Search

This PhD thesis proposes to contribute to the characterization of long-term variations in irradiance, in a context of financial risk analysis of large solar photovoltaic power plants. The use of statistical indicators (e.g. P90) and the hypothesis of temporal stationarity of the irradiance has been questioned. This led to a fine characterization of the long-term variations of the irradiance thanks to a time-frequency decomposition tool developed during this thesis. We distinguished three classes of variability: intra-annual variability, annual to decadal variability, and multi-decadal variability. For the first class, the use of four years of historical data is sufficient to correctly take into account all the variations in irradiance. For the second class, the use of 30 years of historical data is recommended. For multi-decadal variability, the use of more than 30 years of data is encouraged. The three classes of variability have been analyzed for various types of databases: long-term measurements from the GEBA network, CLARA-A2 satellite data, MERRA-2 re-analysis data, and data from the IPSL-CM6A-LR climate model. A great diversity of variability structures according to the database considered was observed.; Cette thèse se propose de contribuer à la caractérisation des variations de long terme de l’éclairement, dans un contexte d’analyse de risque financier de grandes centrales solaires photovoltaïques. L’utilisation d’indicateurs statistiques (e.g. P90) et de l’hypothèse de stationnarité temporelle de l’éclairement a été questionnée. Cela a mené à une caractérisation fine des variations de long terme de l’éclairement grâce à un outil de décomposition temps-fréquence développé au cours de cette thèse. Nous avons distingué trois classes de variabilité : la variabilité intra-annuelle, la variabilité annuelle à décennale, et la variabilité multi-décennale. Pour la première classe, l’utilisation de quatre ans de données historiques est suffisante pour prendre en compte de manière correcte l’ensemble des variations de l’éclairement. Pour la seconde classe, l’utilisation de 30 années de données historiques est recommandée. Pour la variabilité multi-décennale, l’utilisation de plus de 30 années de données est préconisée. Les trois classes de variabilité ont été analysées pour des bases de données de natures diverses : mesures de long terme du réseau GEBA, données satellitales CLARA-A2, données de ré-analyse MERRA-2, et données issues du modèle climatique IPSL-CM6A-LR. Une grande diversité des structures de variabilité en fonction de la base de données considérée a été observée.

This PhD thesis proposes to contribute to the characterization of long-term variations in irradiance, in a context of financial risk analysis of large solar photovoltaic power plants. The use of statistical indicators (e.g. P90) and the hypothesis of temporal stationarity of the irradiance has been questioned. This led to a fine characterization of the long-term variations of the irradiance thanks to a time-frequency decomposition tool developed during this thesis. We distinguished three classes of variability: intra-annual variability, annual to decadal variability, and multi-decadal variability. For the first class, the use of four years of historical data is sufficient to correctly take into account all the variations in irradiance. For the second class, the use of 30 years of historical data is recommended. For multi-decadal variability, the use of more than 30 years of data is encouraged. The three classes of variability have been analyzed for various types of databases: long-term measurements from the GEBA network, CLARA-A2 satellite data, MERRA-2 re-analysis data, and data from the IPSL-CM6A-LR climate model. A great diversity of variability structures according to the database considered was observed.; Cette thèse se propose de contribuer à la caractérisation des variations de long terme de l’éclairement, dans un contexte d’analyse de risque financier de grandes centrales solaires photovoltaïques. L’utilisation d’indicateurs statistiques (e.g. P90) et de l’hypothèse de stationnarité temporelle de l’éclairement a été questionnée. Cela a mené à une caractérisation fine des variations de long terme de l’éclairement grâce à un outil de décomposition temps-fréquence développé au cours de cette thèse. Nous avons distingué trois classes de variabilité : la variabilité intra-annuelle, la variabilité annuelle à décennale, et la variabilité multi-décennale. Pour la première classe, l’utilisation de quatre ans de données historiques est suffisante pour prendre en compte de manière correcte l’ensemble des variations de l’éclairement. Pour la seconde classe, l’utilisation de 30 années de données historiques est recommandée. Pour la variabilité multi-décennale, l’utilisation de plus de 30 années de données est préconisée. Les trois classes de variabilité ont été analysées pour des bases de données de natures diverses : mesures de long terme du réseau GEBA, données satellitales CLARA-A2, données de ré-analyse MERRA-2, et données issues du modèle climatique IPSL-CM6A-LR. Une grande diversité des structures de variabilité en fonction de la base de données considérée a été observée.

Bivariate signals appear in a broad range of applications (optics, seismology, oceanography, EEG, etc.) where the joint analysis of two real-valued signals is required. Simple bivariate signals take the form of an ellipse, whose properties (size, shape, orientation) may evolve with time. This geometric feature of bivariate signals has a natural physical interpretation called polarization. This notion is fundamental to the analysis and understanding of bivariate signals. However, existing approaches do not provide straightforward descriptions of bivariate signals or filtering operations in terms of polarization or ellipse properties. To this purpose, this thesis introduces a new and generic approach for the analysis and filtering of bivariate signals. It essentially relies on two key ingredients: (i) the natural embedding of bivariate signals -- viewed as complex-valued signals -- into the set of quaternions H and (ii) the definition of a dedicated quaternion Fourier transform to enable a meaningful spectral representation of bivariate signals. The proposed approach features the definition of standard signal processing quantities such as spectral densities, linear time-invariant filters or spectrograms that are directly interpretable in terms of polarization attributes. More importantly, the framework does not sacrifice any mathematical guarantee and the newly introduced tools admit computationally fast implementations. Numerical experiments support throughout our theoretical developments. We also demonstrate the potential of the approach for the nonparametric characterization of the polarization of gravitational waves.; Les signaux bivariés apparaissent dans de nombreuses applications (optique, sismologie, océanographie, EEG, etc.) dès lors que l'analyse jointe de deux signaux réels est nécessaire. Les signaux bivariés simples ont une interprétation naturelle sous la forme d'une ellipse dont les propriétés (taille, forme, orientation) peuvent évoluer dans le temps. Cette propriété géométrique correspondant à la notion de polarisation en physique est fondamentale pour la compréhension et l'analyse des signaux bivariés. Les approches existantes n'apportent cependant pas de description directe des signaux bivariés ou des opérations de filtrage en termes de polarisation. Cette thèse répond à cette limitation par l'introduction d'une nouvelle approche générique pour l'analyse et le filtrage des signaux bivariés. Celle-ci repose sur deux ingrédients essentiels : (i) le plongement naturel des signaux bivariés -- vus comme signaux à valeurs complexes -- dans le corps des quaternions H et (ii) la définition d'une transformée de Fourier quaternionique associée pour une représentation spectrale interprétable de ces signaux. L'approche proposée permet de définir les outils de traitement de signal usuels tels que la notion de densité spectrale, de filtrage linéaire ou encore de spectrogramme ayant une interprétation directe en termes d'attributs de polarisation. Nous montrons la validité de l'approche grâce à des garanties mathématiques et une implémentation numériquement efficace des outils proposés. Diverses expériences numériques illustrent l'approche. En particulier, nous démontrons son potentiel pour la caractérisation de la polarisation des ondes gravitationnelles.

Bivariate signals appear in a broad range of applications (optics, seismology, oceanography, EEG, etc.) where the joint analysis of two real-valued signals is required. Simple bivariate signals take the form of an ellipse, whose properties (size, shape, orientation) may evolve with time. This geometric feature of bivariate signals has a natural physical interpretation called polarization. This notion is fundamental to the analysis and understanding of bivariate signals. However, existing approaches do not provide straightforward descriptions of bivariate signals or filtering operations in terms of polarization or ellipse properties. To this purpose, this thesis introduces a new and generic approach for the analysis and filtering of bivariate signals. It essentially relies on two key ingredients: (i) the natural embedding of bivariate signals -- viewed as complex-valued signals -- into the set of quaternions H and (ii) the definition of a dedicated quaternion Fourier transform to enable a meaningful spectral representation of bivariate signals. The proposed approach features the definition of standard signal processing quantities such as spectral densities, linear time-invariant filters or spectrograms that are directly interpretable in terms of polarization attributes. More importantly, the framework does not sacrifice any mathematical guarantee and the newly introduced tools admit computationally fast implementations. Numerical experiments support throughout our theoretical developments. We also demonstrate the potential of the approach for the nonparametric characterization of the polarization of gravitational waves.; Les signaux bivariés apparaissent dans de nombreuses applications (optique, sismologie, océanographie, EEG, etc.) dès lors que l'analyse jointe de deux signaux réels est nécessaire. Les signaux bivariés simples ont une interprétation naturelle sous la forme d'une ellipse dont les propriétés (taille, forme, orientation) peuvent évoluer dans le temps. Cette propriété géométrique correspondant à la notion de polarisation en physique est fondamentale pour la compréhension et l'analyse des signaux bivariés. Les approches existantes n'apportent cependant pas de description directe des signaux bivariés ou des opérations de filtrage en termes de polarisation. Cette thèse répond à cette limitation par l'introduction d'une nouvelle approche générique pour l'analyse et le filtrage des signaux bivariés. Celle-ci repose sur deux ingrédients essentiels : (i) le plongement naturel des signaux bivariés -- vus comme signaux à valeurs complexes -- dans le corps des quaternions H et (ii) la définition d'une transformée de Fourier quaternionique associée pour une représentation spectrale interprétable de ces signaux. L'approche proposée permet de définir les outils de traitement de signal usuels tels que la notion de densité spectrale, de filtrage linéaire ou encore de spectrogramme ayant une interprétation directe en termes d'attributs de polarisation. Nous montrons la validité de l'approche grâce à des garanties mathématiques et une implémentation numériquement efficace des outils proposés. Diverses expériences numériques illustrent l'approche. En particulier, nous démontrons son potentiel pour la caractérisation de la polarisation des ondes gravitationnelles.

The center of focus for this PhD thesis is the intrinsic temporal variability of the surface solar irradiance (SSI). The characteristic time-scales of variability are revealed by analysing long-term time-series of daily means of SSI, such as ground measurements, satellite estimates, or radiation products from global atmospheric re-analyses, for different geographical locations around the world.To account for the wide range of the time-scales of variability, and given the non-linear and non-stationary nature of the data, the adaptive, data-driven Hilbert-Huang Transform is employed as an analysis tool. The time-varying nature of the characteristic time-scales of variability, along with variations in intensity, are thus revealed.An adaptive fractional re-sampling technique is used to discriminate between the deterministic and the stochastic variability constituents. For all datasets, the deterministic yearly cycle is found to account for the largest part of variability. Furthermore, all time-series are found to contain a high-frequency stochastic variability component, that exhibit cross-scale amplitude modulation by the yearly cycle.A refinement to existing methods for assessing the fitness for use of surrogate SSI products in lieu of ground measurements is also proposed. A case study confirms that satellite estimates outperform re-analyses across all time-scales.; Cette thèse traite de la variabilité temporelle intrinsèque de l'éclairement solaire reçu au sol. Les échelles caractéristiques de variabilité sont mises en évidence par l'analyse de longues séries temporelles de moyennes journalières de l'éclairement, pour différents endroits du monde, issues de mesures pyranométriques au sol, d'estimations satellitaires ou de réanalyses météorologiques .Compte-tenu de la nature non linéaire et non stationnaire des données, la transformée adaptative de Hilbert-Huang est utilisée comme outil d'analyse pour tenir compte de la diversité de ces échelles temporelles. On montre ainsi la nature variable des échelles caractéristiques et de leur intensité, ainsi que leur dépendance vis-à-vis du climat.L'application d'une technique adaptative de ré-échantillonnage fractionnaire montre la juxtaposition d'une composante déterministe et d'une stochastique. Pour tous les jeux de données, le cycle annuel déterministe représente la plus grande partie de la variabilité. Toutes les séries temporelle contiennent une composante de variabilité stochastique à haute fréquence, qui est modulée en amplitude par le cycle annuel.L'approche permet également d'évaluer, échelle par échelle, les performances des estimations satellitaires ou issues de ré-analyses par comparaison avec des mesures pyranométriques au sol. Une étude de cas confirme que les estimations satellitaires surpassent les ré-analyses à toutes les échelles temporelles.

A variety of audio signal processing techniques act on a Time-Frequency (TF) representation of the data. When the result of those algorithms is a magnitude spectrum, it is necessary to reconstruct the corresponding phase field in order to resynthesize time-domain signals. For instance, in the source separation framework the spectrograms of the individual sources are estimated from the mixture ; the widely used Wiener filtering technique then provides satisfactory results, but its performance decreases when the sources overlap in the TF domain. This thesis addresses the problem of phase reconstruction in the TF domain for audio source separation. From a preliminary study we highlight the need for novel phase recovery methods. We therefore introduce new phase reconstruction techniques that are based on music signal modeling : our approach consists inexploiting phase information that originates from signal models such as mixtures of sinusoids. Taking those constraints into account enables us to preserve desirable properties such as temporal continuity or transient precision. We integrate these into several mixture models where the mixture phase is exploited ; the magnitudes of the sources are either assumed to be known, or jointly estimated in a complex nonnegative matrix factorization framework. Finally we design a phase-dependent probabilistic mixture model that accounts for model-based phase priors. Those methods are tested on a variety of realistic music signals. They compare favorably or outperform traditional source separation techniques in terms of signal reconstruction quality and computational cost. In particular, we observe a decrease in interferences between the estimated sources and a reduction of artifacts in the low-frequency components, which confirms the benefit of signal model-based phase reconstruction methods., De nombreux traitements appliqués aux signaux audio travaillent sur une représentation Temps-Fréquence (TF) des données. Lorsque le résultat de ces algorithmes est un champ spectral d’amplitude, la question se pose, pour reconstituer un signal temporel, d’estimer le champ de phase correspondant. C’est par exemple le cas dans les applications de séparation de sources, qui estiment les spectrogrammes des sources individuelles à partir du mélange ; la méthode dite de filtrage de Wiener, largement utilisée en pratique, fournit des résultats satisfaisants mais est mise en défaut lorsque les sources se recouvrent dans le plan TF. Cette thèse aborde le problème de la reconstruction de phase de signaux dans le domaine TF appliquée à la séparation de sources audio. Une étude préliminaire révèle la nécessité de mettre au point de nouvelles techniques de reconstruction de phase pour améliorer la qualité de la séparation de sources. Nous proposons de baser celles-ci sur des modèles de signaux. Notre approche consiste à exploiter des informations issues de modèles sous-jacents aux données comme les mélanges de sinusoïdes. La prise en compte de ces informations permet de préserver certaines propriétés intéressantes, comme la continuité temporelle ou la précision des attaques. Nous intégrons ces contraintes dans des modèles de mélanges pour la séparation de sources, où la phase du mélange est exploitée. Les amplitudes des sources pourront être supposées connues, ou bien estimées conjointement dans un modèle inspiré de la factorisation en matrices non-négatives complexe. Enfin, un modèle probabiliste de sources à phase non-uniforme est mis au point. Il permet d’exploiter les à priori provenant de la modélisation de signaux et de tenir compte d’une incertitude sur ceux-ci. Ces méthodes sont testées sur de nombreuses bases de données de signaux de musique réalistes. Leurs performances, en termes de qualité des signaux estimés et de temps de calcul, sont supérieures à celles des méthodes traditionnelles. En particulier, nous observons une diminution des interférences entre sources estimées, et une réduction des artéfacts dans les basses fréquences, ce qui confirme l’intérêt des modèles de signaux pour la reconstruction de phase.

In this PHD, we investigate experimental signals recorded from belt drives with a diagnosis aim of belt tension. Our research works present an exhaustive and thematic bibliography on theory and experimentation in belt drive to complete our insufficient knowledges in mechanical domain. We choosed a theoritical approach nearest real conditions of our belt drives bench. We included time fluctuaction in drive shaft speed and blet changes. Unfortunately, we could not resolve motion equations because existence of numerical limits. All conclusions will be used to understand and interprate experimental results after our signal processing numerical procedures. Our tools panel of numerical process comes from a comparative analysis extracted in several scientific documents and differents algorithms. They dedicate to surveillance, diagnosis and pronostic oriented toward bear and gear defaults. A adaptation in our belt case is necessary with variables parameters (tension, load and/or speed) affecting our case. In our automatic approach, we study several faults in analysis domains : modal, traditionnal (time, frequency, spectrum), synchronous, time-frequency and « cyclostationary » . In this last domain, we extract both comopnent (discret and random), after an previous resmapling operation applying to raw collected signal. Each falut type has a specific signature to discriminate with pertinent condition indications (time, frequency and spectrum domains). All results are discussed at the end of this PHD document. Our developped methods and algorithms are a contribution to process belt drives problems, from exprerimental signals recording with acceleromertes, constraint gauges and optical coders, Dans cette thèse, nous nous proposons d’investiguer les signaux expérimentaux provenant des transmissions par courroie, afin d’envisager par exemple le diagnostic de la tension. N’étant pas issu du domaine de la Mécanique, nous présentons donc une bibliographie exhaustive et thématique sur la théorie et l’expérimentation dans les systèmes transmissions par courroie. Le résumé de ce travail a permis de choisir une approche de modélisation mécanique correspondant au mieux aux conditions réelles de fonctionnement de notre système. Elle inclut les variations temporelles dans la vitesse de rotation du moteur qui entraîne la transmission entière et des changements dans la tension de la courroie. Malheureusement, nous n’avons pas réussi à implémenter numériquement les équations de simulation. Néanmoins, les conclusions que nous en tirons nous aident par la suite à mieux comprendre et interpréter les résultats expérimentaux obtenus, après application de l’ensemble des procédures de Traitement du signal. Notre panoplie d’outils de traitements numériques est tirée d’une longue analyse comparative des différents algorithmes de Traitement du Signal existants, dédiés à la surveillance, au diagnostic et au pronostic des défaillances observées sur les roulements et les engrenages. Nous les avons réadaptés pour convenir à l'étude des paramètres variables (tension, charge et/ou vitesse) qui peuvent apparaître dans les transmissions par courroie. Le principal intérêt de notre travail est le développement d’une procédure automatisée et efficace, permettant un suivi fiable des défaillances, dans les domaines d’analyses : modale, traditionnelle (temporelle, fréquentielle, spectrale), synchrone, temps-fréquence et surtout « cyclostationnaire » . Dans ce dernier domaine, avec des méthodes d’extraction de sources à partir d’un signal préalablement rééchantillonné, nous étudions spécifiquement les composantes périodique et aléatoire. Chaque type de défaut (variations au niveau de la tension, la charge et/ou la vitesse) a une signature que nous cherchons à distinguer avec des indicateurs de condition(temporels, fréquentiels et spectraux). Nous essayons de comparer les résultats expérimentaux à la théorie sur les transmissions par courroie. Grâce aux méthodes et algorithmes développés dans ce travail de thèse, nous apportons une contribution permettant de traiter un certain nombre de problèmes inhérents aux transmissions par courroies, à partir de leurs signaux expérimentaux acquis sur des accéléromètres, des jauges de contraintes et des codeurs optiques

The oceans experience heavy anthropogenic pressure due to overfishing, physico-chemical pollution, and noise radiated by industrial and military activities. This work focuses on the use of passive acoustic monitoring of the oceans, as a tool to understand the impact of radiated noise on marine ecosystems, and particularly on marine mammals. This work tackles the task of detection of acoustical signals of marine mammals using the spectrogram. This task is uneasy for two reasons : 1. the ocean noise structure is complex (non-stationary and colored) and 2. the signals of interest are unknown and also shows a complex structure (non-stationary narrow band and/or impulsive). The problem therefore must be solved locally without making a priori hypothesis on the signal. Statistical detectors only based on the local analysis of the noise spectrogram coefficients are available, making them suitable for this problem. However, these detectors suffer two disadvantages : 1. the trade-offs false alarm probability/ detection probability that are available for low signal tonoise ratio are not satisfactory and 2. the separation between narrow-band and impulsive signals is not possible. This work brings some answers to these problems.The main contribution of this work is to formulate a binary hypothesis test taking explicitly in account the spatial organization of time-frequency peaks. We introduce the False Alarm Density Analysis (FADA) framework that efficiently discriminates time-frequency regions hosting signal from the ones hosting noise only. In particular the number of false alarms in regions of the binary spectrogram is first modeled by a binomial distribution, and then by a correlated binomial distribution to take in account the spectrogram redundancy. The binary hypothesis test is solved using a Neyman-Pearson criterion.We demonstrate the relevance of this approach on simulated data and validate the FADA detector on a wide variety of real signals. In particular we show the capability of the proposed method to efficiently detect signals in highly impulsive environment., Les océans subissent des pressions d'origine anthropique particulièrement fortes comme la surpêche, la pollution physico-chimique, et le bruit rayonné par les activités industrielles et militaires. Cette thèse se place dans un contexte de compréhension de l'impact du bruit rayonné dans les océans sur les mammifères marins. L'acoustique passive joue donc un rôle fondamental dans ce problème. Ce travail aborde la tâche de détection de signatures acoustiques de mammifères marins dans le spectrogramme. Cette tâche est difficile pour deux raisons : 1. le bruit océanique a une structure complexe (non-stationnaire, coloré), 2. les signaux de mammifères marins sont inconnus et possèdent eux aussi une structure complexe (non-stationnaires bande étroite et/ou impulsionnels). Le problème doit donc être résolu de manière locale en temps-fréquence, et ne pas faire d'hypothèse a priori sur le signal. Des détecteurs statistiques basés uniquement sur la connaissance des statistiques du bruit dans le spectrogramme existent, mais souffrent deux lacunes : 1. leurs performances en terme de probabilité de fausse alarme/ probabilité de détection se dégradent fortement à faible rapport signal à bruit, et 2. ils ne sont pas capables de séparer les signaux à bande étroite des signaux impulsionnels. Ce travail apporte des pistes de réflexion sur ces problèmes.L'originalité de ce travail de thèse repose dans la formulation d'un test d'hypothèse binaire prenant explicitement en compte l'organisation spatiale des pics temps-fréquence. Nous introduisons une méthode d'Analyse de la Densité des Fausses Alarmes (FADA) qui permet de discriminer les régions temps-fréquence abritant le signal de celles n'abritant que du bruit. Plus précisément,le nombre de fausses alarmes dans une région du plan est d'abord modélisé par une loi binomiale, puis par une loi binomiale corrélée, afin de prendre en considération la redondance du spectrogramme. Le test d'hypothèse binaire est résolu par une approche de Neyman-Pearson. Nous démontrons numériquement la pertinence de cette approche et nous la validons sur données réelles de mammifères marins disposant d'une grande variété de signaux et de conditions de bruit. En particulier, nous illustrons la capacité de FADA à discriminer efficacement le signal du bruit en milieu fortement impulsionnel.

Parkinson’s disease (PD) is the most frequent neurodegenerative disorder after Alzheimer’s disease. It is characterized by degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra pars compacta, causing a progressive loss of dopamine neurotransmission within the basal ganglia. Apart from motor symptoms, PD patients have cognitive disorders. Namely, focused attention is impaired and PD patients fail to select task-relevant information, leading sometimes to mild cognitive impairment (MCI). The origin of this impairment is still debated: PD-related selective attention deficit may be due either to a failure of goal-directed or stimulus-driven attention. Sensory gating helps the individuals to selectively allocate their attentional resources to salient stimuli and to inhibit irrelevant information. One of the physiological marker of this process is referred to as prepulse inhibition (PPI). It corresponds to the attenuation of the motor and cortical responses to a startling stimulus (pulse) when a non-startling stimulus (the prepulse) precedes the pulse by few milliseconds. PPI can be modulated by attention, its magnitude being greater after a to-be attended prepulse. Moreover, PPI is mediated by basal ganglia.The main aim of this work was to better identify the mechanisms involved in selective attention deficits in PD. We used an active PPI paradigm and recorded the cortical response to the pulse. We assumed that PD patients would exhibit a lower inhibition of the cortical response than healthy controls. If attention deficits in PD are related to an impairment of goal-directed attention, PD patients would exhibit lower inhibition after a to-be attended prepulse than in the other conditions. At the opposite, if it is due to a failure of stimulus-driven attention, inhibition would be lower after a prepulse which involuntarily captures attention than in the other conditions.In order to reach this objective, we have first developed and validated a new active PPI paradigm in order to investigate the role of goal-directed and stimulus-driven attention on sensory-cognitive gating. To this end, high resolution electroencephalogram was recorded in 26 young healthy subjects. They performed a selective attention task combined with an active PPI paradigm and the auditory-evoked and induced cortical response to the pulse was recorded. Then, the same procedure was administered in 16 elderly healthy subjects, 16 PD patients without MCI and 16 PD patients with MCI. In young healthy subjects, we found that stimulus-driven and goal-directed attention each had specific effects on the inhibition of the evoked and induced response to the pulse. The investigation of age-related changes on sensory gating revealed that the induced cortical response was more sensitive for assessing age-related changes than the evoked response. Then, we chose this cortical marker to investigate sensory gating in PD. Our results showed that PD patients with MCI exhibit lower inhibition of induced cortical response to the pulse than healthy controls. This finding confirms previous results showing a high distractibility in these patients. Moreover, PD patients exhibit impaired theta synchronization when focused attention was engaged.; La maladie de Parkinson (MP) est la deuxième affection neurodégénérative la plus fréquente après la maladie d’Alzheimer. Elle se caractérise par un dysfonctionnement du système des ganglions de la base, en rapport avec une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire compacte. A côté des symptômes moteurs, la MP s’accompagne de troubles cognitifs, en particulier une altération des capacités de sélectivité attentionnelle. Ce déficit attentionnel se traduit par des difficultés à sélectionner les informations pertinentes pour la conduite en cours et peut entraîner des troubles cognitifs légers. L’origine des troubles attentionnels reste imprécise : on ignore s'ils résultent d’une défaillance des mécanismes volontaires d’orientation de l’attention ou d'une perturbation des processus automatiques de capture attentionnelle. Le filtrage sensoriel permet de focaliser notre attention grâce à une sélection des informations pertinentes pour l’action en cours et une inhibition des informations non pertinentes. Il peut être exploré en neurophysiologie par le paradigme d’inhibition par le prepulse (PPI). Ce dernier correspond à l’atténuation de la réponse motrice et corticale suite à la présentation d’un stimulus sursautant (pulse) lorsque celui-ci est précédé de quelques millisecondes d’un stimulus non sursautant (prepulse). Le PPI est influencé par l’attention, son amplitude étant majorée lorsque l’attention est portée volontairement sur le prepulse. L’objectif général était donc de mieux identifier la nature des troubles de la sélectivité attentionnelle dans la MP par un paradigme actif de PPI au cours duquel la réponse corticale au pulse est enregistrée. Nous faisions l’hypothèse que les parkinsoniens présenteraient une inhibition plus faible que les témoins sains. En cas de défaillance de mobilisation volontaire des ressources attentionnelles, l'inhibition de la réponse corticale au pulse devrait être moins importante lorsque les ressources attentionnelles allouées au traitement du prepulse mettent en jeu la mobilisation volontaire de l’attention. A l’inverse, en cas de défaut de capture attentionnelle, l’inhibition de la réponse serait moins importante lorsque le traitement du prepulse implique les processus automatiques de capture.Pour répondre à cet objectif, nous avons dans un premier temps développé et validé un paradigme actif de PPI au cours duquel l’effet de la mobilisation volontaire de l’attention et de la capture attentionnelle sur le processus de filtrage sensoriel a été évalué. Pour ce faire, 26 témoins sains jeunes ont bénéficié d’un électroencéphalogramme à haute résolution tout en réalisant une tâche attentionnelle sur laquelle a été greffé un paradigme actif de PPI. Nous avons recueilli la réponse corticale évoquée et induite par la présentation du pulse. 16 témoins sains âgés, 16 patients parkinsoniens sans trouble cognitif et 16 patients avec troubles cognitifs légers ont bénéficié du même enregistrement au cours de la même tâche attentionnelle. Chez les témoins sains jeunes, nous avons montré que les processus de mobilisation volontaire de l’attention et de capture attentionnelle modulaient de façon différentielle la réponse évoquée et induite par la présentation du pulse. Au cours du vieillissement, nous avons observé une meilleure sensibilité de la réponse corticale induite, ce qui nous a conduit à choisir ce marqueur cortical pour évaluer le filtrage sensoriel dans la MP. Nos résultats montrent une réduction de l’inhibition de la réponse induite chez les parkinsoniens avec troubles cognitifs légers, confirmant la distractibilité. La MP s’accompagne aussi d’une altération dans la génération des oscillations corticales dans la bande de fréquence thêta quand la focalisation de l’attention est engagée.

This paper focuses on spatially regularized overcomplete dictionary decompositions for EEG signals. We compare different combinations of parcimonious and spatial regularizations leading the decomposition to solutions physiologically plausible. The constructed multichannel EEG-oriented model is formalized in a convex framework and the non-differentiable decomposition problem is solved using a proximal iterative approach. The behaviors of the introduced priors for the denoising of EEG signal are assessed both on synthetic and real EEG data where our approach is considered for P300 single trial classification., Ce papier considère la décomposition parcimonieuse de signaux EEG sur un dictionnaire sur-complet temps fréquence.Nous comparons ici différentes combinaisons de régularisations parcimonieuses et spatiales guidant la décompositionvers des solutions plausibles physiologiquement. Notre approche est formalisée dans un problème d’optimisation convexenon-différentiable résolu grâce à une méthode proximale. L’efficacité de ces régularisations pour le débruitage de signaux EEGest testée à la fois sur des données artificielles et sur des données réelles, où notre approche est utilisée pour l’identification depotentiels évoqués P300.

This thesis in the field of biomedical signal processing, applied to the heart sounds, aims to develop an automated and intelligent module, allowing medical doctors to have an additional source of information than the traditional stethoscope. A first step in the analysis of heart sounds is the segmentation process. The heart sounds segmentation process segments the PCG (PhonoCardioGram) signal into four parts: S1 (first heart sound), systole, S2 (second heart sound) and diastole. It can be considered one of the most important phases in the auto-analysis of PCG signals. The proposed segmentation module in this thesis can be divided into three main blocks: localization of heart sounds, boundaries detection of the localized heart sounds and classification block to distinguish between S1and S2. Several methods of heart sound localization exist in the literature. A comparative study between the most relevant methods is performed and two new localization methods of heart sounds are proposed in this study. Both of them are based on the S-transform, the first method uses Radial Basis Functions (RBF) neural network to extract the envelope of the heart sound signal after a feature extraction process that operates on the S-matrix. The second method named SSE calculates the Shannon Energy of the local spectrum calculated by the S-transform for each sample of the heart sound signal. The second block contains a novel approach for the boundaries detection of S1 and S2 (onset & ending). The energy concentrations of the S-transform of localized sounds are optimized by using a window width optimization algorithm. Then the SSE envelope is recalculated and a local adaptive threshold is applied to refine the estimated boundaries. For the classification block, most of the existing methods in the literature use the systole and diastole duration (systole regularity) as a criterion to discriminate between S1 and S2. These methods do not perform well for all types of heart sounds, especially in the presence of high heart rate or in the presence of arrhythmic pathologies. To deal with this problem, two feature extraction methods based on Singular Value Decomposition (SVD) technique are examined. The first method uses the S-Transform and the second method uses the Intrinsic Mode Functions (IMF) calculated by the Empirical Mode Decomposition (EMD) technique. The features are applied to a KNN classifier to estimate the performance of each feature extraction method. Nonlinear features are also tested in order to classify the normal and pathological heart sounds in the presence of systolic murmurs. Processing and recognition signal processing tools based on morphological, time-frequency and nonlinear signal features, were explored in this thesis in order to propose an auto-diagnosis module, robust against noise and applicable in clinical conditions.; Cette thèse dans le domaine du traitement des signaux non-stationnaires, appliqué aux bruits du cœur mesurés avec un stéthoscope numérique, vise à concevoir un outil automatisé et « intelligent », permettant aux médecins de disposer d’une source d’information supplémentaire à celle du stéthoscope traditionnel. Une première étape dans l’analyse des signaux du cœur, consiste à localiser le premier et le deuxième son cardiaque (S1 et S2) afin de le segmenter en quatre parties : S1, systole, S2 et diastole. Plusieurs méthodes de localisation des sons cardiaques existent déjà dans la littérature. Une étude comparative entre les méthodes les plus pertinentes est réalisée et deux nouvelles méthodes basées sur la transformation temps-fréquence de Stockwell sont proposées. La première méthode, nommée SRBF, utilise des descripteurs issus du domaine temps-fréquence comme vecteur d’entré au réseau de neurones RBF qui génère l’enveloppe d’amplitude du signal cardiaque, la deuxième méthode, nommée SSE, calcule l’énergie de Shannon du spectre local obtenu par la transformée en S. Ensuite, une phase de détection des extrémités (onset, ending) est nécessaire. Une méthode d’extraction des signaux S1 et S2, basée sur la transformée en S optimisée, est discutée et comparée avec les différentes approches qui existent dans la littérature. Concernant la classification des signaux cardiaques, les méthodes décrites dans la littérature pour classifier S1 et S2, se basent sur des critères temporels (durée de systole et diastole) qui ne seront plus valables dans plusieurs cas pathologiques comme par exemple la tachycardie sévère. Un nouveau descripteur issu du domaine temps-fréquence est évalué et validé pour discriminer S1 de S2. Ensuite, une nouvelle méthode de génération des attributs, basée sur la décomposition modale empirique (EMD) est proposée.Des descripteurs non-linéaires sont également testés, dans le but de classifier des sons cardiaques normaux et sons pathologiques en présence des souffles systoliques. Des outils de traitement et de reconnaissance des signaux non-stationnaires basés sur des caractéristiques morphologique, temps-fréquences et non linéaire du signal, ont été explorés au cours de ce projet de thèse afin de proposer un module d’aide au diagnostic, qui ne nécessite pas d’information à priori sur le sujet traité, robuste vis à vis du bruit et applicable dans des conditions cliniques.

This work has for main goal to study and set suitable techniques to deal with the two aspects of transient signals detection and localization in power distribution cable networks. Thus, the proposed methods are related to the problems issued from signal propagation in cables, the physical aspects being considered to set these methods. For detection aspect, we introduce the specific criteria of whole transients detection from the received signal. This is a very important point in so far as the signal measurement may be composed of the direct propagated pulse but also of reflections and other sort of transients. For analysis and localization, it is essential to detect all the transients, regardless of their energy. First, the well known methods of – spectrogram, wavelets and higher order statistics – are studied. These methods are shown to be suitable and robust in the context of electrical transitory signals, but they cannot easily detect low amplitude transients. The complex time distribution is then proposed as a concept able to detect transients via the signal phase derivation. We show that this technique succeeds in good detection results of whole transients thanks to the consideration of the instantaneous phase which is a very distinctive tool in so far as it is regardless of the amplitude. The localization step is based on the consideration of two major difficulties. The first one is the pulse propagation complexity and its physical modelling; the second one is the problematic and restricting need of measurements synchronization for multi-sensor on-line diagnostic. We propose a localization technique which measures the pulses distortion, issued from their propagation, in function of their propagation time. This low cost technique interest is proved by tests in simulated and real context.; Cette thèse a pour objectif principal d'étudier et de proposer des techniques adéquates aux problématiques de détection et de localisation des sources de signaux transitoires dans un réseau de câbles de transport d'énergie. Ainsi, les méthodes proposées tiennent compte de l'ensemble des problématiques liées à la propagation des signaux dans les câbles, les aspects physiques étant pris en compte lors de la mise en place de ces méthodes. Nous proposons pour la détection, d'introduire un critère spécifique de détection de l'ensemble des transitoires du signal reçu. Ce point est très important car un enregistrement peut contenir le transitoire propagé par le trajet direct mais également des réflexions ainsi que d'autre type de transitoires. Pour l'étape d'analyse et de localisation, il est donc très important de pouvoir détecter tous les transitoires, indépendamment de leur énergie. Nous étudions, dans un premier temps, les méthodes les plus connues – la détection à partir du spectrogramme, des ondelettes et des statistiques d'ordre supérieur. Nous prouvons la robustesse de ces méthodes dans le contexte des transitoires électriques mais également leur difficulté à détecter les transitoires de faible amplitude. Nous proposons ainsi l'utilisation du concept de distribution à temps complexe qui effectue la détection des transitoires via la dérivation de la phase du signal. Nous montrons que cette technique fournit de bonnes performances de détection de l'ensemble des transitoires, grâce à l'étude de la phase instantanée qui constitue un très bon élément pertinent en raison de son invariance par rapport à l'amplitude. La phase de localisation repose sur la prise en compte de deux difficultés majeures. La première étant la complexité de propagation d'une impulsion dans un câble et la modélisation physique de cette propagation, la seconde étant la nécessité contraignante d'acquisition synchrone pour un diagnostique on-line multi-capteur. Notre contribution consiste à proposer une technique de localisation qui quantifie la déformation relative subie par les transitoires propagés, en fonction de leur durée de propagation. L'intérêt de cette technique peu coûteuse est prouvé par des tests en configuration simulée ainsi que réelle.

This work has for main goal to study and set suitable techniques to deal with the two aspects of transient signals detection and localization in power distribution cable networks. Thus, the proposed methods are related to the problems issued from signal propagation in cables, the physical aspects being considered to set these methods. For detection aspect, we introduce the specific criteria of whole transients detection from the received signal. This is a very important point in so far as the signal measurement may be composed of the direct propagated pulse but also of reflections and other sort of transients. For analysis and localization, it is essential to detect all the transients, regardless of their energy. First, the well known methods of – spectrogram, wavelets and higher order statistics – are studied. These methods are shown to be suitable and robust in the context of electrical transitory signals, but they cannot easily detect low amplitude transients. The complex time distribution is then proposed as a concept able to detect transients via the signal phase derivation. We show that this technique succeeds in good detection results of whole transients thanks to the consideration of the instantaneous phase which is a very distinctive tool in so far as it is regardless of the amplitude. The localization step is based on the consideration of two major difficulties. The first one is the pulse propagation complexity and its physical modelling; the second one is the problematic and restricting need of measurements synchronization for multi-sensor on-line diagnostic. We propose a localization technique which measures the pulses distortion, issued from their propagation, in function of their propagation time. This low cost technique interest is proved by tests in simulated and real context., Cette thèse a pour objectif principal d'étudier et de proposer des techniques adéquates aux problématiques de détection et de localisation des sources de signaux transitoires dans un réseau de câbles de transport d'énergie. Ainsi, les méthodes proposées tiennent compte de l'ensemble des problématiques liées à la propagation des signaux dans les câbles, les aspects physiques étant pris en compte lors de la mise en place de ces méthodes. Nous proposons pour la détection, d'introduire un critère spécifique de détection de l'ensemble des transitoires du signal reçu. Ce point est très important car un enregistrement peut contenir le transitoire propagé par le trajet direct mais également des réflexions ainsi que d'autre type de transitoires. Pour l'étape d'analyse et de localisation, il est donc très important de pouvoir détecter tous les transitoires, indépendamment de leur énergie. Nous étudions, dans un premier temps, les méthodes les plus connues – la détection à partir du spectrogramme, des ondelettes et des statistiques d'ordre supérieur. Nous prouvons la robustesse de ces méthodes dans le contexte des transitoires électriques mais également leur difficulté à détecter les transitoires de faible amplitude. Nous proposons ainsi l'utilisation du concept de distribution à temps complexe qui effectue la détection des transitoires via la dérivation de la phase du signal. Nous montrons que cette technique fournit de bonnes performances de détection de l'ensemble des transitoires, grâce à l'étude de la phase instantanée qui constitue un très bon élément pertinent en raison de son invariance par rapport à l'amplitude. La phase de localisation repose sur la prise en compte de deux difficultés majeures. La première étant la complexité de propagation d'une impulsion dans un câble et la modélisation physique de cette propagation, la seconde étant la nécessité contraignante d'acquisition synchrone pour un diagnostique on-line multi-capteur. Notre contribution consiste à proposer une technique de localisation qui quantifie la déformation relative subie par les transitoires propagés, en fonction de leur durée de propagation. L'intérêt de cette technique peu coûteuse est prouvé par des tests en configuration simulée ainsi que réelle.

SAR imaging considers target as a set of scatterers, ponctual, isotropic and non-dispersive. This assumption becomes obsolet for new applications radar using a large band and a large angular spreading. The aim is to study the non-stationary behavior by using the basic tool : the timefrequency analysis. The usual time-frequency transforms allow to build hyperimages (images in 4 dimensions) describing the energy versus emitted frequency and observation angle. This information source is lain to radar cross-section (RCS). Another information source in radar imaging is polarimetry.The goal is to joint use these two information sources to characterize scatterers. By applying continuous wavelet and polarimetric coherent decompositions on the Sinclair matrix, some polarimetric hyperimages are built. These hyperimages allow to describe the polarimetric behavior versus the observation angle and the emitted frequency.In some case, they globally describe the backscattering mecanism by its nature, its relative orientation in the horizontal plan, its absolute orientation in the vertical plan. Moreover, they highlight a new phenomenum : the polarimetric non-stationary. This woul be caused by the fact the radar does not see the same geometry during the processing. From polarimetric hyperimages, a new phenomenological classification is proposed; L'imagerie SAR considère les cibles comme un ensemble de diffuseurs ponctuels, isotropes et non-dispersifs. Ce modèle devient obsolète pour les nouvelles applications radar qui utilisent une large bande et une forte excursion angulaire. Il s'agit donc d'étudier les non-stationnarités par l'outil usuel : l'analyse temps-fréquence. Les transformées temps-fréquence usuelles permettent de construire des hyperimages (images à 4 dimensions) décrivant l'énergie en fonction de la fréquence émise et de l'angle de visée. Cette source d'information est reliée à la section efficace radar (SER). Une autre source d'information en imagerie radar est la polarimétrie. Il s'agit d'utiliser conjointement ces deux sources d'information afin de caractériser les diffuseurs. Par application des ondelettes continues et des décompositions cohérentes sur la matrice de Sinclair, des hyperimages polarimétriques sont générées. Ces hyperimages permettent de décrire le comportement polarimétrique en fonction de l'angle de visée et de la fréquence émise. Dans certains cas, elles décrivent globalement le mécanisme de rétrodiffusion, par sa nature, son orientation relative dans le plan horizontal et son orientation absolue dans le plan vertical. De plus, elles mettent en évidence un nouveau phénomène : la non-stationnarité polarimétrique. Celle-ci serait causée par le fait que le radar ne voit pas la même géométrie au cours de l'acquisition. De ces hyperimages polarimétriques, l'information est synthétisée et une nouvelle classification phénoménologique est proposée.

In Noh, a traditional performing art of Japan, extremely expressive voice quality is used to convey an emotional message. A periodicity of voice appears responsible for these special effects. Acoustic signals were recorded for selected portions of dramatic singing in order to study the acoustic effects of delicate voice control by a master of the Konparu school. Using a signal analysis-synthesis algorithm, TANDEM-STRAIGHT, to represent multiple candidates for pitch perception, signals deviating from the harmonic structure have been successfully displayed, corresponding to auditory impressions of pitch movements, even when narrow-band spectrograms failed to show the perceived events. Strong interaction between vocal tract resonance and vocal fold vibration seems to play a major role in producing these expressive voice qualities.

National audience; Nous présentons une cartographie résolue en temps et en longueur d'onde des différentes réflexions ainsi que de la rétrodiffusion dans des guides à cristaux photoniques. Un nouveau traitement des données enregistrées par un OLCR permet de mettre en évidence la dispersion des guides ainsi que l'impact de la rétrodiffusion sur la propagation des modes lents

Several time-frequency (TF) blind source separation (BSS) methods have been proposed in this thesis. In the systems output that have been used, a contribution of each source is estimated, using only mixed signals. All the methods proposed in this manuscript find tiny TF zones where only one source is active and estimate the mixing parameters in these zones. These approaches are particularly well suited for non-stationary sources (speech, music).We first studied and improved linear instantaneous methods based on variance or correlation criteria, that have been previously proposed by our team. They yield excellent performance for signals of speech and can also separate spectra from astrophysical data. However, the nature of the mixtures that they can process limits their application fields.We have extended these approaches to more realistic mixtures. The first extensions consider attenuated and delayed mixtures of sources, which corresponds to mixtures in anechoic chamber. They require less restrictive sparsity assumptions than some approaches previously proposed in the literature, while addressing the same type of mixtures. We have studied the contribution of clustering techniques to our approaches and have achieved good performance for mixtures of speech signals.Lastly, a theoretical extension of these methods to general convolutive mixtures is described. It needs strong sparsity hypotheses and we have to solve classical indeterminacies of frequency-domain BSS methods.; Plusieurs méthodes de séparation aveugle de source (SAS), fondées sur des transformées temps-fréquence (TF), ont été proposées au cours de cette thèse. En sortie des systèmes utilisés, une contribution de chaque source est estimée, uniquement à l'aide des signaux mélangés. Toutes les méthodes étudiées dans ce manuscrit trouvent des petites zones du plan TF où une seule source est présente et estiment dans ces zones les paramètres de mélange. Ces approches sont particulièrement adaptées aux sources non-stationnaires.Nous avons tout d'abord étudié et amélioré des méthodes proposées précédemment par l'équipe, basées sur des critères de variance ou de corrélation, pour des mélanges linéaires instantanés. Elles apportent d'excellentes performances pour des signaux de parole et peuvent aussi séparer des spectres issus de données astrophysiques. Cependant, la nature des mélanges qu'elles peuvent traiter limite leur champ d'application.Nous avons donc étendu ces approches à des mélanges plus réalistes. Les premières extensions considèrent des mélanges de sources atténuées et décalées temporellement, ce qui correspond physiquement aux mélanges en chambre anéchoïque. Elles nécessitent des hypothèses de parcimonie beaucoup moins fortes que certaines approches de la littérature, tout en traitant le même type de mélanges. Nous avons étudié l'apport de méthodes de classification non-supervisée sur nos approches et avons obtenu de bonnes performances pour des mélanges de signaux de parole.Enfin, une extension théorique aux mélanges convolutifs généraux est décrite mais nécessite de fortes hypothèses de parcimonie et le réglage d'indéterminations propres aux méthodes fréquentielles.

International audience; Friction-induced vibrations are complex phenomena which, in the case of disc brakes mechanisms, can lead to the occurrence of braking noise as squeal. In this paper, we propose an original approach to study this phenomenon based on statistical method. This approach leans on knowledge of experimental samples of three parameters (acoustic pressure, speed, tangential force) and on a statistical analysis of them carrying on the marginal probability distributions of order one and power spectral density. It uses also a time-frequency analysis for their spectral characterization. This statistical analysis lets us to define a characteristic parameter of squeal, more discriminatory than the former. It constitutes the preamble to the stochastic modeling of this phenomenon, next step of the study.; Les vibrations induites par frottement sont des phénomènes complexes qui peuvent conduire, dans le cas des dispositifs de freins à disque, à l’apparition de bruits de freinage comme le crissement. Nous proposons dans cet article une démarche originale pour l’étude de ce phénomène, basée sur une approche statistique. Cette démarche s’appuie sur la connaissance d’échantillons expérimentaux de trois paramètres (pression acoustique, vitesse, force tangentielle) et sur une analyse statistique de ceux-ci portant sur les lois de probabilité marginales d’ordre un et les densités spectrales de puissance. Elle utilise également une analyse temps-fréquence pour leur caractérisation spectrale. Cette analyse statistique nous permet de définir un nouveau paramètre caractéristique du crissement, plus discriminant que les précédents. Elle constitue le préalable à la modélisation stochastique de ce phénomène, prochaine étape de l’étude.

This PhD thesis deals with the three-dimensional representation of the phase in a time-frequency plan. The application to quasi-stationary signals is carried out in this manuscript.The short-term Fourier transform of a signal is performed by convolution of the latter with a window moving with respect to time. The result is a complex distribution in a time-frequency plan in which a module and a phase can be calculated.The short-term Fourier transform of a signal contains frequency information whose accuracy is limited by Heisenberg-Gabor's principle of time-frequency uncertainty. As for the phase, it contains some much more accurate information about the temporal localization of frequencies than the module does; nevertheless, this information is very difficult to read directly.Frequency and phase spectrograms constitute an interesting solution to compensate for this difficulty, but limitations exist, notably as regards the choice of an energetic observation threshold.Continuous formulation of frequency and phase spectrograms is introduced and studied in this manuscript. It allows a mathematical development of instant phase for signals whose analytic expression is known. The analysis of quasi-stationary processes allows an interpretation of the behaviour of these new representations and thus underlines some of their properties.Consequently, a new concept of three-dimensional representations - time-frequency-phase and time-frequency-small frequency variations- is created. These three-dimensional representations are performed through a mapping process of the frequency and phase spectrograms on the square module of the short-term Fourier transform.The three-dimensional frequency and phase spectrograms thus created allow direct observation of phase variations and small frequency variations, taking amplitudes into consideration (energy shared out across the time-frequency plan). The thresholding process is not necessary any longer or only becomes an aid to interpretation and not a limitation to the representation.The new representations prove to be competitive tools in the frame of the study of quasi stationary signals such as musical or biomedical signals. They offer new perspectives because they present, in a simple way, information that once needed numerous manipulations to be accessible., Cette thèse de doctorat porte sur la représentation tridimensionnelle de la phase dans un plan temps-fréquence. L'application aux signaux quasi-stationnaires est effectuée dans ce manuscrit.La transformée de Fourier à court terme d'un signal est réalisée par convolution de ce dernier avec une fenêtre glissante par rapport au temps. Il en résulte une distribution complexe dans un plan temps-fréquence, où un module et une phase peuvent être calculés.Le module de la transformée de Fourier à court terme d'un signal contient des informations fréquentielles, dont la précision est limitée par le principe d'inégalité temps-fréquence d'Heisenberg-Gabor. La phase quant à elle contient des informations de localisation temporelle des fréquences beaucoup plus précises que le module, cependant ces informations sont très difficiles à interpréter de manière directe. Les spectrogrammes de fréquence et de phase constituent une solution intéressante pour pallier cette difficulté mais des limitations existent, notamment en ce qui concerne le choix d'un seuil énergétique d'observation.La formulation continue des spectrogrammes de fréquence et de phase est introduite et étudiée dans ce manuscrit. Celle-ci permet un développement mathématique, pour des signaux dont l'expression analytique est connue, de la phase instantanée. L'analyse de processus quasi stationnaires permet une interprétation du comportement de ces nouvelles représentations et permet ainsi de mettre en évidence certaines de leurs propriétés.En conséquence, un nouveau concept de représentations tridimensionnelles temps-fréquence-phase et temps-fréquence-faibles variations de fréquence est créé. Ces représentations tridimensionnelles sont réalisées par une opération de "mapping" des spectrogrammes de fréquence et de phase sur le module carré de la transformée de Fourier à court terme.Les spectrogrammes de fréquence et de phase tridimensionnels ainsi créés permettent l'observation directe des variations de phase et des faibles variations de fréquence en tenant compte des amplitudes (énergie répartie dans le plan temps-fréquence). L'opération de seuillage n'est donc plus nécessaire ou devient seulement une aide à l'interprétation et non pas une limitation de la représentation.Ces nouvelles représentations se révèlent être des outils performants dans le cadre de l'étude de signaux quasi-stationnaires, comme les signaux musicaux ou les signaux biomédicaux. Elles ouvrent de nouvelles perspectives car elles présentent de manière simple des informations qui nécessitaient auparavant de nombreuses manipulations pour être accessibles.

The EMD technique is a new tool for representing non linear and non-stationary signal as a sum of components called Intrinsic Mode Functions (IMF). The EMD decomposition can be compared with a wavelet one. However the main limit of the use of this method is lack of theoretical basis. There wasn't existence or convergence results before this work. In this work we replace within EMD algorithm, the mean envelope detection of a signal by asymptotic solutions of Partial Differential Equations (PDE) systems . Thus by a variational method, we prove the convergence of the algorithm and establish the IMF existence result. The orthogonality property of EMD algorithm is also studied on appropriate space. Two novel applications in signal and image processing are presented : intermittency and mode mixing extractions by Thikonov regularization, and restoration by EMD shrinkage. Finally the model can be a starting point of a study of the unicity of EMD decomposition., La Décomposition Modale Empirique (EMD), est une méthode de décomposition multi-résolution de signaux en fonctions Modes Intrinsèques (IMF) et cela, de manière auto-adaptative. En la couplant avec la transformée de Hilbert, elle devient une méthode d'analyse Temps-Fréquence , la transformée de Hilbert-Huang, permettant d'étudier bon nombre de classes de signaux. Malgré ces nombreuses applications, l'une des plus importantes limites de l'EMD est son manque de formalisme mathématique. A la place d'une interpolation par splines cubiques utilisée dans l'EMD classique, nous avons estimé l'enveloppe moyenne par une solution d'un système d'EDP. Par une méthode variationnelle, nous avons établi un cadre théorique pour prouver les résultats de convergence, d'existence de modes et la propriété de presque orthogonalité de l'EMD. La comparaison avec des bancs de filtres itératifs et les ondelettes, montre l'aspect multi-résolution de l'EMD. Deux nouvelles applications en traitement du signal et de l'image sont présentées : l'extraction des intermittences et mode mixing et la restauration par shrinkage par EMD. Enfin le modèle peut servir de base pour l'étude de l'unicité de la décomposition.

This work concerns the analysis of polarimetric SAR images using time-frequency methods. Two applications are presented.A study of moving target response behaviour leads to the definition of an adapted detection and refocusing method, based of the fractional Fourier transform. An extension of the approach to the case of targets which reflectivity is varying with frequency and observation angle is then considered. A method based on the Matching-Pursuit algorithm is proposed.Building detection in polarimetric SAR images at L-band is studied in the timefrequency framework. The proposed approach uses time-frequency stationarity and correlation information to derive a classification of urban areas responses. Natural media and different types of man-made targets are identified. Applications of timefrequency classification results to cartography or building characterization are presented.; Ces travaux concernent l'utilisation de méthodes temps-fréquences pour l'étude des images SAR polarimétriques au travers de deux applications.La réponse des cibles mobiles est étudiée. Sa forme particulière conduit à une méthode de détection et refocalisation basée sur la transformée de Fourier fractionnaire. La problématique est étendue au cas des cibles possédant de plus une réflectivité dépendant des paramètres d'illumination (angle et fréquence). Une approche basée sur une modélisation de la cible et sur l'algorithme de Matching-Pursuit est présentée.La détection des bâtiments dans les images SAR de zones urbaines en bande L est abordée dans le cadre temps-fréquence. Les notions complémentaires de stationnarité et de cohérence sont exploitées pour produire une classification temps-fréquence, permettant d'identifier les environnements naturels et différents types de cibles artificielles. Des applications à la cartographie et à la caractérisation de bâtiments sont proposées.

The Lacq gas field is exploited since 1957 and seismicity began in 1969. It is a moderate seismicity (M · 4.4) induced by fluid extraction. After the cleaning of the available seismological database (1989-1997), the use of an Automatic Picker with parameters optimised by Simulated Annealing has permitted the update of P wave picks. Additioned to picks of events recorded between 1974 and 1988, we localised more than 1600 events using a 3D-velocity model, most of them within or above the field. The comparison of hypocenter locations and focal mechanisms with well and 3D-seismic data has shown that earthquakes were associated to relatively important faults well-oriented for stress perturbation accommodation. Whereas the lateral extension of the field is oriented WNW-ESE, the distribution of events is oriented SSW-NNE, occuring on WNW-ESE faults. The WNW and ESE parts of the field are strained aseismicaly. By comparing the seismicity distribution to the field exploitation history and the field modelisation, three main results have been highlighted : (i) a water over-pressure triggered swarm, (ii) an important connexion between the central zone of the field and the gas reserves to the North of the field, and finally (iii) an update of the interpretation of the field physical model. The second aim of this study was the analyse of waveforms with atomic chirplet decomposition, which is a generalisation of the wavelet transform and the Gabor transform. We first genalised the chirplet construction to 7D (7 construction attributes). Then, we developed an algorithm of wave separation. Finally, we can decompose a seismogramm in a few number of atoms. Each of these atoms is a 9-tuplet, characterised by morphological attributes : (i) a time arrival, (ii) a central frequency, (iii) an energy, (iv) a phase, (v) a duration, (vi) a frequency modulation rate, (vii) a frequency modulation type, (viii) an asymmetric shape and (ix) a flat shape. With this wave characterisation algorithm, we can classify events. The classification and the associated dendrogramm representation have allowed to differentiate events triggered by water injection from others, revealing a shorter and more impulsive source for triggered events. By using only morphological attributes of atoms and muting time and frequency arrival components, we also shown that we can compare events with different locations.; Le gisement de gaz de Lacq est exploité depuis 1957 et la sismicité induite a débuté en 1969. De magnitude modérée (M un axe préférentiel SSW-NNE sur les failles principales d'orientation WNW-ESE. Les zones WNW et ESE du gisement sont quant à elles déformées de manière asismique, comme le montre les profils de nivellement. La confrontation de la sismicité avec l'historique et le modèle de réservoir a permis de mettre en avant (i) un essaim déclenché par une injection d'eau involontaire, (ii) une connexion importante entre le centre du réservoir et les réserves de gaz au nord-est et la déplétion associée, (ii) ainsi qu'une réinterprétation du modèle de réservoir dans certaines zones mal connues. La seconde voie d'étude a été portée sur l'analyse des formes d'ondes par décomposition atomique en chirplets, généralisation de la transformée en ondelettes et de la transformée de Gabor. Après une généralisation à 7D des paramètres de construction des chirplets pour une adaptation aux ondes sismologiques et l'utilisation d'algorithme de séparation d'ondes, il a été possible de décomposer les sismogrammes en un nombre limité d'atomes. Chacun des atomes est qualifié de 9-tuplet, caractérisé par des attributs morphologiques : (i) un temps d'arrivée, (ii) un fréquence centrale, (iii) une énergie, (iv) une phase, (v) une durée, (vi) un taux de modulation de fréquence, (vii) un type de modulation de fréquence, (viii) une asymétrie d'enveloppe et (ix) une plateau constant de l'enveloppe. Grâce à cette caractérisation poussée des ondes, il a été possible de pratiquer des classifications des sismogrammes. La classification et la représentation en dendrogramme ont montré une différenciation nette entre les séismes déclenchés par surpression de fluide des autres, révélant que la source des évènements déclenchés est plus courte et impulsive. En se basant uniquement sur les attributs morphologiques et en filtrant la composante de temps et fréquence des arrivées des ondes, nous avons montré qu'il était possible de comparer des séismes de localisations différentes.

The classical SAR (Synthetic Aperture Radar) imaging methods assume that the reflectors are isotropic (they behave the same way regardless the aspect under which they are viewed) and white (they have the same properties within the emitted bandwidth). Unfortunately, new capacities in SAR imaging (large bandwidth,large angular excursions of analysis) make these assumptions obsolete. The purpose of the thesis work consisted in developing a time-frequency method based on the use of continuous wavelets allowing to highlight the anisotropic and coloration effects of the irradiated points. A great part of the work consisted in exploiting the coloration and the anisotropy of the reflectors to discriminate a target in a SAR image. Finally, the continuous wavelet analysis has been extended to polarimetric in order to improve the classification of random targets and deterministic ones then to interferometry with the aim of obtaining a better estimation of target height estimation., Les méthodes classiques d'imagerie SAR (Synthetic Aperture Radar) font l'hypothèse d'isotropie (les points imagés se comportent de la même manière selon l'angle sous lequel ils sont vus) et de blancheur (les points imagés ont le même comportement dans la bande fréquentielle émise) des réflecteurs imagés. Néanmoins, ces hypothèses ne sont plus valables avec l'émergence de nouvelles capacités d'imagerie (large bande fréquentielle, grandes excursions angulaires, ...).L'objectif du travail de thèse a consisté à développer une méthode d'analyse temps-fréquence basée sur l'utilisation d'ondelettes continues permettant de mettre en lumière les phénomènes d'anisotropie et de coloration des points imagés. Une grande partie du travail a consisté à exploiter le caractère coloré et anisotrope des réflecteurs pour discriminer une cible dans une image SAR. Enfin l'analyse par ondelettes continues a été étendue à la polarimétrie pour améliorer la classification des cibles aléatoires et cibles déterministes puis à l'interférométrie afin obtenir une meilleure estimation de la hauteur des cibles.

International audience; Au cours de la dernière décennie, de nombreuses méthodes pour l'analyse et la classification de données fondées sur la théorie des noyaux reproduisants ont été proposées. Elles constituent une source de progrès, tant au niveau de la complexité algorithmique que des performances atteintes. On montre dans cet article qu'un choix approprié de noyau reproduisant permet à ces méthodes d'opérer sur des représentations temps- fréquence. Ce lien ouvre de multiples perspectives au domaine de l'analyse des signaux non-stationnaires puisqu'il lui permet d'accéder aux plus récentes avancées méthodologiques et théoriques en matière de reconnaissance des formes et de théorie de l'apprentissage.

Thierry Dombre Jean Francois Pinton Alain Arneodo Olivier Michel; In this thesis, we deal with experimental measurements of vorticity in Fourier space by using acoustic scattering technique. Measurements have been performed on the one hand in a laboratory air jet, and on the other one in a gazeous 4 Kelvin Helium jet located at CERN (Geneva) thus enabling to cover a wide range of Taylor based Reynolds numbers (400-6000).We get the data acquisition system features by means of controlled experiments, as well as acoustic numerical calculations. That allows a comprehensive undertanding of diffraction effects involved in a scattering experiment with finite size transducers. Study of decorrelation of a Fourier mode reveals two characteristic times governing the vorticity “objects” dynamic : a short one proportional to the sweeping time, and a large one proportional to the integral time. Interferometry coupled with time-frequency analysis show that the large spectral time can be associated with non-local interactions whereas the short one depicts the local ones. Finally, we show that Fourier modes exhibit a strong intermittency, growing with increasing Reynolds and wave numbers. Laboratoire des ´ecoulements geophysiques et industriels LEGI BP53, 38041 Grenoble Cedex 9; Turbulence dans l'espace de Fourier, Mesures de vorticit´e par diffusion acoustique Resume Cette these porte sur l'etude experimentale de la vorticite en turbulence developpee dans l'espace de Fourier. Des mesures par diffusion acoustique d'ondes ultrasonores ont ete realisees d'une part dans un jet d'air ambiant en laboratoire (LEGI- Grenoble), d'autre part dans de l'Helium gazeux a 4 Kelvin au CERN (Geneve) permettant de couvrir une gamme de nombres de Reynolds (fondes sur l'echelle de Taylor) compris entre 400 et 6000. Dans un premier temps, on qualifie la chaine de mesure acoustique en comparant des experiences controlees a des calculs numeriques. On examine en particulier l'importance des effets de diffraction induits par des emetteurs de taille finie. L'utilisation de cette chaine acoustique pour l'etude de la vorticite en turbulence developpee a conduit `a deux resultats majeurs. Le premier concerne les temps caracteristiques des evenements vorticitaires turbulents. En particulier, l'etude des temps de d´ecorrelation d'un mode de Fourier de la vorticite revele l existence de deux temps caracterisant ces “evenements vorticitaires” : un temps court proportionnel au temps de “sweeping” et un temps long proportionnel au temps integral de la turbulence. De plus, une technique d'interferometrie appuyee par une analyse temps-frequence (de type Wigner-Ville) du signal complexe de diffusion suggere que le temps long traduit les interactions non-locales et le temps court les interactions locales (en Fourier). Le second resultat majeur est relatif a l'intermittence d'un point de vue spectral que nous avons analysee notamment via l'etude des densites de probabilite du signal. On montre en particulier que les modes de Fourier presentent une forte intermittence, laquelle s'accentue aux grands nombres d'onde et a grand Reynolds. La plupart de ces resultats experimentaux sont egalement observes dans des simulations numeriques directes (DNS) pseudo-spectrales du champ de vorticite correspondant a des nombres de Reynolds de l'ordre de 80.

In this thesis, we deal with experimental measurements of vorticity in Fourier space by using acoustic scattering technique. Measurements have been performed on the one hand in a laboratory air jet, and on the other one in a gazeous 4 Kelvin Helium jet located at CERN (Geneva) thus enabling to cover a wide range of Taylor based Reynolds numbers (400-6000).We get the data acquisition system features by means of controlled experiments, as well as acoustic numerical calculations. That allows a comprehensive undertanding of diffraction effects involved in a scattering experiment with finite size transducers. Study of decorrelation of a Fourier mode reveals two characteristic times governing the vorticity “objects” dynamic : a short one proportional to the sweeping time, and a large one proportional to the integral time. Interferometry coupled with time-frequency analysis show that the large spectral time can be associated with non-local interactions whereas the short one depicts the local ones. Finally, we show that Fourier modes exhibit a strong intermittency, growing with increasing Reynolds and wave numbers. Laboratoire des ´ecoulements geophysiques et industriels LEGI BP53, 38041 Grenoble Cedex 9, Turbulence dans l'espace de Fourier, Mesures de vorticit´e par diffusion acoustique Resume Cette these porte sur l'etude experimentale de la vorticite en turbulence developpee dans l'espace de Fourier. Des mesures par diffusion acoustique d'ondes ultrasonores ont ete realisees d'une part dans un jet d'air ambiant en laboratoire (LEGI- Grenoble), d'autre part dans de l'Helium gazeux a 4 Kelvin au CERN (Geneve) permettant de couvrir une gamme de nombres de Reynolds (fondes sur l'echelle de Taylor) compris entre 400 et 6000. Dans un premier temps, on qualifie la chaine de mesure acoustique en comparant des experiences controlees a des calculs numeriques. On examine en particulier l'importance des effets de diffraction induits par des emetteurs de taille finie. L'utilisation de cette chaine acoustique pour l'etude de la vorticite en turbulence developpee a conduit `a deux resultats majeurs. Le premier concerne les temps caracteristiques des evenements vorticitaires turbulents. En particulier, l'etude des temps de d´ecorrelation d'un mode de Fourier de la vorticite revele l existence de deux temps caracterisant ces “evenements vorticitaires” : un temps court proportionnel au temps de “sweeping” et un temps long proportionnel au temps integral de la turbulence. De plus, une technique d'interferometrie appuyee par une analyse temps-frequence (de type Wigner-Ville) du signal complexe de diffusion suggere que le temps long traduit les interactions non-locales et le temps court les interactions locales (en Fourier). Le second resultat majeur est relatif a l'intermittence d'un point de vue spectral que nous avons analysee notamment via l'etude des densites de probabilite du signal. On montre en particulier que les modes de Fourier presentent une forte intermittence, laquelle s'accentue aux grands nombres d'onde et a grand Reynolds. La plupart de ces resultats experimentaux sont egalement observes dans des simulations numeriques directes (DNS) pseudo-spectrales du champ de vorticite correspondant a des nombres de Reynolds de l'ordre de 80.

cote interne IRCAM: Rioux00a; None / None; National audience; The transient sound from an organ pipe is a very important component in deciding the pipe's timbre. This paper addresses the issue of verbal description of transient sounds of flue organ pipes. This problem must be solved when, as in our case, one wishes to document, understand and possibly assist the work of an organ-builder in the process of voicing organ pipes. Therefore, we explain the procedure used to map the relationship between verbal descriptors and quantitative acoustic analyses. The study is restricted to single flue organ pipes (no chords). A procedure integrating both objective and subjective methods is presented in order to develop such a description. After an introduction on basic voicing principles, a list of verbal descriptors used by the voicer is presented and serves as a basis for listening tests and signal analysis. Several types of listening tests are described. Computer implementation of these tests is shown to be particularly useful. Signal analysis using time-frequency methods is employed for separating harmonics and for representing the transient components of the signal. Results are also reported on the perception of the speed of the transient and of the sound “hiss”.

The wavelet transform and multiresolution analysis are presented. They are used in two applications: fusion of images having different spatial and spectral resolutions, and speckle removal in radar imagery. A method was developed in data fusion for synthesizing images having the best of the available spatial resolutions yet preserving the quality of the spectral information. An existing filter for speckle removal was improved with the combination of these two tools. Other filters may be similarly improved thus obtaining a decrease of the speckle effects in homogeneous areas yet preserving geometrical information. It is concluded on the benefits of the wavelet transform and multiresolution analysis in remote sensing and perspectives are discussed.; Après une présentation de la transformée en ondelettes et de l'analyse multirésolution ainsi que de leur mise en oeuvre, nous présentons, dans ce mémoire, les apports de ces deux outils à deux problèmes de télédétection : la fusion de données issues de capteurs de résolutions spatiales et spectrales différentes et le traitement du speckle dans l'imagerie radar. Dans le cadre de la fusion de données, nous avons développé une méthode, basée sur ces deux outils et permettant d'obtenir des images ayant la meilleure des résolutions spatiales présentes dans le groupe d'images à fusionner tout en préservant la qualité de l'information spectrale pour les phénomènes qu'ils représentent. L'utilisation de ces deux outils pour le traitement du speckle dans l'imagerie radar a permis l'amélioration des performances d'un filtre du point de vue de la qualité radiométrique. La démarche employée n'est pas limitée à un seul filtre et permettra d'obtenir une réduction importante du speckle dans les zones homogènes tout en préservant l'information géométrique présente dans l'image. Les apports de la transformée en ondelettes et de l'analyse multirésolution et les perspectives de l'utilisation de ces outils dans le cadre de la télédétection sont discutés.