'étude de la couche limite atmosphérique est requise pour pouvoir palier à ces difficultés en raison de sa capacité à prendre en compte les flux turbulents en 3D et sur topographie complexe. Notre site d'étude est le bassin versant d'ARA située au Nord du Bénin dans un contexte Soudanien avec des propriétés de surface variables. Une analyse climatique est effectuée sur la base des observations de radiosondage, de radar UHF et de stations au sol afin d'extraire des données composites représentatives des saisons sèche et humide. Ces données composites ont servi par la suite à forcer le modèle Méso-NH dans sa version LES. Pour pouvoir caractériser les échelles de longueur des flux turbulents de surface relatives aux saisons sèche et humide, les données standard de forçage de surface de Méso-NH que sont le relief GTOPO30 (1km de résolution) et la végétation ECOCLIMAP (1km de résolution) ont été respectivement remplacer par le SRTM (90m de résolution) et les données de SPOT/HRV (20m de résolution) reéchantillonné à 90m de résolution. A l'aide d'outils statistiques comme la variographie 2D et le suivi Lagrangien, il ressort que la variabilité spatiale de la chaleur sensible H est gouvernée par le couple vent-relief tandis que celle de la chaleur latente E est difficile à mettre en lien sur végétation hétérogène (SPOT/HRV) en saison sèche. En saison humide, la variabilité spatiale du champ H dépend du vent tandis que celle du champ E dépend de la végétation. Cette étude révèle dans tous les cas que les échelles caractéristiques de ces deux champs diffèrent dans les mêmes conditions de forçage de surface et atmosphérique. / West Africa atmosphere circulation is characterized by south-westerly wind (monsoon regime) during the wet season and north-easterly wind (harmattan regime) during the dry season. This alternation of wind regime is due to surface pressure variability linked to surface heterogeneities. Surface heterogeneities generate surface flux variability, secondary circulation and make complex analysis when trying to document surface-atmosphere feedbacks. LES modelling usually used for boundary-layer studies due to its potential to take into account 3D turbulence over complex topography, is used here to overcome these difficulties. Our site of interest is located in north of Benin characterized by Soudanian climate and heterogeneous surface properties. Climate analysis are first performed with radiosoundings, UHF radar, and EC station data in order to extract composite profile representing dry and wet season.. These composite profiles are then used to force atmosphere part of the Méso-NH LES model. To characterize turbulent fluxes length scales relative to dry and wet season, standard surface forcing data with Méso-NH like GTOPO30 orography (1km ) and ECOCLIMAP vegetation (1km) are respectively replaced by SRTM (90m) and SPOT/HRV vegetation data (20m) resampled to 90m. Along with statistical tools like 2D variography and Lagrangian, we notice that during dry season on heterogeneous vegetation, sensible heat flux H is more driven by wind and orography while we not able to discuss the latent heat flux E case. During wet season with the same surface forcing, it appears that H is driven by wind while E is more dependent to vegetation variability. Our study concludes in all case that H and E are not characterized by the same length scale.

Dans le cadre de recherches menées par l'ANDRA, qui visent à évaluer la faisabilité de créer un stockage de déchets radioactifs dans la formation argileuse du Callovo Oxfordien, cette thèse s'intéresse à deux étapes indispensables pour obtenir une image 3D du sous sol. La première étape concerne la cartographie de la géométrie de la formation. Celle-ci est déterminée à partir de temps pointés le long de profils sismiques, orientés suivant deux directions principales. Aux intersections, les valeurs enregistrées par deux profils sont différentes. Le faible nombre d'intersections ne permettant pas une étude détaillée du comportement spatial de ces différences, elles sont analysées par le biais du pseudo variogramme croisé. L'analyse variographique permet de choisir un modèle cohérent pour l'ensemble des profils. À partir de ce modèle une estimation du temps corrigée est présentée. La deuxième étape concerne l'étude de l'impédance, variable liée aux propriétés intrinsèques de la roche. Deux types de mesure sont disponibles. D'une part l'impédance sismique résultant de l'inversion géophysique de l'amplitude enregistrée le long de profils de sismique réflexion est largement étendue dans la zone d'intérêt. D'autre part, l'impédance log, résultant du produit de la densité de la roche et de la vitesse des ondes P, n'est connue uniquement dans quelques puits. Le comportement spatial bivariable, le long de la direction verticale, a permis de formuler l'hypothèse suivante : chaque mesure d'impédance est décomposée en une somme d'une variable Z (commune aux deux mesures) et d'un résidu différent pour chaque mesure. Sous certaines hypothèses supplémentaires, il est possible d'estimer la composante commune sur l'ensemble des sections sismiques. En complément à ces études, d'autres points ont été évoqués, par exemple la correspondance entre procédés géophysiques et géostatistiques, ou la prise en compte d'incertitude sur les amplitudes. / In the framework of researches carried out by ANDRA (the French agency for nuclear waste), which aim at evaluating the feasibility of creating a repository of radioactive waste in the Callovo Oxfordian clay formation. This thesis studies two key steps to obtain a 3D image of the formation: its geometry and its internal heterogeneity. The geometry of the sedimentary formation is determined from seismic time picking along profiles. These profiles are oriented along two main directions. At the intersections, the values registered by two profiles are different. The low number of intersections does not allow a precise study of the spatial behavior of these differences; they are analyzed via the pseudo-cross-variogram. The variography analysis allows the choice of a coherent model for all the profiles, from which an estimation of the corrected time is presented. The internal heterogeneity is performed through the study of the impedance, a variable linked to the intrinsic properties of the rock. Two types of measurements are available. On one hand, the seismic impedance resulting from the geophysical inversion of the amplitude recorded along seismic reflection profiles is densely distributed in the area of interest. On the other hand, the impedance log, resulting from the product of rock density and P wave velocity, is known at only few wells. Bivariate spatial behavior along the vertical direction has allowed the formulation of the following hypothesis: each impedance measurement can be decomposed into a sum of a variable Z (common to both measures) and a residual specific to each measure. Under certain supplementary hypotheses, it is possible to estimate the common component along the seismic sections. Some complements to these studies are mentioned, for example the correspondence between geophysical and geostatistical methods or the consideration of uncertainty in the amplitudes.

La télédétection permet d'estimer les variables biophysiques révélatrices de l'état et du fonctionnement du couvert végétal. A l'heure actuelle, la répétitivité temporelle nécessaire pour caractériser le fonctionnement des couverts végétaux n'est assurée que par des capteurs à large champ observant la surface à des résolutions spatiales hectométrique ou kilométrique. Toutefois, l'hétérogénéité spatiale intra-pixellaire constitue une source d'incertitude significative lorsque les relations entre les variables biophysiques et les variables radiométriques mesurées par télédétection sont non linéaires. L'hétérogénéité du pixel moyenne résolution est caractérisée à partir du variogramme d'images de variables radiométriques (NDVI, PIR, ROUGE) issues d'un capteur à haute résolution spatiale. L'analyse de différents paysages montre que les échelles de variation expliquant la plus grande part de variabilité de la couverture végétale ont une gamme de valeur comprise entre 60m et 800m. D'autre part, un modèle a été construit pour corriger l'erreur d'estimation des variables biophysiques induite par l'hétérogénéité spatiale du pixel moyenne résolution. L'erreur d'estimation s'exprime de façon multiplicative en fonction du degré d'hétérogénéité et du degré de non linéarité de la relation entre la variable radiométrique et la variable biophysique. La correction est satisfaisante, en particulier à 1000m de résolution. A partir de la caractérisation de l'hétérogénéité spatiale de dix-huit paysages, la résolution spatiale optimale qui permet de capturer le maximum de variabilité de la couverture végétale du paysage pour minimiser l'erreur d'estimation a été estimée à 30m.

Cette thèse est une contribution à la construction de l'Approche Locale de la rupture à l'échelle microscopique à l'aide de la modélisation d'agrégats polycristallins. Elle consiste à prendre en compte la variabilité spatiale de la microstructure du matériau. Pour ce faire, la modélisation micromécanique du matériau est réalisée par la simulation d'agrégats polycristallins par éléments finis. Les champs aléatoires de contrainte (principale maximale et de clivage) dans le matériau qui représentent la variabilité spatiale de la microstructure sont ensuite modélisés par un champ aléatoire gaussien stationnaire ergodique. Les propriétés de variabilité spatiale de ces champs sont identifiés par une méthode d'identification, e.g. méthode du périodogramme, méthode du variogramme, méthode du maximum de vraisemblance. Des réalisations synthétiques des champs de contraintes sont ensuite simulées par une méthode de simulation, e.g. méthode Karhunen-Loève discrète, méthode "Circulant Embedding", méthode spectrale, sans nouveau calcul aux éléments finis. Enfin, le modèle d'Approche Locale de la rupture par simulation de champ de contrainte de clivage permettant d'y intégrer les réalisations simulées du champ est construit pour estimer la probabilité de rupture du matériau.

L’analyse du signal de parole offre un moyen privilégié pour l’évaluation clinique de la qualité de la voix en vue d’un diagnostique et d’une documentation quantitative des pathologies du larynx. Une analyse acoustique présente plusieurs avantages. En plus du coût peu élevé du système d’évaluation, elle est simple à mettre en œuvre, présente un caractère non invasif et documente quantitativement le degré d’enrouement perçu par le clinicien.<p>L’objectif de l’analyse du signal acoustique est d’extraire des indices pertinents permettant de déterminer les caractéristiques de la voix afin de renseigner sur l’état du larynx du locuteur. Dans ce contexte, plusieurs indices acoustiques sont utilisés pour caractériser la parole produite par des locuteurs dysphoniques. Un nombre de ces indices reflète la déviation du signal de parole voisée par rapport à la périodicité parfaite. Les causes de ces dyspériodicités sont diverses :vibrations non modales des cordes vocales, bruit de modulation comprenant les variations cycle à cycle de la durée de cycle (jitter) et de l’amplitude (shimmer) dues aux perturbations externes, bruit additif dû à une turbulence excessive, etc.<p>Les indices acoustiques des dyspériodicités vocales sont souvent obtenus à partir de fragments stationnaires de voyelles soutenues. La raison en est que les voyelles sans attaques et déclins sont faciles à analyser parce que les hypothèses de cyclicité et de stationnarité utilisées par les méthodes d’analyse sont valables pour beaucoup de locuteurs. En effet, les voyelles soutenues peuvent être supposées avec une bonne précision comme produites en maintenant invariant dans le temps les caractéristiques de la source vocale, du conduit vocal et des articulateurs et, donc, les paramètres des perturbations et du bruit sont facilement calculés pour les voyelles soutenues.<p>La plupart des cliniciens considèrent la parole continue plus informative que les voyelles soutenues. Plusieurs arguments en faveur de l’analyse de la parole continue peuvent être avancés. La vibration des cordes vocales doit commuter continuellement pour donner lieu à l’apparition ou l’extinction du voisement, le voisement doit être maintenu alors que l’impédance supra-glottique change constamment, plus particulièrement durant les obstruents, et le larynx doit descendre et monter continuellement. Le larynx fonctionne donc dans des conditions non stationnaires et très variables. La parole continue contient donc les caractéristiques dynamiques de la source de la voix et du conduit vocal tels que l’attaque et le déclin et les variations dans la fréquence fondamentale et l’amplitude. De même, il semble que les locuteurs compensent moins pour leurs problèmes de voix lors de la production de la parole continue que lorsqu’ils produisent des voyelles soutenues.<p>Les méthodes de traitement du signal de parole pour la caractérisation des troubles de la voix sont basées sur les hypothèses de stationnarité et de périodicité locales qui conduisent à des approches heuristiques permettant de détecter et d’isoler les périodes fondamentales ou les harmoniques spectrales. Comme conséquence, des erreurs d’insertion ou d’omission se produisent souvent lors de l’analyse des signaux fortement perturbés. Ces erreurs biaisent numériquement les indices acoustiques. Les mesures objectives ne sont donc fiables que lorsque l’analyse est effectuée sur des voyelles soutenues produites par des locuteurs faiblement ou modérément enroués.<p>La précision des méthodes d’analyse dans le cadre de l’estimation des dyspériodicités vocales est une caractéristique fondamentale. En effet, les perturbations cycle à cycle des durées de cycle peuvent être inférieures à 1 % alors que les perturbations cycle à cycle de l’amplitude peuvent être inférieures à 10 %. Donc, les méthodes de traitement doivent être appliquées avec précaution vis à vis de la précision de mesure pour ne pas biaiser les valeurs numériques. Le bruit de quantification par exemple peut affecter la précision d’estimation s’il n’est pas pris en considération.<p>Cette thèse se focalise sur le développement de méthodes robustes d’analyse acoustiques du signal de parole continue en vue de la caractérisation des troubles de la voix, la définition et l’évaluation d’indices acoustiques pour quantifier les dyspériodicités vocales et le développement d’une méthode d’évaluation perceptive fiable permettant de mesurer et comparer les performances des différentes méthodes d’analyse développées.<p>Les méthodes développées sont de deux types :des méthodes d’analyse par bloc qui opèrent sur des trames de courte durée du signal et des méthodes adaptatives qui permettent d’analyser le signal à chaque échantillon en tenant compte de son caractère non stationnaire.<p>Deux indices acoustiques sont utilisés pour quantifier les dyspériodicités vocales dans le signal de parole. Le premier indice, utilisé conventionnellement dans le cadre de l’évaluation objective de la qualité de la voix, est le rapport signal à dyspériodicité global. La valeur numérique de l’indice global est principalement déterminée par les segments vocaliques et donc il peut masquer certains évènements locaux, notamment dans le cas de l’analyse de la parole continue. Le second indice proposé comme alternative à l’indice global est le rapport signal à dyspériodicité segmental. Il a pour objectif de donner une plus forte pondération aux segments bruités de faibles niveaux qui sont peu pondérés dans le calcul de l’indice global.<p>La méthode d’évaluation perceptive développée est basée sur la comparaison de paires de signaux. Elle permet d’obtenir des résultats fiables même lorsque l’évaluation est réalisée par des auditeurs naïfs n’ayant pas d’expérience dans l’évaluation de la qualité de la voix et permet une grande concordance inter-juges et intra-juges. Les performances de la méthode d’évaluation perceptive basée sur la comparaison de paires de signaux sont comparées à celles de la méthode conventionnelle utilisée en milieu clinique.<p>Les performances des différentes méthodes d’analyse et des indices acoustiques sont mesurées en les testant sur des corpus comprenant des voyelles soutenues et de la parole continue. Les stimuli sont produits par des locuteurs normophoniques et dysphoniques et comprennent une large gamme de pathologies.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette thèse est une contribution à la construction de l’Approche Locale de la rupture à l’échelle microscopique à l’aide de la modélisation d’agrégats polycristallins. Elle consiste à prendre en compte la variabilité spatiale de la microstructure du matériau. Pour ce faire, la modélisation micromécanique du matériau est réalisée par la simulation d’agrégats polycristallins par éléments finis. Les champs aléatoires de contrainte (principale maximale et de clivage) dans le matériau qui représentent la variabilité spatiale de la microstructure sont ensuite modélisés par un champ aléatoire gaussien stationnaire ergodique. Les propriétés de variabilité spatiale de ces champs sont identifiés par une méthode d’identification, e.g. méthode du périodogramme, méthode du variogramme, méthode du maximum de vraisemblance. Des réalisations synthétiques des champs de contraintes sont ensuite simulées par une méthode de simulation, e.g. méthode Karhunen-Loève discrète, méthode “Circulant Embedding”, méthode spectrale, sans nouveau calcul aux éléments finis. Enfin, le modèle d’Approche Locale de la rupture par simulation de champ de contrainte de clivage permettant d’y intégrer les réalisations simulées du champ est construit pour estimer la probabilité de rupture du matériau. / This thesis is a contribution to the construction of the Local Approach to fracture at the microscopic scale using polycrystalline aggregate modeling. It consists in taking into account the spatial variability of the microstructure of the material. To do this, the micromechanical modeling is carried out by finite element analysis of polycrystalline aggregates. The random stress fields (maximum principal et cleavage stress) in the material representing the spatial variability of the microstructure are then modeled by a stationary ergodic Gaussian random field. The properties of the spatial variability of these fields are identified by an identification method, e.g. periodogram method, variogram method, maximum likelihood method. The synthetic realizations of the stress fields are then simulated by a simulation method, e.g. discrete Karhunen-Loève method, circulant embedding method, spectral method, without additional finite element calculations. Finally, a Local Approach to fracture by simulation of the cleavage stress field using the simulated realizations is constructed to estimate the rupture probability of the material.

Within the context of the assessment of laryngeal function, acoustic analysis has an important place because the speech signal may be recorded non-invasively and it forms the base on which the perceptual assessment of voice is founded. Given the limitations of perceptual ratings, one has investigated vocal cues of disordered voices that are clinically relevant, summarize properties of speech signals and report on a speaker's phonation in general and voice in particular. Ideally, the acoustic descriptors should also be correlates of auditory-perceptual ratings of voice. Generally speaking, the goal of acoustic analysis is to document quantitatively the degree of severity of a voice disorder and monitor the evolution of the voice of dysphonic speakers.<p><p><p>The first part of this thesis is devoted to the analysis of disordered connected speech. The aim is to investigate vocal cues that are clinically relevant and correlated with auditory-perceptual ratings. Two approaches are investigated. The variogram-based method in the temporal domain is addressed first. The second approach is in the cepstral domain. In particular, the first rahmonic amplitude is used as an acoustic cue to describe voice quality. A multi-dimensional approach combining temporal and spectral aspects is also investigated. The goal is to check whether acoustic cues in both domains report complementary information when predicting perceptual scores.<p><p><p>Both methods are tested first on a corpus of synthetic sound stimuli that has been obtained by means of a synthesizer of disordered voices. The purpose is to learn about the link between the signal properties (fixed by the synthesis parameters) and acoustic cues.<p>In this study, we had the opportunity to use two large natural speech corpora. One of them has been perceptually rated. <p><p><p>The final part of the text is devoted to the automatic classification of voice with regard to perceived voice quality. Many studies have proposed a binary (normal/pathological) classification of voice samples. An automatic categorization according to perceived degrees of hoarseness appears, however, to be more attractive to both clinicians and technologists and more likely to be clinically relevant. Indeed, one way to reduce inter-rater variability of an auditory-perceptual evaluation is to ask several experts to participate and then to average the perceptual scores. However, auditory-perceptual evaluation of a corpus by several judges is a very laborious, time-consuming and costly task. Making this perceptual evaluation task automatic is therefore desirable. <p>The aim of this study is to exploit the support vector machine classifier that has become, over the last years, a popular tool for classification, to carry out categorization of voices according to perceived degrees of hoarseness. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished