Search

Les enjeux actuels de protection et d’aménagement des écosystèmes, notamment en forêt boréale, se heurtent à des incertitudes liées aux changements climatiques. En effet, les changements climatiques ont et vont avoir des conséquences appréciables sur la composition, la structure et le fonctionnement dynamique des écosystèmes boréaux. La dynamique de ces écosystèmes dépend aussi de perturbations telles que les feux, les épidémies d’insectes ou encore les chablis dont les régimes naturels (occurrence, surface, sévérité...) sont modifiés par les changements climatiques. À cela s’ajoutent les impacts directs et indirects des activités humaines qui ne cesseront d’augmenter et d’interférer avec le fonctionnement des écosystèmes. Dans ce contexte, il est donc difficile de savoir jusqu’à quel point les capacités de résistance et de résilience des écosystèmes seront altérées. De cette problématique émerge des préoccupations relatives à la préservation de l’intégrité des écosystèmes et à la pérennisation des usages que nous en avons. De nombreux efforts ont déjà été menés en réponse à ces interrogations par, entre autres, la création d’un aménagement écosystémique des forêts au Québec dont l’objectif est de réduire l’écart entre les forêts naturelles et les forêts aménagées. Il ne faut cependant pas négliger le fait que les écosystèmes sont des entités dynamiques qui possèdent des capacités de résistance et de résilience (adaptation) en réponse à des contraintes environnementales (climat, perturbations...). Ces interactions se manifestent depuis le retrait du dernier glacier qui recouvrait le Québec pendant la dernière ère glaciaire. Très rapidement les écosystèmes se sont différenciés et ont suivi leur propre dynamique jusqu’aux forêts que nous pouvons observer aujourd’hui. Pour préserver durablement ces écosystèmes il faut donc en comprendre l’état actuel et le fonctionnement écologique à long-terme posant ainsi la question des méthodes qui permettent de reconstruire cette histoire écologique. Ces méthodes peuvent être déployées suivant deux échelles : l’échelle spatiale et l’échelle temporelle, souvent considérées comme antagonistes. En effet, il est de coutume de remplacer l’échelle temporelle par l’échelle spatiale comme par exemple avec des inventaires extensifs de végétation qui donnent une image des écosystèmes contemporains. Au contraire, vouloir décrire la dynamique d’un écosystème sur le long terme s’effectue au détriment de l’échelle spatiale comme en paléoécologie. Plus la profondeur temporelle étudiée est importante, moins les données sont abondantes et plus les reconstructions doivent se baser sur des témoins indirects des variables d’intérêt (e.g. végétation, feux, etc..) dont la présence et l’abondance doivent être interprétées via des bio-indicateurs, notamment le pollen et les charbons. L’objectif de ce doctorat est de réconcilier les échelles, temporelle et spatiale, dans les études paléoécologiques et écologiques récentes avec pour territoire d’étude les écosystèmes forestiers boréaux du sous domaine de la pessière à mousses de l’Ouest du Québec (PMO). Dans un premier temps une étude de la diversité écosystémique actuellement présente et de son histoire pluri-millénaire permet d’appuyer la mise en place de cibles d’aménagement écosystémique à plus petite échelle. Les reconstructions holocènes de la végétation et des feux utilisées dans ce premier chapitre ont mis en évidence des difficultés dans l’analyse conjointe de plusieurs bio-indicateurs. Ces difficultés sont principalement liées au manque de connaissances du rôle des processus taphonomiques dans les enregistrements de bio-indicateurs retrouvés dans les archives sédimentaires. Les deux autres chapitres de ce doctorat ont permis de mieux comprendre ces liens qui existent entre les écosystèmes et certains des bio-indicateurs qu’ils génèrent. Il a ainsi été possible de développer des outils méthodologiques pour faciliter l’interprétation des bio-indicateurs. À terme, ces outils permettront de mieux comprendre les dynamiques à long-terme des écosystèmes forestiers boréaux de la PMO., In the boreal forests, current objectives in terms of protection and management of ecosystems are facing uncertainties due to climate change. Indeed, ongoing and future climate change have and will have noticeable consequences on boreal ecosystems composition, structure and dynamic (Figure I.1). Ecosystem dynamic is also influenced by natural disturbances such as fire, insect outbreaks and windthrows for which regimes (occurrence, surface, severity...) will be modified by climate change. Moreover, direct and indirect impacts of human activities will keep on increasing and interfering with ecosystems functioning. Thus, knowing how the resistance and resilience of ecosystems will be affected is challenging. By the same token, protecting ecosystems integrity and sustaining the usages we have of them raise concerns. Many efforts have been put in place as an answer to these questions such as in Québec with the establishment of an ecosystem based management of forest which aims at reducing the gap between natural and managed forests. Nevertheless, one should not neglect that ecosystems are dynamic entities with resistance and resilience capacities (adaptation) in response to environmental constraints (climate, disturbances...). These interactions are occurring since the retreat of the glacier that was covering Québec during the last Ice Age. Quickly, ecosystems differentiated and followed their own path until reaching their current state. In order to protect the ecosystems we need to understand their current state and their long-term dynamic thus asking the question of the methods available to access ecological history of the ecosystems. Methods can be applied following spatial and temporal scales often considered as antagonistics (Figure I.2). Indeed, temporal scale is often replaced by spatial scale such as for extensive inventories. On the contrary, the description of long-term ecosystem dynamic can be done at the expense of spatial scale such as in paleoecology. The longer the temporal scale is, the less the data are abundant and the more reconstructions rely on indirect indicators of (e.g: fire, vegetation, ...) which presence and abundance must be described via proxies as pollen or charcoal (Figure I.2). The objective of this thesis is to reconcile the two scales, temporal scale and spatial scale, in paleoecological studies and contemporary ecological studies with the Quebec western spruce-feathermoss subdomain (PMO) as study area. First, the current ecosystem diversity and its pluri-millennial history have been studied and support the establishment of low scale ecosystemic management targets. The Holocene reconstructions of vegetation and fire from the first chapter highlighted the challenges of multi-proxy analyses. These difficulties are mostly due to the lack 13 of knowledge concerning the influence of taphonomic processes in the recording of bio-proxies in a sedimentary archive. The two other chapters composing this thesis helped to understand the links existing between the ecosystems and the bio-proxy signals they generate in order to develop methodological tools to facilitate their interpretation. Overall, these tools will allow us to better understand long-term dynamics of boreal forest ecosystems in the PMO.

L'un des grands mystères de la physique qu'il nous reste à élucider est d'identifier de quoi est composée la matière sombre. L'expérience SuperCDMS a décidé de se pencher sur la question il y a plus de 20 ans. Nous utilisons des détecteurs semi-conducteurs qui mesurent le signal de phonons engendré par des événements de recul.Nous mesurons également l'énergie déposée sous forme de d'ionisation à l'aide de l'effet Neganov-Trofimov-Luke (NTL) qui produit des phonons d'énergie totale proportionnelle à l'énergie d'ionisation initiale. Pour ce faire, nous appliquons un voltage sur le détecteur qui amplifie également le signal par un facteur proportionnel au voltage appliqué. Nous sommes allés à TUNL en Caroline du Nord, afin de calibrer notre détecteur HVeV fait d'un cristal de silicium. Le but de cette calibration est de déterminer le taux d'ionisation produit par des reculs nucléaires produits par le faisceau de neutrons fourni par TUNL. Cette mesure est importante puisque le taux d'ionisation est atténué pour le recul nucléaire par rapport au recul électronique et qu'il détermine l'amplification du signal par l'effet NTL. Nous avons utilisé des scintillateurs liquides couplés à des PMTs afin de déterminer l'énergie déposée dans le HVeV en les positionnant à des angles de diffusion précis. Nous avons jusqu'ici uniquement effectué l'analyse des données pour lesquelles il n'y a pas d'amplification NTL. Par conséquant, nous ne pouvons pas encore déterminer le taux d'ionisation. Cependant, nous concluons que notre méthode d'analyse est valide et que l'énergie déposée dans le HVeV est bien celle qui correspond aux angles de diffusion auxquels nous avions placé nos PMTs., One of the biggest mysteries left to be solved in physics is the question of what dark matter is made of. The SuperCDMS experiment decided to explore this question and has done so for the last 20 years. We use semiconducting detectors that measure phonon signals generated by recoils. The HVeV detectors also use the Neganov-Trofimov-Luke (NTL) effect to generate a phonon signal proportional to the ionization signal that is also produced by the recoil. To do so, we apply a voltage bias the HVeV detector, which also amplify the signal by a factor proportional to the bias. We went to TUNL in North Carolina to calibrate our HVeV detector, made of a silicon crystal. The goal of the experiment is to determine the ionization yield of the nuclear recoil produced by the neutron beam provided to us by TUNL. This measurement is important since the ionization yield is dampened for nuclear recoil compared to electronic recoil and is linked to the gain of the signal in the HVeV. We use liquid scintillators coupled to PMTs to determine the energy deposited in the HVeV using the scattering angle between the HVeV and the chosen position of the PMTs. At this point, we only have the analyses for the data with no NTL gain, meaning that we do not yet have a measure for the ionization yield. Still, this analysis allowed us to validate our analysis method and the energy deposited in the HVeV for coincident events with PMTs of different position.

L’utilisation efficace d’informations auxiliaires pour l’estimation des paramètres descriptifs dans une population finie en présence de non-réponse totale est devenue assez courante. Ce mémoire porte sur des procédures de repondération qui impliquent une modification du poids des répondants pour traiter la non-réponse totale. Une approche communément utilisée est l’ajustement par le score de propension qui consiste à multiplier le poids de base par l’inverse de la probabilité de réponse estimée obtenue au moyen d’un modèle de réponse. Afin d’améliorer l’efficacité de l’estimateur ajusté par score de propension, nous proposons une méthode basée sur le calage assisté par un modèle. Cette méthode consiste à modéliser la relation entre des variables d’intérêt identifiées comme clés et un vecteur de variables auxiliaires, puis à incorporer les informations auxiliaires dans des valeurs prédites obtenues par le modèle et ce qui conduira à un système de pondération unique. L’estimateur résultant peut améliorer l’efficacité des estimations en utilisant davantage l’information auxiliaire disponible. Une étude par simulation évalue les propriétés des estimateurs proposés en termes de biais et d’erreur quadratique moyenne., The efficient use of auxiliary information for estimating descriptive parameters in a finite population in the presence of unit nonresponse has become quite common. This thesis deals with reweighting procedures that involve a change in respondent weight to address unit non-response. A known approach is the propensity score adjustment, which consists of multiplying the base weight by the inverse of the estimated response probability obtained using a response model. In order to improve the efficiency of the propensity score adjusted estimators, we propose a method based on model calibration. This method involves modeling the relationship between survey variables identified as key variables and a vector of auxiliary variables on incorporating the auxiliary information into predicted values obtained by the model, which leads to a single weighting system. The resulting estimator can improve efficiency by making more use of the available auxiliary information. A simulation study evaluates the properties of the estimators in terms of bias and mean square error.

Ce mémoire s'inscrit dans le domaine de la vision par ordinateur. Elle s'intéresse à la calibration de systèmes de caméras stéréoscopiques, à la mise en correspondance caméra-projecteur, à la reconstruction 3D, à l'alignement photométrique de projecteurs, au maillage de nuages de points, ainsi qu'au paramétrage de surfaces. Réalisé dans le cadre du projet LightTwist du laboratoire Vision3D, elle vise à permettre la projection sur grandes surfaces arbitraires à l'aide de plusieurs projecteurs. Ce genre de projection est souvent utilisé en arts technologiques, en théâtre et en projection architecturale. Dans ce mémoire, on procède au calibrage des caméras, suivi d'une reconstruction 3D par morceaux basée sur une méthode active de mise en correspondance, la lumière non structurée. Après un alignement et un maillage automatisés, on dispose d'un modèle 3D complet de la surface de projection. Ce mémoire introduit ensuite une nouvelle approche pour le paramétrage de modèles 3D basée sur le calcul efficace de distances géodésiques sur des maillages. L'usager n'a qu'à délimiter manuellement le contour de la zone de projection sur le modèle. Le paramétrage final est calculé en utilisant les distances obtenues pour chaque point du modèle. Jusqu'à maintenant, les méthodes existante ne permettaient pas de paramétrer des modèles ayant plus d'un million de points., This thesis falls within the field of computer vision. It focuses on stereoscopic camera calibration, camera-projector matching, 3D reconstruction, projector blending, point cloud meshing, and surface parameterization. Conducted as part of the LightTwist project at the Vision3D laboratory, the work presented in this thesis aims to facilitate video projections on large surfaces of arbitrary shape using more than one projector. This type of projection is often seen in theater, digital arts, and architectural projections. To this end, we begin with the calibration of the cameras, followed by a piecewise 3D reconstruction using an active unstructured light scanning method. An automated alignment and meshing of the partial reconstructions yields a complete 3D model of the projection surface. This thesis then introduces a new approach for the parameterization of 3D models based on an efficient computation of geodesic distances across triangular meshes. The only input required from the user is the manual selection of the boudaries of the projection area on the model. The final parameterization is computed using the geodesic distances obtained for each of the model's vertices. Until now, existing methods did not permit the parameterization of models having a million vertices or more.

Dans ce mémoire nous allons présenter une méthode de diffusion d’erreur originale qui peut reconstruire des images en demi-ton qui plaisent à l’œil. Cette méthode préserve des détails fins et des structures visuellement identifiables présentes dans l’image originale. Nous allons tout d’abord présenter et analyser quelques travaux précédents afin de montrer certains problèmes principaux du rendu en demi-ton, et nous allons expliquer pourquoi nous avons décidé d’utiliser un algorithme de diffusion d’erreur pour résoudre ces problèmes. Puis nous allons présenter la méthode proposée qui est conceptuellement simple et efficace. L’image originale est analysée, et son contenu fréquentiel est détecté. Les composantes principales du contenu fréquentiel (la fréquence, l’orientation et le contraste) sont utilisées comme des indices dans un tableau de recherche afin de modifier la méthode de diffusion d’erreur standard. Le tableau de recherche est établi dans un étape de pré-calcul et la modification est composée par la modulation de seuil et la variation des coefficients de diffusion. Ensuite le système en entier est calibré de façon à ce que ces images reconstruites soient visuellement proches d’images originales (des aplats d’intensité constante, des aplats contenant des ondes sinusoïdales avec des fréquences, des orientations et des constrastes différents). Finalement nous allons comparer et analyser des résultats obtenus par la méthode proposée et des travaux précédents, et démontrer que la méthode proposée est capable de reconstruire des images en demi-ton de haute qualité (qui préservent des structures) avec un traitement de temps très faible., In this work we present an original error-diffusion method which produces visually pleasant halftone images while preserving fine details and visually identifiable structures present in original images. We first present and analyze the previous work to show the major problems in halftoning, and explain why we decided to use an error diffusion algorithm to solve the problems. Then we present our method which is conceptually simple and computationally efficient. The source image is analyzed, and its local frequency content is detected. The main components of the frequency content (main frequency, orientation, and contrast) serve as lookup table indices in a pre-computed database of modifications to a standard error diffusion. The modifications comprise threshold modulation and variation of error-diffusion coefficients. The whole system is calibrated in such a way that the produced halftone images are visually close to original images (patches of constant intensity, patches containing sinu- soidal waves of different frequencies/orientations/contrasts, as well as natural images of different origins). Finally, we compare and analyze the results obtained by our method and previous work, and show that our method can produre high-quality halftone image (which is struc- ture aware) within very short time.

Le présent mémoire comprend un survol des principales méthodes de rendu en demi-tons, de l’analog screening à la recherche binaire directe en passant par l’ordered dither, avec une attention particulière pour la diffusion d’erreur. Ces méthodes seront comparées dans la perspective moderne de la sensibilité à la structure. Une nouvelle méthode de rendu en demi-tons par diffusion d’erreur est présentée et soumise à diverses évaluations. La méthode proposée se veut originale, simple, autant à même de préserver le caractère structurel des images que la méthode à l’état de l’art, et plus rapide que cette dernière par deux à trois ordres de magnitude. D’abord, l’image est décomposée en fréquences locales caractéristiques. Puis, le comportement de base de la méthode proposée est donné. Ensuite, un ensemble minutieusement choisi de paramètres permet de modifier ce comportement de façon à épouser les différents caractères fréquentiels locaux. Finalement, une calibration détermine les bons paramètres à associer à chaque fréquence possible. Une fois l’algorithme assemblé, toute image peut être traitée très rapidement : chaque pixel est attaché à une fréquence propre, cette fréquence sert d’indice pour la table de calibration, les paramètres de diffusion appropriés sont récupérés, et la couleur de sortie déterminée pour le pixel contribue en espérance à souligner la structure dont il fait partie., This work covers some important methods in the domain of halftoning: analog screening, ordered dither, direct binary search, and most particularly error diffusion. The methods will be compared in the modern perspective of sensitivity to structure. A novel halftoning method is also presented and subjected to various evaluations. It produces images of visual quality comparable to that of the state-of-the-art Structure-aware Halftoning method; at the same time, it is two to three orders of magnitude faster. First is described how an image can be decomposed into its local frequency content. Then, the basic behavior of the proposed method is given. Next, a carefully chosen set of parameters is presented that allow modifications to this behavior, so as to maximize the eventual reactivity to frequency content. Finally, a calibration step determines what values the parameters should take for any local frequency information encountered. Once the algorithm is assembled, any image can be treated very efficiently: each pixel is attached to its dominant frequency, the frequency serves as lookup index to the calibration table, proper diffusion parameters are retrieved, and the determined output color contributes in expectation to underline the structure from which the pixel comes.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.