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Poster du programme de recherche du "Camp du drap d'or numérique", présenté au Consortium 3D pour les SHS, Bordeaux, décembre 2021 (IRHIS université de Lille et LISIC université du Littoral) (France). Le Camp du drap d'or numérique est un programme de l'I-SITE université Lille Nord-Europe. Il a pour but de modéliser en 3D les infrastructures éphémères construites pour la rencontre spectaculaire des cours de France et d'Angleterre qui eut lieu pendant trois semaines, en juin 1520, au sud de Calais. Il vise à créer une expérience sensible des installations alors construites, lors d'immersions dans l'image 3D et d'intégrer à celle-ci la documentation historique mobilisée par les chercheurs. Ce programme interdisciplinaire nécessite un long travail de rétro-ingénierie historique ainsi que la recherche en informatique graphique afin de résoudre des verrous technologiques pour restituer de manière réaliste les matériaux de luxe et les jeux de lumière qu'ils provoquent., Poster of the research programme "The Digital Field of Cloth of Gold", presented to the Consortium 3D for the HUmanities, Bordeaux, décembre 2021(IRHIS university of Lille and LISIC université du Littoral) (France).

Within the act on energy transition voted by the French government in 2015, the Hauts-de-France region is committed to invest and develop massively renewable energies by 2050. This objective requires the development of regional alternatives to fossil fuels, in particular low-temperature geothermal energy. In such a perspective, the present PhD study aims to define the geometry of the potential deep geothermal reservoirs in the Nord-Pas-de-Calais (NPC) coal basin district: the brecciated and karstic limestones of the Dinantian (Lower Carboniferous, 360-330 Ma) and the Givetian-Frasnian carbonates (Middle-Upper Devonian, 388-372 Ma).These reservoirs form part of a large-scale carbonate platform developed onto the southern Avalonian margin from the Middle Devonian to the Lower Carboniferous. During the Variscan orogeny in Late Mississippian-Middle Pennsylvanian (330-305 Ma) times, the collision between the continents Avalonia and Armorica-Gondwana led to the tectonic inversion of the Avalonian margin and the development of a north-verging thrust system whose front crosses northern France. The Devonian-Carboniferous platform was progressively buried under the syn-orogenic Nord-Pas-de-Calais molassic foreland basin developed along the Northern Variscan Front.In order to characterise the geometry of the deep reservoirs within the Devonian-Carboniferous substratum of the NPC coal basin, it is essential to analyse the 3D structure and dynamics of the coal basin and of the Northern Variscan Front at the regional scale. The 3D geometry of the Northern Variscan Front, the NPC coal basin and the geothermal reservoirs has been investigated based on (1) the interpretation of 532 km of seismic reflection profiles reprocessed in the frame of the thesis, and (2) the construction of a 3D numerical structural model integrating a large database (interpreted seismic profiles converted into depth, wells, reinterpreted mining data, outcrops, existing geological syntheses, gravimetric maps).Seismic interpretations point out the main structural features of the southern Avalonian margin and of the different units of the Northern Variscan Front in northern France. The 3D geometry of the thrust front (frontal and lateral ramps, transfer zone) is characterized and the influence of the Devonian and Caledonian structural inheritance on the dynamics of the thrust front is discussed. Numerical modelling allows for the reinterpretation of the 3D geometry of the different sedimentary units and discontinuities (faults, thrusts) of the Northern Variscan Front and of the eastern part of the NPC coal basin. Geothermal targets are imaged in 3D and their extension, depth, thickness and deformations are defined. Operational deliverables, such as isohypses and isopaque maps, were produced and analysed at the end of this study. The definition of the regional subsurface 3D geometry finally allowed to discuss the deformation history of the Variscan orogenic front and to propose a new kinematic evolution model in the Nord-Pas-de-Calais coal district area. This work demonstrates the interest of a dual approach combining advances in scientific knowledge (the dynamics of the Northern Variscan Front) and the development of applied knowledge (reservoir geometry).; Suite à l’adoption de la loi sur la transition énergétique votée par le gouvernement français en 2015, la région des Hauts-de-France s’est engagée à investir et développer considérablement la production d’énergies renouvelables d’ici à l’horizon 2050. Cet objectif requiert dès à présent le développement à l’échelle régionale de solutions alternatives aux énergies fossiles, notamment la géothermie basse énergie. Dans cette perspective, les travaux de thèse, présentés ici, visent à définir la géométrie des potentiels réservoirs géothermiques profonds dans la région du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais (BHNPC) : les calcaires bréchiques et karstiques du Dinantien (Carbonifère inférieur, 360-330 Ma) et les calcaires du Givétien-Frasnien (Dévonien moyen-supérieur, 388-372 Ma).Ces réservoirs font partie d’une vaste plateforme carbonatée développée sur la marge sud-avalonienne du Dévonien moyen au Carbonifère inférieur. La collision entre les continents Avalonia et Armorica-Gondwana lors de l’orogenèse varisque au Mississippien supérieur-Pennsylvanien moyen (330-305 Ma) est à l’origine de l’inversion de la marge avalonienne et du développement d’un système de chevauchement à vergence nord dont le front traverse le nord de la France. La plateforme dévono-carbonifère a été progressivement enfouie sous le bassin d’avant-pays molassique syn-orogénique du Nord-Pas-de-Calais (BHNPC) développé le long du Front Nord Varisque.Afin de caractériser la géométrie des réservoirs profonds au sein du substratum dévono-carbonifère du BHNPC, il est indispensable d’analyser la structure 3D et la dynamique du BHNPC et plus largement du Front Nord Varisque à l’échelle régionale. La géométrie 3D du Front Nord Varisque, du BHNPC et des réservoirs géothermiques est ainsi étudiée à partir (1) de l’interprétation de 532 km de profils de sismique réflexion retraités pour la thèse, et (2) de la construction d’un modèle structural numérique 3D intégrant une importante base de données (profils sismiques interprétés convertis en profondeur, forages, données minières réinterprétées, affleurements, synthèses géologiques existantes, cartes gravimétriques).L’interprétation des profils sismiques a permis de définir les traits structuraux caractéristiques de la marge sud-avalonienne et des différentes unités du Front Nord Varisque dans le nord de la France. La géométrie 3D du front de chaîne (rampes frontales et latérales, zone de transfert) est caractérisée, et l’influence des héritages structuraux dévonien et calédonien sur la dynamique du front de chaîne est discutée. La modélisation numérique permet de réinterpréter la géométrie 3D des différents ensembles sédimentaires et des discontinuités (failles, chevauchements) du Front Nord Varisque et de la partie orientale du BHNPC. Les cibles géothermiques sont imagées en 3D et leur extension, leur profondeur, leur épaisseur et leur structuration ont été précisées. Des délivrables opérationnels, tels que les cartes des isohypses du toit et de la base des séries et des cartes d’isopaque, ont été produits et analysés à l’issue de cette étude. La caractérisation géométrique 3D du sous-sol régional a finalement permis de discuter l’histoire de la déformation du front de chaîne varisque et de proposer un nouveau modèle d’évolution cinématique dans la région du bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais. Ce travail démontre l’intérêt d’une double approche couplant les avancées de la connaissance scientifique (la dynamique du Front Nord Varisque) et le développement de connaissances appliquées (géométrie des réservoirs).

Studying the know-how of the pulley makers of the arsenal of Brest between 1670 and 1860 is not an easy task. A multitude of parameters have to be taken into account, including their tools, the machine tools used to manufacture the various components that make up a pulley, but also the evolution in time and space of the place of production. Despite being seemingly insignificant objects on a ship because of their presence in large numbers, pulleys make navigation possible. This study is based on methodologies developed within the François Viète centre, as well as on a methodology taken from modern industry and adapted for the study of pulley workshops between the end of the 18th century and 1860. It raises the question of the valorisation of a lost industrial heritage, the pulley workshop, a relatively unknown production unit of the Brest arsenal, and questions the gaps in the history of the arsenal of Brest, particularly in the area around the Tonnellerie cove.; Étudier le savoir-faire des poulieurs de l’arsenal de Brest entre 1670 et 1860 n’est pas un long fleuve tranquille. Une multitude de paramètres doivent être pris en compte, notamment leurs outils, les machines-outils utilisées pour la fabrication des divers composants que comporte une poulie, mais également l’évolution dans le temps et l’espace du lieu de production. Objets des plus anodins sur un navire, car présents en grand nombre, les poulies rendent la navigation possible. Cette étude se base sur des méthodologies développées au sein du centre François Viète, ainsi que sur une méthodologie empruntée à l’industrie moderne et adaptée pour l’étude de la poulierie, entre la fin du XVIIIe siècle et 1860. Il est également question de la valorisation d’un patrimoine industriel disparu, la poulierie, une unité de production de l’arsenal de Brest relativement méconnue, et met en évidence les lacunes de l’histoire de l’arsenal de Brest, notamment sur la zone de l’anse de la Tonnellerie.

International audience; From 1914 to 1918, military, merchant and fishing fleets played a leading role… but paid a heavy price when submarines took the war beneath the waves. Curiously enough, underwater remains dating from this terrible conflict were for a long time ignored, while the men lost at sea were themselves rarely mentioned. In 2013, French underwater archaeologists, aware of this omission, decided to undertake an ambitious project to raise awareness among the public of this sunken page of our maritime history. And the result was ‘Danton Project’.Torpedoed on 19 March 1917 by the German submarine U-64, the French battleship Danton, built in 1909, sank in less than an hour, taking close to 300 sailors along with her 19,000 tons of steel. Largely forgotten, the Danton was discovered quite by chance in January 2008 when an underwater robot located, at a depth of 1,025 metres off Sardinia, a huge anomaly that subsequent surveys identified as the wreck of the lost battleship.Two surveys were carried out in situ in 2015 and 2016 by France’s Department of Underwater and Underwater Archaeological Research.These operations involved the deployment of a robot fitted with specially designed equipment for filming and photographing at great depths. In less than six days the archaeologists were able to acquire more than 42,000 high-definition photographs and twenty-seven videos of the remains. This work laid the foundation for a 3D computer model of the wreck which will soon be made available to the public so they can visit the Danton as if they were actually diving to the site.The ‘Danton Project’ also led to a particularly innovative technological development which promises to dramatically speed up the 3D mapping of wrecks lying at depths of down to 2,000 metres.; De 1914 à 1918, les marines militaires, de commerce et de pêche ont joué un rôle de premier plan et payé un lourd tribut par suite notamment du développement de la guerre sous-marine. Curieusement, les vestiges sous-marins hérités de ce conflit ont été très longtemps négligés cependant que les hommes disparus en mer n’étaient eux-mêmes que rarement évoqués. Conscients de cette lacune, les archéologues sous-marins français ont décidé en 2013 de mettre en œuvre un ambitieux projet afin que le public puisse mieux appréhender cette page engloutie de notre histoire maritime. Ainsi est né le « Projet Danton ».Torpillé le 19 mars 1917 par le sous-marin allemand U-64, le cuirassé français Danton, construit en 1909, a coulé en moins d’une heure, emportant au cœur de ses 19 000 tonnes d’acier près de 300 marins. Largement oubliée, son épave a presque miraculeusement été retrouvée lorsqu’un robot a localisé en janvier 2008, par 1 025 mètres de fond au large de la Sardaigne une vaste anomalie que des études ont ensuite identifiée comme le cuirassé disparu.Deux missions in situ ont été effectuées en 2015 et 2016 par le Département français des recherches archéologiques subaquatiques et sous-marines (Drassm). Ces opérations ont eu recours à un robot doté d’équipements spécifiquement conçus pour filmer et photographier à très grande profondeur. En moins de six jours, les archéologues ont pu ainsi acquérir plus de 42 000 photographies haute définition et 27 vidéos des vestiges. Ce travail a donné lieu à une modélisation 3D de l’épave qui permettra bientôt au public de visiter le Danton comme s’il était lui-même en plongée sur le site.Le « Projet Danton » a en outre conduit à développer une technologie particulièrement novatrice qui permet d’envisager désormais de réaliser très rapidement la couverture 3D d’épaves situées jusqu’à 2 000 m de profondeur.

Les travaux de recherche présentés dans ce travail d’HDR sont basés sur une approche systémique combinant modélisation, simulation et aide à la décision qui intègre et unifie les concepts de la ville et du climat. Ce travail s’oriente vers trois directions fortement liées entre elles : la modélisation et la simulation des phénomènes complexes, les outils d’aide à la décision et la performance environnementale des formes architecturales et urbaines. L’objectif général vise le développement des modèles et des outils d’aide à la décision destinés aux architectes-urbanistes et aménageurs en particulier, et aux décideurs de manière générale. Ces outils permettront de résoudre des problèmes complexes liés aux contraintes associées au développement soutenable. Le processus décisionnel multicritère est devenu un véritable défi dans le domaine de l'architecture et de l'aménagement urbain en général, et particulièrement de la gestion de l'énergie durable. Ces techniques apportent des solutions aux problèmes impliquant des objectifs multiples et parfois contradictoires. Ainsi, plusieurs méthodes basées sur des modèles mathématiques sont employées dans le processus de la conception architecturale. En effet, si les outils mathématiques et informatiques sont utilisés dans l'aménagement du projet urbain et architectural depuis quelques années, ils sont cependant pour l'essentiel destinés à assister le décideur dans la production des documents sur un projet conçu de manière traditionnelle. Les progrès technologiques dont nous disposons maintenant permettent une optimisation maximale des ressources mises à la disposition de la ville. Cependant, à l’heure actuelle, il existe de nombreuses lacunes méthodologiques et techniques dans la conception de ces outils destinés aux décideurs. Ces performances technologiques demandent en effet des connaissances techniques de plus en plus complexes et deviennent ainsi inexplorables. Le travail présenté ici met l’accent sur le développement des modèles et des outils validés et surtout utilisables dans des situations réelles autres que celles d'un cadre purement scientifique. Ainsi, des outils utilisables et ergonomiques sont nécessaires pour extraire et analyser les données pertinentes sur le projet architectural et urbain, évaluer le projet en cours de constitution, assister le développement de la ville ou enfin pour faciliter le dialogue entre les décideurs et les partenariats du projet. De nombreux travaux visent ainsi à améliorer l’efficacité de la prise de décision collective en introduisant des technologies comme les systèmes d’aide à la décision de groupe, en développant des méthodes facilitant le processus de collaboration ou plus simplement, enformulant des recommandations. La naissance de la maquette numérique BIM constitue une perspective intéressante pour l’optimisation du cycle de vie d’un projet de construction et consiste à développer des systèmes coopératifs d’aide à la décision en situation minimale pour les villes intelligentes.

3D virtual models of cities are multiplying throughout the world and now become accessible thanks to the will of the communes to propose them freely. Today, it is possible to access several thousand square kilometres of urban territories modelled in 3D.We present in this thesis a set of methods to enrich a 3D virtual city model, organize it to facilitate its use and then analyse it by detecting changes between two vintages or by measuring its visual atmosphere according to the user’s needs. We first propose an algorithm to complete a 3D model by adding a semantic definition thanks to the cadastre, and a method to compute the 3D plant canopy by crossing data. Then we propose strategies to organize the 3D model of the city according to geometric and semantic criteria in order to facilitate its browsing. We then present methods comparing two vintages of data representing the same territory in order to produce a single temporal model containing a set of versions. Finally, we try to measure the visual atmosphere of the city by analysing the composition of a field of vision as well as the amount of sunshine and the shadows on a territory. These measurements can be linked to external data in order to propose multiple interpretations according to the user’s needs.All this work is done in a context of interoperability and genericity since it aims to be used with datasets from all over the world. We therefore base our methods on the use of international standards for both input and output data. It is thus possible, in a context of scientific plurality within the LabEx IMU, to make available to the community the results but also our algorithms proposed within an open source developed software., Les modélisations 3D de ville se multiplient à travers le monde et deviennent aujourd’hui accessibles grâce à la volonté des communes de les proposer librement. Il est ainsi aujourd’hui possible d’accéder à plusieurs milliers de kilomètres carrés de territoires urbains modélisés en 3D. Nous présentons dans cette thèse un ensemble de méthodes permettant d’enrichir un modèle virtuel 3D de ville, de l’organiser afin de faciliter son utilisation, puis de l’analyser en détectant les changements entre deux millésimes ou en mesurant son ambiance visuelle selon les besoins de l’utilisateur. Nous proposons dans un premier temps un algorithme permettant de compléter un modèle 3D en y adjoignant une définition sémantique grâce au cadastre, ainsi qu’une méthode de calcul de la canopée végétale 3D par croisement de données. Puis nous proposons des stratégies d’organisation du modèle 3D de la ville selon des critères géométriques et sémantiques afin de faciliter son parcours. Nous présentons ensuite des méthodes comparant deux millésimes de données représentant un même territoire dans le but de produire un unique modèle temporel contenant un ensemble de versions. Enfin, nous cherchons à mesurer l’ambiance visuelle de la ville via l’analyse de la composition d’un champ de vision ainsi que de l’ensoleillement et des ombres portées présentes sur un territoire. Ces mesures peuvent être liées à des données externes afin de proposer de multiples interprétations en fonction des besoins de l’utilisateur.Tous ces travaux se font dans un contexte d’interopérabilité et de généricité puisqu’ils ont pour objectif de pouvoir être utilisés avec des jeux de données provenant du monde entier. Nous basons donc nos méthodes sur l’utilisation de standards internationaux aussi bien pour les données en entrée que pour les résultats en sortie. Il est ainsi possible, dans le cadre d’une approche voulue dans un contexte de pluralité scientifique au sein du LabEx IMU, de mettre à disposition de la communauté les résultats mais aussi nos algorithmes proposés au sein d’un logiciel développé en open source.

Even though there are more and more applications using 3D models, creating 3D models themselves is a time-consuming process. Example-based modeling makes this process more efficient by enabling the user to use existing model and assemble them, in order to obtain a new model. To use these models, it is necessary to find them easily in a collection using partial mesh retrieval techniques. The geometry of each part must then be adapted, before assembly. State-of-the-art methods focus on segments assembly mechanisms: database models are previously segmented and labeled. This hypothesis prevents several manual segmentations, but it also limits the creative process as a series of additions and replacements of pre-determined parts. In this thesis, modeling is done as replacement of parts from a original model, but these parts are not already segmented. We present a new continuous semantic descriptor computed on the whole 3D mesh, to find among the database models the parts corresponding to a user’s selection on the reference model : if the user selects the elbow of a humanoid character, all the elbows of the database will be returned, even though the label is not explicitly used for labeling the database. Thanks to this continuous semantic description and this patch correspondance mechanism, we can get all the necessary parts to create a new model. These different parts are then assembled using a soft registration technique and remeshing.; Bien que les applications utilisant les modèles 3D soient de plus en plus nombreuses, la création des modèles 3D en elle-même reste une tâche fastidieuse. La modélisation à partir d’exemples rend cette étape plus efficace en permettant à l'utilisateur d’exploiter des modèles existants pour les assembler afin d’obtenir un nouveau modèle. Les méthodes les plus récentes de l’état de l’art se concentrent sur des mécanismes d’assemblages de segments : les modèles de la base sont préalablement segmentés et labellisés. Cette considération permet d’éviter à l’utilisateur plusieurs segmentations manuelles, mais elle limite le processus de création à une suite d’ajout ou d’échange de parties prédéterminées. Dans cette thèse, la modélisation se fait par échange de parties depuis un modèle de base, mais ces parties ne sont pas directement segmentées. Nous présentons un descripteur sémantique continue calculé sur l’ensemble du maillage 3D, qui nous permet de retrouver parmi les modèles de la base les parties de modèles correspondant à une sélection de l’utilisateur sur le modèle de référence : si l’utilisateur sélectionne le coude d’un modèle humanoïde, il se verra proposé tous les coudes des modèles de la base même si ce label n'est pas explicitement utilisé pour labellisé la base. Cette description sémantique continue et ce mécanisme de correspondance de patchs nous permettent d’obtenir l’ensemble de parties nécessaire à la création du nouveau modèle. Ces différentes parties sont alors assemblées par une méthode de recalage semi-rigide et un remaillage.

With the rise of additive manufacturing, complex internal structure optimization is now a relevant topic. Additive manufacturing allows designers and engineers to go further in their modeling, designing and optimization process, allowing new complex shapes to be produced, including the optimization of their internal structure. However modeling, design and optimization tools still represent a limitation to that new horizon of printable shapes. In this article, we define the framework in term of new designs, 3D modeling and optimization approach dedicated to the shape definition of patterned (or organized) lattice structures1 produced using additive manufacturing processes. The goal being to generate shapes that fit the mechanical requirements with an “as reduced as possible” mass, this issue is still today a niche market for Aerospace and Automotive, but could soon lead to a wider range of applications. Optimizing topology can be slow, so we will show a way of reducing computation time by using relative criteria for removing material. This new approach is based on the use of organized lattice structures to allow a wide range of shapes, thus opening the field for finding better optimized shapes. Once the patterned lattice structure is defined, it is send to a Finite Element solver software that returns the constraints and/or displacements map. This is then used as a basis for a statistical calculus that determines the elements that can or cannot be removed from the lattice. After a few iterations, the general structure is no longer patterned, but organized in a way that suits its mechanical environment, allowing lighter general structure and ensuring its rigidity. This approach is illustrated with examples coming from a prototype software.

International audience; This project deals with creation of a virtual model of the ancient forges de Paimpont. The goal was not to produce nice looking pictures but to develop an interactive model of the old factory. Since the forges are no longer working, it is quite difficult to get an idea of the general organization. Thus, we use CAD software and engineering tools. Input data are the ruins and some mock-ups that have been digitalized. Finally, visitors should be able to use Enhanced Reality to get a better understanding of the site. This is called Advanced Industrial Archaeology since it involves new techniques to understand ancient ones.; Ce projet traite de la réalisation d’une étude technico-scientifique d’un site industriel patrimonial ancien : les forges de Paimpont (près de Rennes, 35). L'objectif n'est pas seulement de produire de belles images du site, mais de développer un modèle 3D interactif. Aujourd'hui, il ne subsiste plus de matériel industriel sur le site ; seules quelques ruines subsistent ; il est donc relativement difficile pour un visiteur de comprendre comment les forges s'organisaient.Afin de reconcevoir ce site, un logiciel de CAO1 a été utilisé ainsi que des outils issus du domaine du jeu vidéo. Les données d’entrées furent aussi bien les sources historiques que les traces archéologiques. En complément, des maquettes physiques des bâtiments principaux ont été numérisées en 3D. À terme, les visiteurs pourront interagir avec une dalle tactile pour visiter les forges ou visiter le site sur place en utilisant de la réalité augmentée.Tout ce processus se nomme Archéologie Industrielle Avancée car il nécessite l'usage des nouvelles technologies pour comprendre les anciens procédés industriels.

For six years, an interdisciplinary team carried out the study of a Bronze Age underground network. This program has been labelled by the Institute of Ecology and Environment of the French Research Council (CNRS), who wants to promote new methodologies and experimental studies in Global Ecology. It takes advantage of the support of the French Ministry of Culture. The archaeological cave of Les Fraux (Saint-Martin-de-Fressengeas, Dordogne) is the only protohistorical site in Europe wherein are gathered testimonies of domestic, spiritual and artistic activities. Fortunately, the cave was closed at the end of the Bronze Age, following to the collapse of its entrance. The site is currently registered in the French Historical Monuments. The cave forms a wide network of galleries, characterized by the exceptional richness of its archaeological remains such as ceramic and metal deposits, numerous parietal representations (engravings or fingerings incised in the clay-walls and paintings sometimes in association with deposits) and about sixty domestic fireplaces. In that framework, 3D models of the cave constitute the common work support and the best way for scientific communication for the various studies conducted on the site by nearly forty researchers. In this specific context, a partnership among archaeologists and surveyors from INSA Strasbourg allows the team to develop, in an interdisciplinary way, new methods of data acquiring based on contact-free measurements techniques in order to acquire a full 3D-documentation. All the surveys are conducted in compliance with the integrity of the site. Different techniques based on Terrestrial Laser Scanning, Digital Photogrammetry and Spatial Imaging System have been used in order to generate a geometric and photorealistic 3D model from the combination of point clouds and photogrammetric images, for both visualization and accurate documentation purposes. Various scales of acquiring and diverse resolutions have been applied according to the subject: global volume cave, parietal representations, deposits… The aim of this paper is firstly to issue a statement of 6 years of 3D-recording in the cave and secondly to display recent methodological developments as for the integration of heterogeneous data in 3D models (i.e. magnetic field recording combined with the 3D models in order to locate magnetic anomalies in the cave). Another purpose is to give an overview of methodological and technological limitations we experienced since 2008. Finally, we attempt to present work in progress as to 3D-modelling and simulating and thinking on the way we should use 3D in archaeological caves., Depuis six années, une équipe interdisciplinaire conduit l'étude intégrée d’un réseau souterrain occupé durant l’âge du Bronze, dans le cadre d’un Site d’Étude en Ecologie Globale du CNRS (INEE) et d’une fouille programmée soutenue par le Ministère de la Culture. La grotte des Fraux (Saint-Martin-de-Fressengeas, Dordogne), inscrite aux Monuments Historiques depuis 1995, constitue l’unique site protohistorique d’Europe associant en un même lieu des témoignages d'activités domestiques, spirituelles et artistiques. La grotte, dont l’effondrement de l’entrée à la fin de l’âge du Bronze a permis la préservation des vestiges durant plus de 2,5 millénaires, semble avoir fait l’objet d’occupations de courtes durées, répétées, dans un intervalle de temps compris entre 1450 et 1150 BC. La cavité forme un vaste réseau de galeries, caractérisé par l'exceptionnelle richesse de ses vestiges archéologiques : une trentaine de dépôts de mobilier céramique et métallique, de nombreuses représentations pariétales, parfois associées aux dépôts (gravures, incisions, tracés digités, pigments…) ainsi qu’une soixantaine de structures de combustion. L'étude en cours se déroule dans le cadre d’un observatoire du CNRS dont l’objectif est le développement de nouvelles méthodologies et d'études expérimentales dans le domaine de l'écologie globale. Dans ce cadre, la modélisation 3D de la grotte constitue le support de travail commun aux différentes études menées sur le site, par près de quarante chercheurs et étudiants. Dans ce contexte, un partenariat scientifique avec l'INSA de Strasbourg permet à l'équipe de développer, de manière interdisciplinaire, de nouvelles méthodes d'acquisition de données, basées sur des techniques de mesures sans contact. Ce travail a permis l’acquisition d’une documentation 3D complète, respectant l'intégrité du site. Différentes techniques (Lidar terrestre, photogrammétrie et systèmes d'imagerie spatiale) ont été utilisées dans le but de générer un modèle 3D géométrique et photoréaliste issu de la combinaison de nuages de points et d’images de photogrammétrie. L’objet de cet article est de dresser le bilan de six années de numérisation 3D à la grotte des Fraux, de présenter les récents développements méthodologiques dans le domaine de l'intégration de données hétérogènes dans les modèles 3D et de dresser le bilan des verrous technologiques et méthodologiques rencontrés. Nous conclurons par la présentation des travaux en cours dans le domaine de la modélisation et de la simulation 3D.

This study (granted up to 50% by the French Office for Water and Aquatic Environments ONEMA) aimed at determining by modelling (hydrodynamical/biogeochemical ECOMARS3D model) the marine "receiving basins" of the main tributaries to the French waters of the English Channel and the Bay of Biscay. Knowing the respective part of each of these marine "receiving basins" in winter nutrient distribution, some optimal scenarios of nutrient loading reduction can be computed for nitrate or phosphate in order to bring back any marine water to the Good Ecological Status regarding eutrophication, at the best efficiency/cost ratio. - The study encompasses 45 watersheds (or clusters of neighboring watersheds) which have been retained because of their sizes and flow rates. For each of these 45 watersheds in the wider sense, the study has computed the 10 year statistical map of the corresponding so-called "receiving basin". The calculus has been done using a general 4km x 4km grid and 3 refined 1km x 1km grids covering the French coastal zone of this area. - At any point of the marine domain, the "receiving basins" allow the computation of the dilution of a conservative tracer. Winter concentrations of nitrate or phosphate can then be instantaneously computed on the Channel-Biscay continental shelf for various scenarios of nutrient loadings from the 45 rivers. If one can impose: 1/ the marine winter concentration not to be exceeded to keep a Good Ecological Status, 2/ a proxy for the cost of the unitary abatement of the nutrient concentration in each river, this linear dilution model can be coupled to a global optimisation method, in order to compute the set of concentrations in the 45 rivers which allows to obtain at the lowest price the best Ecological Status everywhere in the maritime domain under consideration. Two global optimisation techniques (linear Simplexe method and quadratic Beale's method) have been compared on various marine target areas : the marine WFD water masses considered separately or together, the 3 MSFD French sub-regions of the Channel-Biscay area, or the coastal strip laying between the seashore and the 50m isobath. Computations have been made using two successive nitrate and phosphate thresholds at sea, which are associated respectively to the WFD eutrophication Very Good Status and Good Status. This exercise has shown that focusing on a single small marine target area can sometimes prescribe a strong abatement of concentrations in the sole small neighboring rivers, but that dealing with a large marine target area points always to the biggest tributaries as being the main nutrient sources to be diminished, whereas small tributaries can be neglected. As it contains the whole big river plumes, the MSFD target requires stronger abatement of nitrate in some watersheds than the WFD target, which is limited to a thin, 1 nautical mile wide strip along the coasts. Whereas very few rivers (except the Seine river) require any abatement of their phosphate loadings, almost all the medium and large rivers require very strong abatements of their nitrate concentrations. The 7 main rivers (mean flow rate > 50 m3/s) should move from their actual 15 mg/L NO3 to 5 mg/L NO3, whereas the 38 minor rivers should go back from their actual 24 mg/L NO3 to 13 mg/L NO3. - As the most reliable descriptors of eutrophication impact are not the winter nutrient levels, but the spring-summer levels of chlorophyll and bottom dissolved oxygen, the ECOMARS3D model of the pelagic ecosystem has been used to simulate the real situation during the 2000-2010 decade and validated against a coastal data base. In order to assess the effects of loading reduction on some criteria of marine eutrophication, this reference simulation has then been compared to simulations using reduced river loadings: pristine loadings, globally optimal scenarios coming from the previous linear approach, academic modifications (-50%). The results are: - in eutrophicated areas, the chlorophyll 90th percentile begins to decrease significantly only in case of 50% reduction of loadings, or even more in the Bay of Biscay, in front of Loire and Vilaine estuaries. This mirrors the behavior of the main component of the phytoplankton, the diatoms. - the dinoflagellate annual maximum however seems to respond quickly to nitrogen loading decrease, and this is enhanced in case of coupled phosphate loading decrease. In case of 50% reduction, the dinoflagellates vanish in the bay of Seine, whereas on the continental shelf of Biscay, their decrease may reach 90% in case of severe reductions. - the oxygen 10th percentile is nearly insensitive to loading reductions: it may increase by 10% in case of the severe loading reductions., Cette étude financée à 50% par l'ONEMA avait pour but de déterminer par la modélisation (modèle hydrodynamique/biologique ECOMARS3D) le bassin récepteur marin des principaux bassins versants français de la façade Manche-Atlantique, puis d'utiliser la responsabilité respective de chacun de ces bassins récepteurs pour calculer un scénario globalement optimal de réduction différenciée fleuve par fleuve des apports en azote et phosphore, de façon à tenter de se rapprocher au meilleur rapport efficacité/coût du Bon Etat Ecologique général quant aux critères européens d'eutrophisation. - L’étude porte sur 45 bassins versants (ou regroupement de BV voisins) qui ont été retenus essentiellement en raison de leur taille et de leur débit. Pour chacun de ces 45 BV au sens large, l'étude calcule la carte statistique du "bassin récepteur" correspondant. Ce calcul a été fait sur la grille générale à 4km (rang 1) et sur la grille raffinée à 1km contenant l'exutoire du BV. - Ces "bassins récepteurs" permettant de calculer en tout point du domaine marin la dilution d'un traceur conservatif, les concentrations hivernales du nitrate et du phosphate sur le plateau Manche-Atlantique peuvent donc être cartographiées instantanément pour divers scénarios de concentration de ces deux nutriments dans les fleuves. Si l'on fixe: 1/ la concentration marine hivernale à ne pas dépasser pour garder un Bon Etat Ecologique, 2/ un coût pour l'abaissement d'une unité de concentration dans chacun des fleuves, on peut coupler ce modèle linéaire de dilution à une méthode d'optimisation globale qui fournit l'abaissement des concentrations des 45 fleuves permettant de se rapprocher au mieux du Bon Etat Ecologique dans tout le domaine marin choisi, et ce pour un coût minimal. Deux techniques d'optimisation globale (Simplexe linéaire et méthode quadratique de Beale) ont été comparées pour diverses zones-cibles marines : les masses d'eau marine DCE prises une par une ou globalement, les 3 sous-régions DCSMM de Manche-Atlantique prises séparément, la bande marine côtière comprise entre le rivage et l'isobathe 50m. Les calculs ont été faits en imposant successivement deux seuils de nitrate et phosphate en mer, qui permettraient aux zones-cibles marines de se trouver respectivement en Très Bon Etat ou en Bon Etat. Il en ressort que la fixation d'une petite zone-cible unique peut parfois requérir un abaissement fort des concentrations dans les seuls petits fleuves côtiers concernés, mais que dès que l'on étend la zone-cible, les grands fleuves redeviennent les principales sources de nutriments à diminuer, tandis qu'il ne devient plus nécessaire d'agir sur plusieurs petits côtiers, du moins si on ne considère que l'eutrophisation phytoplanctonique; les proliférations macroalgales très littorales (marées vertes), non traitées ici, requièrent au contraire l'abattement du nitrate dans ces petits fleuves côtiers. Contenant l'entièreté des panaches de dilution des fleuves, la cible DCSMM globale nécessite des abattements du nitrate plus poussés dans certains bassins versants que la cible DCE globale, qui se limite à une mince frange côtière. Alors que pour le phosphate, peu de fleuves (sauf la Seine) requièrent un abattement de leurs apports, les 7 fleuves principaux (débit moyen > 50 m3/s) requièrent un très fort abattement de leurs teneurs en nitrate (des 15 mg/L NO3 actuels, il faudrait les ramener à 5 mg/L NO3), tandis que les 38 fleuves mineurs devraient descendre des 24 mg/L NO3 actuels à 13 mg/L NO3. - Les descripteurs les plus pertinents des impacts de l'eutrophisation n'étant pas les nutriments hivernaux, mais bien ce en quoi ils se transforment partiellement et non-linéairement durant la période productive (chlorophylle, oxygène dissous), le modèle d'écosystème pélagique ECOMARS3D a été utilisé pour simuler la situation réelle de la décennie 2000-2010 et la valider sur des séries de mesures côtières. Puis le modèle a été utilisé pour simuler divers scénarios alternatifs d'apports fluviaux : scénarios globalement optimaux de l'étude linéaire précédente, ou modification simultanée sur tous les BV à un taux homogène (pristine, -50%), Ces scénarios montrent que : - en zone eutrophe, la valeur du percentile 90 de chlorophylle sur la période productive ne commence à baisser sensiblement (entre 30 et 40%) qu’à partir d’une diminution de 50% des apports en nitrate et phosphate en Manche-Est, voire même plus dans le Golfe de Gascogne (seulement à partir d’une réduction de 70% des apports en nitrate de la Loire et de la Vilaine). Ceci reflète la réponse de la composante majoritaire du phytoplancton : les diatomées. - par contre, le maximum annuel de dinoflagellés baisse très sensiblement dès 50 % de réduction des apports en NO3 et de façon encore plus marquée en cas de réduction simultanée des apports en phosphate. En baie de Seine, les concentrations simulées en dinoflagellés s'annulent quasiment dès 50% de réduction des apports en NO3. Dans la partie atlantique, l’abattement des concentrations varie entre 70 et 90% pour les scénarios les plus exigeants et entre 50 et 80% pour les scénarios moins sévères. - le percentile 10 des concentrations en oxygène dissous au fond ne réagit que très peu aux différents scénarios de réduction d'apports (augmentations entre 5% et 10 % selon l'intensité des réductions d'apports)

In the framework of sustainable development, the anthropogenic impact of large coastal cities on the marine ecosystem is a key issue. This project aimed to improve our knowledge in marine ecosystem response to the anthropogenic supplies (from rivers, sewage outflows and atmosphere) from large cities. In particular, the goal is to underline how the physical forcing decreases or increases the anthropogenic impact on the coastal ecosystem and the assessment of the chemical contaminant (PCB) inputs (from city to sea) and exports (from mid-sea to open sea)., Dans une perspective de développement durable, il est nécessaire d'appuyer les politiques publiques et les modes de gestion, sur des recherches amont permettant de mieux identifier et évaluer l’influence de l’homme sur son environnement. L’étude de l’impact anthropique des grandes métropoles côtières sur le fonctionnement des écosystèmes marins apparaît une priorité pour un développement durable en Méditerranée. Le projet MASSILIA a consisté en l’étude de l’influence de la grande métropole Marseillaise sur l’environnement marin côtier grâce à des approches de modélisation numérique. L’objectif était de mieux comprendre le fonctionnement particulier de cet écosystème soumis à une influence anthropique multiple : émissaire, fleuves côtiers, Rhône en utilisant l’importante base de données disponibles et en l’intégrant dans des outils numériques. Le projet a tenté de comprendre à partir de l’étude de ce cas particulier, l’influence que peut avoir une grande métropole sur l’environnement côtier. Cette étude s'appuie sur les travaux réalisés dans le cadre des projets METROC et GIRAC, tant du point de vue des mesures des apports par les fleuves côtiers et l'émissaire, que de la modélisation.

The work of this thesis aims to provide and validate tools useful to study and understand the phenomena involved in the injection of fuel, mainly focused on intra-flow injector. These tools are numeric and simulate the formation of a spray. A first part focuses on zero-dimensional modelling. Models which predict these following characteristics of spray like the spray angle, the spray penetration or the liquid length are compared with experimental data. The conclusions are that zero-dimensional modelling provides good results very quickly in some cases. Although, a better understanding of the influence of cavitation on the spray, which requires an understanding of the intra-flow injector, could be beneficial for the prediction of these models. A second study is carried out to select a model of multi-dimensional cavitation. The chosen model is a barotropic equation model. A validation of this model is then performed to ensure that it is able to predict the cavitating flow inside a nozzle. The model provides good results and can be used for the next step. Finally, in the third part, the cavitation model previously validated is used. Single-hole nozzle geometry is used with an injection pressure comparable to that used in internal combustion engines with direct injection system. The study is done to investigate the influence of several geometrical parameters on the onset of cavitation. The movement of the needle is also studied and compared, after offering to the code the possibility of moving mesh, to the results of several stationary needle lifts., Le travail de cette thèse a pour but de fournir et valider des outils permettant d'étudier et de comprendre les phénomènes mis en jeu lors de l'injection d'un carburant dans un moteur à combustion interne, principalement axé sur l'écoulement intra-injecteur. Ces outils sont numériques et permettent de simuler la formation d'un spray. Une première partie est axée sur la modélisation 0D. Les modèles permettant de prédire des caractéristiques de spray comme son angle, sa pénétration ou encore la longueur du corps liquide, sont comparés à des données expérimentales. Les conclusions sont que la modélisation 0D permet d'obtenir de bons résultats. Par contre une meilleure connaissance de l'influence de la cavitation sur le spray, qui passe par la compréhension de l'écoulement intra-injecteur, pourrait être bénéfique pour la prédiction de ces modèles. Une seconde étude sur l'écoulement intra-injecteur est alors menée en utilisant un modèle à équation barotrope. Une validation de celui-ci est effectuée de façon à vérifier qu'il est capable de prédire correctement l'écoulement dans un injecteur. Le modèle offre de bons résultats et peut être utilisé pour l'étude suivante. Enfin, dans la dernière partie, le modèle de cavitation qui a été validé est utilisé. Une géométrie d'injecteur mono-trou est utilisée avec des pressions comparables à celles utilisées actuellement en automobile. L'étude consiste à étudier l'influence de plusieurs paramètres géométriques sur l'apparition de la cavitation. Le mouvement de l'aiguille est aussi étudié et est comparé, après avoir offert au code la possibilité de maillage mobile, à des résultats in-stationnaires pour plusieurs levées d'aiguille.

Digitalisation is an operation which consists in storing an object in a computer for further manipulation using data processing tools. In this document, we are interested in the digitalisation of three-dimensional objects. It is first a matter of recording the shape of the object. Many methods have been developed to address this problem, and we will focus on objects described as meshes. On such objects the storage of attributes like colour, temperature or electrical charge is often useful, depending on the application. We will describe two complementary approaches to deal with this issue. The first one relies on texture mapping. This technique consists in unfolding ? parametrising ? the mesh on a flat image in which the attribute is stored. A value recovered from the image can therefore be associated with each point of the object. We will describe a method which hides the seam artifact, commonly encountered using this technique. Unfolding the mesh demands that its quality be good, which is not always the case. We thus secondly describe a surface sampling method based on a restricted Voronoï diagram. We especially detail how to efficiently compute such an object and how to optimise it with respect to some quality measure. These results are then applied to the surface fitting problem, La numérisation est un procédé qui consiste à enregistrer un objet dans un ordinateur pour pouvoir ensuite le manipuler à l'aide d'outils informatiques. Nous nous intéressons dans ce manuscrit à la numérisation d'objets tridimensionnels. Il s'agit tout d'abord d'enregistrer leur forme. De nombreuses méthodes ont été développées pour répondre à ce problème, et nous nous concentrerons sur les objets représentés par des maillages. Sur ces objets, il est alors utile de pouvoir représenter des attributs tels que la couleur, la température ou la charge électrique, selon l'application. Nous proposons deux approches complémentaires pour aborder ce problème. La première est fondée sur le placage de textures. Cette technique consiste à déplier (paramétrer) le maillage à plat sur une image dans laquelle l'attribut est stocké. Une valeur récupérée dans l'image est ainsi associée à chaque point de l'objet. Nous proposerons une méthode permettant de masquer l'artéfact des coutures qui est inhérent à cette technique. Déplier le maillage nécessite qu'il soit de bonne qualité, ce qui n'est pas toujours le cas. Nous décrivons donc également dans un second temps une approche de l'échantillonnage d'une surface via un diagramme de Voronoï restreint. Nous expliquons en particulier comment calculer efficacement un tel objet et comment l'optimiser par rapport à un critère de qualité. Ces résultats sont ensuite appliqués au problème de l'ajustement de surfaces

In order to comply with environmental regulations, automotive manufacturers have to develop efficient engines with low fuel consumption and low emissions. Thus, development of engine combustion systems (chamber, injector, air loop) becomes a hard task since many parameters have to be defined in order to optimize many objectives in conflict. Evolutionary Multi-objective optimization algorithms (EMOAs) represent an efficient tool to explore the search space and find promising engine combustion systems. Unfortunately, the main drawback of Evolutionary Algorithms (EAs) in general, and EMOAs in particular, is their high cost in terms of number of function evaluations required to reach a satisfactory solution. And this drawback can become prohibitive for those real-world problems where the computation of the objectives is made through heavy numerical simulations that can take hours or even days to complete.The main objective of this work is to reduce the global cost of real-world optimization, using the parallelization of EMOAs and surrogate models.Motivated by the heterogeneity of the evaluation costs observed on real-world applications, we study asynchronous steady-state selection schemes in a master-slave parallel configuration. This approach allows an efficient use of the available processors on the grid computing system, and consequently reduces the global optimization cost.In the first part of this work, this problem has been studied in an algorithmical point of view, through an artificial adaptation of EMOAs to the context of real-world optimizations characterized by a heterogeneous evaluation cost.In the second part, the proposed approaches, already validated on analytical functions, have been applied on the Diesel combustion problem, which represents the industrial context of this thesis. Two modelling approaches have been used: phenomenological modelling (0D model) and multi-dimensional modelling (3D model).The 0D model allowed us, thanks to its reasonable evaluation cost (few hours per evaluation) to compare the asynchronous steady-state approach with the standard generational one by performing two distinct optimizations. A gain of 42 % was observed with the asynchronous steady-state approach.Given the very high evaluation cost of the full 3D model, the asynchronous steady-state approach already validated has been applied directly. The physical analysis of results allowed us to identify an interesting concept of combustion bowl with a gain in terms of pollutant emissions., Avec la sévérisation des réglementations environnementales sur les émissions polluantes (normes Euro) des moteurs d'automobiles, la nécessité de maitriser les phénomènes de combustion a motivé le développement de la simulation numérique comme outil d'aide à la conception. Tenant compte de la complexité des phénomènes à modéliser, et de l'antagonisme des objectifs à optimiser, l'optimisation évolutionnaire multi-objectif semble être la mieux adaptée pour résoudre ce type de problèmes. Cependant, l'inconvénient principal de cette approche reste le coût très élevé en termes de nombre d'évaluations qui peut devenir très contraignant dans le contexte des optimisations réelles caractérisées par des évaluations très coûteuseL'objectif principal de ce travail de thèse est de réduire le coût global des optimisations du monde réel, en explorant la parallélisation des algorithmes évolutionnaires multi-objectifs, et en utilisant les techniques de réduction du nombre d'évaluations (méta-modèles).Motivés par le phénomène d'hétérogénéité des coûts des évaluations, nous nous proposons d'étudier les schémas d'évolution stationnaires asynchrones dans une configuration parallèle de type « maître-esclave ». Ces schémas permettent une utilisation plus efficace des processeurs sur la grille de calcul, et par conséquent de réduire le coût global de l'optimisation.Ce problème a été attaqué dans un premier temps d'un point de vue algorithmique, à travers une adaptation artificielle des algorithmes évolutionnaires multi-objectifs au contexte des optimisations réelles caractérisées par un coût d'évaluation hétérogène. Dans un deuxième temps, les approches développées et validées dans la première partie sur des problèmes analytiques, ont été appliquées sur la problématique de la combustion Diesel qui représente le contexte industriel de cette thèse. Dans ce cadre, deux types de modélisations ont été utilisés: la modélisation phénoménologique 0D et la modélisation multidimensionnelle 3D. La modélisation 0D a permis par son temps de retour raisonnable (quelques heures par évaluation) de comparer l'approche stationnaire asynchrone avec celle de l'état de l'art en réalisant deux optimisations distinctes. Un gain de l'ordre de 42 % a été réalisé avec l'approche stationnaire asynchrone. Compte tenu du temps de retour très coûteux de la modélisation complète 3D (quelques jours par évaluation), l'approche asynchrone stationnaire déjà validée a été directement appliquée. L'analyse physique des résultats a permis de dégager un concept intéressant de bol de combustion permettant de réaliser un gain en termes d'émissions polluantes.

The sandy coasts of Languedoc-Roussillon are a zone vulnerable to erosion and flooding. These hazards are generally associated with a combination of natural factors such as waves, wind, rising sea levels and the importance of sediment supply, and are therefore worsened during storms. For the management of such risks, a better knowledge of the hydrodynamic phenomena occuring from the surf zone through to the coastal scale is essential. This need led to the development of a numerical modelling platform consisting of the 3D ocean circulation model Symphonie, usually dedicated to regional and coastal scales, which was modified to include the wave forcing, modeled by the WaveWatch III or Swan models. Using this platform the entire littoral and coastal regions can be accurately represented. The model was tested in several academic cases. Measurements on the barred beach of Sète during the winter of 2008-2009 served to refine the model, which is able to successfully reproduce the characteristics of the currents in coastal areas, drifts or rip currents over more complex bathymetries and also the vertical profiles of currents. To validate the model on the inner-shelf, we compared the simulations with measurements taken during a winter storm in 2004 around the mouth of the Têt river, as well as during storms in 2007 and 2008 in the Gulf of Aigues-Mortes. Currents are generally well reproduced. However, the scope of wave action seems limited to a depth of 30m. The characteristics of our model allow a good reproduction of the currents at all scales and the 3D nature of the model permits a more precise calculation of the shear stress and bottom current responsible, respectively, for the suspension and advection of sediments.; Le littoral sableux du Languedoc-Roussillon est un système vulnérable aux risques d'érosion et de submersion. Ces aléas sont liés à la conjonction des facteurs naturels que sont les vagues, vent, élévation du niveau de la mer et apports sédimentaires et sont donc aggravés en période de tempête. En vue d'une gestion des risques, une meilleure connaissance des phénomènes hydrodynamiques de l'échelle littorale à l'échelle côtière est essentielle. Ce travail a conduit à la réalisation d'une plateforme de modélisation numérique composée du modèle de circulation océanique 3D Symphonie, traditionnellement dédié aux échelles régionales et côtières, qui a été modifié pour inclure le forçage par les vagues, modélisées par les modèles Wavewatch III ou Swan, et ainsi étendre sa validité au littoral. Le modèle a été testé sur des cas académiques littoraux. Des mesures sur la plage à double barres de Sète pendant l'hiver 2008-2009, ont également servi à parfaire le modèle qui reproduit ainsi avec succès les caractéristiques des courants en zone littorale : la dérive, les courants sagittaux sur des bathymétries plus complexes et les profils verticaux des courants. Pour valider le modèle à des échelles plus côtières, nous avons confronté ses résultats à des mesures réalisées pendant une tempête hivernale en 2004 aux alentours de l'embouchure de la Têt, mais également sur des tempêtes de 2007 et 2008 dans le Golfe d'Aigues-Mortes. Les courants sont globalement bien reproduits. Les zones d'action des vagues semblent limitées aux zones de profondeur inférieure à 30 m. Notre modèle autorise une reproduction correcte des courants à toutes les échelles et sa nature 3D permet un calcul plus précis de la tension de cisaillement de fond et du courant près du fond, responsables respectivement de la mise en suspension et de l'advection des sédiments.

Urban modeling allows the development of many applications such as: 3D navigation, urban planning, scene modeling for the entertainment industry, etc. The technological challenge is to increase the productivity and the realism of urban modeling. This thesis is developed in the framework of Cap Digital Business Cluster TerraNumerica project. The project aims at developing a production and exploitation platform, by allowing the definition and visualization of synthetic urban scenes. In this context, our main contribution to the project consists in segmenting color images and point clouds in order to assist urban modeling. This document is mainly divided into three parts. In the first part, we have shown the ultimate opening benefits as a generic operator of segmentation. Then we have proposed several improvements to make it more robust to masking and leakage problems. The performance of these improvements is illustrated in our study framework, scene-text detection and cell segmentation. The second part is focused on façade analysis. Façade modeling is performed on the scope of a single building. However, during the image acquisition process, several buildings appear in the same image. We propose an automatic method to separate different façades included in the image. Then, we focus on the semantic extraction from the façade. It consists in segmenting it by floors, windows, balconies... to provide a realistic building model. The third part of this thesis is focused on point cloud analysis. In urban modeling, it is necessary to introduce some elements such as street furniture and pavement. We present tools for the detection and classification of artifacts. These tools allow: 1- the filtering of data in order to facilitate the modeling process and 2- the re-introduction of some elements (lampposts, sign boards, bus stop, etc), improving visual realism in the modeled scenes. We also propose an automatic method for pavement segmentation.; La modélisation d'environnements urbains permet le développement de nombreuses applications telles que la navigation 3D, la planification de l'aménagement urbain ou la création de scenarii pour le cinéma. L'enjeu technologique est de réduire le temps nécessaire pour une modélisation réaliste et fidèle à la réalité. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet TerraNumerica dont l'objectif est de développer une plateforme de production et d'exploitation d'environnements synthétiques urbains. Dans ce contexte, nous sommes confrontés à des problèmes de segmentation de scènes urbaines. Dans une première partie, nous montrons l'intérêt de l'opérateur d'ouverture ultime en tant qu'opérateur de segmentation générique. Ensuite nous avons proposé plusieurs améliorations qui le rendent plus robuste à des problèmes de masquage et d'images floues. L'efficacité de ces améliorations est démontrée dans le contexte de l'étude mais aussi pour la segmentation de texte enfoui et de cellules. La deuxième partie est consacrée à l'analyse de façades. Leur modélisation est réalisée à l'échelle du bâtiment. Néanmoins, lors de l'acquisition, plusieurs bâtiments apparaissent dans une même image. Nous proposons une méthode capable de séparer automatiquement les différentes façades contenues dans l'image. Ensuite, nous détectons les étages, les travées, les fenêtres... afin d'alimenter un modèle de bâtiment fidèle à la réalité. La troisième partie de cette thèse est consacrée à l'analyse des données tridimensionnelles. Pour une modélisation de la scène, il est nécessaire d'introduire des éléments du mobilier urbain ainsi que le trottoir. Nous présentons des outils pour la détection et la classification d'artefacts. Ces outils permettent 1- le filtrage de données facilitant la modélisation et 2- la réintroduction d‘éléments tels que les lampadaires, améliorant le réalisme de la scène modélisée. Nous proposons également une méthode automatique pour la segmentation du trottoir.

Emerged and immerged margins of Liguro-Provençal basin (Occidental Mediterranean Sea) can supply essential information on continental passive margins. It consists of young margins (oligo-aquitanian) which result from the Corsica-Sardinia rotation block. The evolution of these margins is simpler than those of the bigger oceans: their youth increases the upholding of a high subsidence rate which creates accommodation for sediments. The evolution of conditional deposits, linked with the external or internal factors, is well recorded peculiarly in the Aquitano-Burdigalian carbonated system. Studying these deposits comes down to studying the initial steps of young margin subsidence.The aim of this work is to characterize the stratigraphical and sequential record at the syn-rift/post-rift transition on the Liguro-Provençal opposed margins in order to reconstitute the evolution. To reach this goal, a 3D geological model at margin scale has been built. In this way, an integrated chronostratigraphical study (bio-magnetostratigraphy, radiochronostratigraphy) on both margins has been realized. This study is completed with outcrops georeferenced cartography with the interpretations of onshore and offshore seismic lines close to cartographied domains. Integration of all data in the geomodelling software gOcad allows us to build an onshore-offshore 3D geological model with an optimum temporal calibrationon both margins.We have managed to determine the syn-rift/post-rift evolution of Liguro-Provençal ocean (paleogeographical maps of the main steps are proposed):North margin: - a syn-rift period from the Oligocene to the Aquitanian (~33 to 20.4 Ma) where the deposits are formed in inherited structure of pre-rift story either in the reactivated or not basins with NNE-SSW orientation or in synforms Mesozoic “gutter” with E-W orientation. The subsidence origin is tectonic. The first marine transgression is dated from the Upper Oligocene (Chron C6Cr). - the post-rift period is subdivided in two phases. A first phase Early Burdigalian (20.4 to ~18.5 Ma) characterized by weak marine transgression and subsidence. The deposits are still localized in syn-rift basins. A second phase from Middle Burdigalian to Upper Miocene is characterized by a global transgression which reached some high top of Gulf of Lion (Sirocco). Thermic subsidence is strong and important volume of prograding sediments is formed.South margin :The working of the Sardinian margin corresponds to the working of an intra-arc domain with a tectonic activity present until the Middle Burdigalian. The beginning of syn-rift period is uncertain probably Oligocene sup. – Aquitanian in the northern studied part of Sardinia whereas is dated Early Oligocene in the southern part. In the literature, the first transgression in the South is dating of Upper Oligocene whereas in the North we have dated it from Early Burdigalian. There is a shift of the working of the basins from the South to the North.However, the Middle Burdigalian transgression is global and synchronous at the Sardinian scale and moreover, at the scale of both margins. At the geodynamical global scale, we propose to link the weak subsidence of Early Burdigalian with the persistence of a strong thermic activity. This activity could be in relation with an important accretion in the Liguro-Provencal due to the fast Corsica-Sardinian block rotation. Strong subsidence observed from the Middle Burdigalian could be linked to the slowing down of the Corsica-Sardinian block which involves a decreasing of accretion and thermic activity and therefore a strong cooling., Les marges émergées et immergées du bassin Liguro-provençal (Méditerranée Occidentale) peuvent fournir des informations fondamentales sur le fonctionnement des marges continentales passives. Il s’agit de marges jeunes (oligo-aquitaniennes) qui résultent de la rotation du micro-continent Corso-Sarde et dont l’histoire est plus simple que celles des marges des grands océans: leur jeunesse favorise en effet le maintien d'un taux de subsidence non négligeable et donc la création d'espace pour l'accumulation des sédiments au cours du temps. L’évolution des conditions de dépôt, en relation avec les variations des facteurs de contrôles externes et internes, y est finement enregistrée particulièrement dans les systèmescarbonatés aquitano-burdigaliens. Etudier ces modalités de dépôt revient donc à étudier les étapes initiales de la subsidence d’une marge jeune.L'objectif des travaux est de caractériser l'enregistrement stratigraphique et séquentiel au passage syn-rift/post-rift sur les deux marges opposées de l’océan Liguro-provençal pour en reconstituer l'évolution. Pour atteindre cet objectif, un modèle géologique 3D à l’échelle de la zone d’étude sur les marges Nord et Sud de l’océan Liguro-Provençal a été construit. Dans ce cadre, une étude chronostratigraphique intégrée (bio-magnétostratigraphie, radiochronologie) sur les deux marges a été réalisée. Cette étude est complétée par une cartographie géoréférencée des affleurements ainsi que l’interprétation de profils sismiques offshores et onshores jouxtant les domaines cartographiés. L’intégration de toutes ces données au sein du géomodeleur gOcad a permis la construction d’un modèle géologique 3D terre-mer avec un calibrage temporel optimal sur chacune des marges.Nous avons pu ainsi reconstituer l’évolution syn-rift/post-rift de l’océan Liguro-Provençal (des cartes paléogéographiques des principales étapes sont proposées):Sur la marge Nord : - une période syn-rift de l’Oligocène à l’Aquitanien (~33 à 20.4 Ma) où les dépôts sont déposés dans les structures héritées de l’histoire pre-rift soit dans des bassins réactivés ou non orientés NNE-SSO ou dans des « gouttières » synformes mésozoïques d’orientation E-O. La subsidence est d’origine tectonique. La première transgression marine est datée de l’Oligocène sup. (Chron C6Cr). - une période post-rift est divisée en deux phases. Une première phase Burdigalien inf. (20.4 à ~18.5Ma) caractérisée par une transgression marine et une subsidence thermique faible. Les dépôts restent localisés dans les bassins syn-rift. Une deuxième phase Burdigalien moy. àMiocène sup. caractérisée par une transgression marine généralisée atteignant certains points hauts du Golfe du Lion (Sirocco). La subsidence thermique est importante et un volume de dépôts progradants considérables est déposé.Sur la marge Sud :Le fonctionnement de la marge Sarde correspond à celui d’un domaine intra-arc avec une activité tectonique présente jusqu’au Burdigalien moy. Le début de la période syn-rift est mal contraint, probablement d’âge Oligocène sup. ? à Aquitanien dans la partie étudiée, au NO de la Sardaigne, alors qu’il est Oligocène inf. dans la partie Sud de la Sardaigne. Dans la littérature, la première transgression dans le Sud est datée de l’Oligocène sup. alors que dans le Nord nous l’avons datée du Burdigalien inf. Il y a ainsi une migration du fonctionnement des bassins du Sud vers le Nord. La transgression du Burdigalien moy. en revanche est généralisée et synchrone à l’échelle de la Sardaigne.A l’échelle géodynamique globale, nous proposons de relier la subsidence faible du Burdigalien inf. avec le maintien d’une activité thermique importante. Cette activité serait en liaison avec une accrétion importante au sein du bassin Liguro-Provençal liée à la rotation rapide du bloc corso-sarde. La subsidence importante observée à partir du Burdigalien moy. serait liée au ralentissement de la rotation du bloc corso-sarde impliquant une diminution de l’accrétion et de l’activité thermique des marges et donc un refroidissement important.

In the framework of a new high-speed train connection across the Western Alps, between Lyon and Torino, geological studies in collaboration with BRGM led to producing 3D geometrical models in key locations. These models allowed a reinterpretation of the geometry of geological layers and the construction of a new geological section of the Maurienne Valley (section drawn by BRGM). Combined with an ECORS profile, this new section was used to build a crustal-scale section across the Western Alps. Extension of this section towards external zones, from the Belledone Massif to the foreland Basin, comes from Philippe's (1994) results. We built a series of balanced cross-sections of this traverse using detailed structural informations gathered along the transect, a compilation of Pressure-Temperature-Age path of each unit, and the timing of successive foreland formations. Peak temperature estimates measured with a Raman spectrometer on organic matter in meta-sediments (RSCM method), reveal the high resolution thermal structure of the accretionary prism from the "Ultra- Dauphinois" domain to the most internal domains. This method appears fundamental to understand exhumation mechanism of this traverse. These reconstructions lead to re-discussing i) the exhumation mechanisms of high-pressure units and ii) the interaction between main thrusts and normal faults that partially accommodate the rise ofWestern Alps deep units.; Des expertises géologiques effectuées pour le projet de liaison TGV Lyon-Turin (collaboration avec le BRGM) ont abouti à la réalisation de modèles géométriques 3D effectués dans les secteurs clés du projet. Ces modèles ont aidé à la décision en termes d'interprétation géométrique et ont permis de dessiner une nouvelle coupe géologique détaillée de la vallée de la Maurienne (coupe réalisée par le BRGM). Combinée aux données profondes du profil Ecors, elle est utilisée pour construire une coupe d'échelle crustale au travers des Alpes Occidentales. Le prolongement de cette coupe vers les zones externes est extrait des travaux de Philippe Y.(1994), depuis le massif de Belledonne jusqu'au bassin d'avant pays. Nous proposons une série de reconstructions géodynamiques équilibrées de cette transversale depuis le Crétacé supérieur en utilisant : une reconnaissance détaillée des structures rencontrées le long du profil, une compilation des chemins pression-température-temps de chaque unité et le calendrier de formation des bassins d'avant-pays successifs. L'estimation des pics de températures via la spectrométrie Raman sur la matière organique dans les métasédiments (méthode RSCM), révèle la structure thermique à haute résolution du prisme de subduction depuis le domaine ultra-dauphinois jusqu'aux zones les plus internes et s'avère être un atout majeur pour la compréhension des mécanismes d'exhumation sur cette transversale. Ces reconstructions nous conduisent à discuter les mécanismes d'exhumation des unités de haute pression et l'interaction entre les chevauchements principaux et les failles normales qui accommodent en partie la remontée des unités profondes des Alpes Occidentales.

International audience; Geographic information systems have a primary role to play for sustainable urban development, as tools for collecting and analyzing environmental properties of buildings and urban spaces, either as a support for communication and public participation in urban planning. To this end, GIS should take into account the third dimension and they should be able to interoperate with existing simulation tools of urban physical phenomena. This paper introduces an environmental urban 3D GIS system that aims at achieving these objectives. We expose the structure of the system, currently experienced in real urban processes in the city of Nantes, and we show the way environmental data is integrated to it.; Les systèmes d'information géographique ont un rôle important à jouer en matière de développement durable urbain, tant pour ce qui concerne la collecte et l'analyse des propriétés environnementales des constructions et des espaces urbains, qu'en matière de communication et de concertation autour de ces enjeux dans les projets d'aménagement. À cette fin, les SIG doivent savoir prendre en compte la troisième dimension et s'interfacer avec des outils de simulation des phénomènes physiques urbains. Cet article présente une tentative de réponse à ces objectifs. Nous exposons la structure d'un SIG 3D environnemental urbain, actuellement développé et mis en oeuvre dans des situations concrètes à Nantes, ainsi que les modalités d'intégration des données environnementales urbaines dans ce système.

International audience; A Roman crypt, located under the cathedral of Brussels, has been modelled in 3D for the virtual visits purposes. In order to increase the level of perceived realism, the fine engravings on different walls of the crypt have been digitized. The obtained models being very complex, in this article we describe methods implemented in the dedicated 3D visualization engine allowing almost real time rendering of the scene.

So far, many CAD systems have aimed at assisting and supporting designers work all along project workflow. However, such tools are rather useless in the early stages of the design process, during creative design. Their geometrical and preconceived processes are far from the woolly and iterative aspects of the creative design process, mainly supported by a figurative tool: sketching. This thesis is in line with previous research works on sketching-based 3D modelling to bring a creative dimension in software tools for design. Beyond drawing interpretation, we introduce an instrumented approach for architectural design: SVALABARD, a Virtual drawing table relying upon the paradigm of interaction sheets, that associates alternative input devices and techniques.Because the feasibility of such an approach was technically restricted by the stiffness and the lack of extensibility of current GUI tools, we also propose a new software model, more adaptable and more dynamic. With this model, we developed the MAGGLITE toolkit that makes it easier to prototype and use alternative interaction techniques., Il existe de nos jours beaucoup d'environnements dits de CAO, conçus pour assister et accompagner le travail des concepteurs tout au long d'un projet. Pourtant, ces logiciels sont peu adaptés à la première phase d'un projet: la conception créative. En effet, leurs approches géométriques et excessivement directrices ignorent le caractère flou et itératif de la démarche du concepteur, appuyée par un outil figuratif essentiel: le croquis. Cette thèse s'inscrit dans un courant de travaux axés sur l'utilisation du dessin pour la réalisation de modèles numériques 3D, dans le but de fournir des outils informatiques de support à la conception créative. Mais au delà de l'interprétation de croquis, nous proposons une approche originale appliquée au domaine de la conception architecturale, reposant sur un environnement instrumenté: SVALABARD, une Table à dessin virtuelle, basée sur un paradigme de feuilles d'interaction, composant des périphériques d'entrée et des techniques d'interaction non-standard.Toutefois, la faisabilité technique d'une telle approche a rapidement été compromise de par la rigidité et le manque d'extensibilité des outils actuels pour le développement d'interfaces. C'est pourquoi nous proposons aussi dans cette thèse un nouveau modèle d'architecture logicielle plus flexible et dynamique, qui, une fois réalisé dans la boîte à outils MAGGLITE, nous a permis de faciliter et d'encourager le prototypage et la réalisation d'interactions avancées.

This work is a contribution to the modelling of an electrical arc in the low voltagebreaking devices: circuit breaker, contactor, switch and switch-disconnector. The 2Dmodelling of free burning argon made it possible to validate the numerical code and to studythe influence of the geometrical, physical and numerical parameters on the physical variablesof thermal plasma. According to this study, a 3D modelling in a stationary flow of anelectrical arc in the air with an intensity of 50 A is realized for each breaking devices. Theangle of the aperture of the contacts and the presence of the current feeds are considered. Twoparticular shapes are analyzed: a shape in "U" in the case of the circuit breaker and a shape in"5"' in the case of the contactor, the switch and the switch-disconnector. The results show theinfluence of an external magnetic field on the curve, the shape of the electric arc.; A partir d'une demarche progressive, ce travail est une contribution a la modelisationdes arcs electriques dans les appareils de coupure basse tension : Ie disjoncteur. Ie contacteur,1'interrupteur et Ie sectionneur. La modelisation 2D d'un arc libre dans 1'argon a permis devalider Ie code de calcul et d'etudier 1'influence des parametres geometriques, physiques etnumeriques sur les grandeurs caracteristiques du plasma thermique. A partir de cette etude,une modelisation 3D en regime stationnaire d'un arc de electrique dans Pair a 50 A estrealisee pour chaque dispositif de coupure. L'angle d'ouverture des contacts ainsi que lapresence des amenees de courant sont pris en consideration. Deux fbrmes particulieres sontanalysees : une forme en « U » dans Ie cas du disjoncteur et une forme en « S » dans Ie cas ducontacteur, de 1'interrupteur et du sectionneur. Les resultats mettent en exergue 1'influenced'un champ magnetique externe sur Ie galbe, la forme de 1'arc electrique.

Colloque sans acte à diffusion restreinte. nationale.; National audience; L'approche orientée-tâche au travail de modélisation 3D à partir d'images permet de se concentrer sur ce qui est utile à l'objectif donné. Développée dans l'outil Pyramide pour des applications de robotique téléopérée en milieu hostile, elle a procuré une bonne robustesse vis à vis de la qualité souvent médiocre des données fournies par les capteurs embarqués et une grande souplesse pour réagir face aux multiples imprévus des missions. Une évaluation de cet outil sur le jeu d'images test de l'Hôtel de Ville de Zurich a permis d'évaluer l'intérêt de cette approche en contexte architectural. Un modèle structuré et détaillé du bâtiment a pu être obtenu à partir de seulement quatre images, essentiellement en raison de la facilité d'intégrer des hypothèses de structuration avec cette approche.

A ship with a ferromagnetic hull, placed in the earth's magnetic field and under mechanical constraints, gets a magnetisation which creates a local anomaly of the field. The closed loop degaussing is a system that allows the ship to evaluate this magnetic anomaly at each moment and to compensate it. To perfect this technique, it's necessary to develop a tool which can predict the magnetisation of the hull. This magnetisation can be divided into two parts: the first is the induced magnetisation and the second the permanent one. Firstly, this work proposes a study of the different numerical methods to calculate the induced magnetisation (i.e. the reaction of the material in an external field). We were especially interested in boundary element methods which leads to distributions of charges or tangential dipoles on the hull. The second part deals with a method to evaluate the permanent magnetisation. This magnetisation depends on the magnetic history of the ship (hysteresis, magnetostriction...), so a deterministic calculus is not possible. Then, magnetic sensors are placed onboard the ship and allow to build a mathematical model for magnetization. We propose an original approach to solve this ill-posed inverse problem based upon a good knowledge of the magnetic behavior of the material. Once the model has been obtained, it's possible to calculate the field outboard. Our approach has been validated by measurements taken onboard a mock-up of a ship., Un navire à coque ferromagnétique, sous l'influence du champ magnétique terrestre et de contraintes mécaniques, s'aimante, créant ainsi une anomalie locale du champ. L'immunisation en boucle fermée est un système permettant au bâtiment d'auto-évaluer cette anomalie et de la compenser en temps réel. La mise au point de ce système nécessite le développement d'un outil capable de prédire l'aimantation de la coque à chaque instant. Cette aimantation se décompose en deux parties: d'une part l'aimantation induite et d'autre part l'aimantation permanente. La première partie de ce travail s'attache à présenter les méthodes numériques permettant de calculer l'aimantation induite, c'est-à-dire la réaction du matériau plongé dans un champ inducteur. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à des méthodes intégrales conduisant à des répartitions de charges et de dipôles tangentiels localisées sur la coque. La deuxième partie propose une méthode pour déterminer l'aimantation permanente. Cette aimantation dépendant de l'histoire magnétique du bâtiment (hystérésis, magnétostriction...), un calcul déterministe n'est pas envisageable. Il est alors nécessaire de faire intervenir des mesures de champ magnétique effectuées à l'intérieur de la coque pour l'évaluer. Le présent travail propose une approche originale pour résoudre ce problème inverse. Celui-ci étant mal posé, nous proposons un critère de choix de la solution basé, non pas sur une approche mathématique, mais sur la connaissance physique des phénomènes mis en jeu. Une fois un modèle d'aimantation obtenu, il est alors possible de calculer le champ à l'extérieur du bâtiment. Tous nos résultats ont été validés sur une maquette représentative d'un navire réel.

This thesis deals with natural environment modelling and autonomous mobile robot localisation. The environment, unknown or partially known, is incrementally perceived by the robot with a 3D sensor (laser range finder or stereovision). Application of this work are intervention mobile robotics and planetary exploration. A first part specifies the properties that the environment model should possess and provides a critical analysis of the different representations studied in the litterature. The proposed approach is then introduced. It is based on a decomposition of the environment in two entities: the ground and the objects. The second part deals with the modelling of a perception. It explains how the robot segments the ground and the objects from 3D images and illustrates this process with numerous examples using data coming from different sensors and scenes. A geometrical model is computed independently for each object and topological relations (characterizing their layout) are established between them. Specific objects, called landmarks, are selected on the basis of precision and distinction criteria. The robot computes a feature for each one (the top) and its precision according the landmark shape and resolution. The third and last part deals with incremental modelling of the whole environment. After each perception, the robot recognizes the landmarks or a specific configuration of landmarks in the model. Using the matchings, it estimates both its own position and precision and the landmark's. The localisation and map building processes are achieved with an Extended Kalman Filter. Correlations between robot and objects are kept in order to maintain the consistency of the global map. Several experiments of incremental modelling are presented and analysed methodically. Robot and landmark positions as estimated by the system are compared with reference values, and the validity of the localisation and the built map are shown.; Cette thèse porte sur la modélisation d'environnements naturels et la localisation d'un robot mobile autonome. L'environnement, inconnu ou partiellement connu au départ, est perçu incrémentalement par le robot au moyen d'un capteur 3D (télémètre laser ou vision stéréoscopique). Les domaines d'application de ce travail se situent dans le cadre de la robotique mobile d'intervention et de l'exploration planétaire. Une première partie établit sous la forme d'un cahier des charges les caractéristiques que doit présenter le modèle de l'environnement et fait une analyse critique des différentes représentations étudiées dans la littérature. L'approche proposée est alors introduite et se base sur une décomposition de l'environnement en deux entités élémentaires: le sol et les objets. La deuxième partie porte sur la modélisation d'une perception. Elle précise comment le robot segmente le sol et les objets à partir des images 3D et l'illustre par de nombreux exemples sur des données issues de scènes et de capteurs différents. Un modèle géométrique est calculé indépendamment pour chacun des objets et des relations topologiques (caractérisant leurs dispositions relatives) sont établies entre eux. Des objets particuliers, appelés amers, sont sélectionnés sur la base de critères de précision et de distinction. Le robot identifie pour chacun d'eux leur sommet qui est une caractéristique reconnaissable et en calcule la position et l'incertitude en fonction de la forme de l'amer et de la résolution du capteur. La troisième et dernière partie traite de la modélisation incrémentale de l'ensemble de l'environnement. Après chaque perception, le robot cherche à reconnaître les amers ou une configuration d'amers dans le modèle. Les appariements trouvés lui permettent de réestimer à la fois sa position et son incertitude ainsi que celles des amers. Cette opération de localisation et de construction de la carte des amers est réalisée à l'aide du filtre de Kalman étendu. Le maintien des liens de corrélation entre les amers et le robot permet de conserver la cohérence globale de la carte. Plusieurs expérimentations de modélisation incrémentale sont présentées et analysées méthodiquement. Les positions estimées du robot et celles des amers sont comparées à des valeurs de reférences, notamment obtenues grâce à un théodolite laser, et permettent de conclure sur la validité des localisations et de la carte construite.

La présente recherche concerne l’étude d’un site situé dans le nord-est de la France dont le régime hydrogéologique est perturbé par la présence des galeries d’une ancienne mine de fer. Ce site a fait l’objet d’une modélisation hydrodynamique en trois dimensions. Quatre couches représentant le système aquifère et les formations imperméables sont numérisées; le réseau de galeries est représenté de manière explicite dans la couche ferrifère au moyen d’une option du code MARTHE qui intègre la géométrie des galeries. Après un calage sur près de six ans se basant sur deux critères, l’évolution de la charge hydraulique, en un point, et les volumes débordés par la mine, en un autre point, la simulation a permis de vérifier le caractère prédictif du modèle, au moins en un point. De plus, l’analyse de sensibilité prouve une certaine robustesse du modèle. Malgré un certain manque de données, l’étude montre qu’une modélisation en trois dimensions est envisageable., The present study deals with the specific hydrogeology of an old iron mining sector in north-eastern France. We modelled flows in three dimensions, particularly disturbed by the presence of old mine galleries. Four layers, representing the aquifer system and impermeable formations, were digitalized; the network of galleries was implemented in the iron-bearing formation by using an option of the code MARTHE, which takes into account the geometry of the network of galleries. After a history matching based on two criteria - the hydraulic head at a point of the network of galleries and the overflowed volumes over about six years at another point - a simulation over six years correctly forecasts the changes in hydraulic head evolution at one point. Furthermore, sensitivity analyses demonstrate that the model is rather robust. Even though the amount of available data is low, our study shows that a three dimensional modelling is not impossible to achieve.

The geotechnical study of a building project is a decisive step for the construction of it. The geotechnical engineer must define the mechanical behavior of soils from a limited number of drills. The problem of the geotechnical surveys is, on the one hand that difficult to extend a punctual data in the near space to the drills,and on the other hand to estimate the lateral variability of materials. In this context, this thesis develops an innovative approach by combination of geophysical methods to quantify the spatial variability of geoelectrical structures. In asecond time, against the known limits of the 3D modeling of soil geoelectrical structures, we have developed an innovative process of 3D modeling of the physical properties of soil by geophysical methods combination. These works allow characterizing the parameters who governing the positioning and the number of necessary primary data.Finally, an innovative measuring device of Kinematic Electrical Resistivity Tomography (KERT) has been developed. The validation of the device on three different site has allowed to highlight its ability to detect the soil geoelectrical structures within a linear of hundreds meters. This device is a valuable tool for studying soil geoelectrical structures in the context of high yield geophysical prospection., Dans le cadre d’un projet d’aménagement, la reconnaissance du sous-sol est une étape prépondérante pour la construction d’un bâtiment. Le géotechnicien se doit de définir le comportement mécanique des sols à partir d’un nombre limité de sondages. La problématique soulevée par les prospections géotechniques est qu’il est difficile d’une part d’étendre une information ponctuelle dans l’environnement proche des sondages, et d’autre part d’estimer la variabilité latérale des matériaux. Dans cette optique, cette thèse développe une approche novatrice de combinaison de méthodes géophysiques aidant à la quantification de la variabilité spatiale des structures géoélectriques du sous-sol. Dans un second temps, au regard des limites rencontrées dans la modélisation 3D des structures géoélectriques du sous-sol, nous avons mis au point un processus innovant de modélisation 3D des propriétés physiques du sous-sol par combinaison de méthodes géophysiques. Les travaux menés ont permis de caractériser les paramètres régissant le positionnement et la quantité de données sources nécessaires.Enfin, un dispositif innovant de mesure de Tomographie de Résistivité Electrique en Cinématique (TREC) a été développé. La validation du dispositif sur trois sites différents a permis de mettre en évidence sa capacité à détecter les structures géoélectriques des sols sur un linéaire de plusieurs centaines de mètres. Ce dispositif constitue un outil précieux pour l’étude des structures géoélectriques du sous-sol dans le cadre de prospections géophysiques à grand rendement.