Traitement d'images multispectrales et spatialisation des données pour la caractérisation de la matière organique des phases solides naturelles.

par Kévin Jacq

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Didier Coquin et de Bernard Fanget.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry) , en partenariat avec Environnements, Dynamiques et Territoires de la Montagne (laboratoire) depuis le 03-10-2016 .


  • Résumé

    Actuellement, les méthodes de caractérisation de la matière organique naturelle contenue dans les carottes sédimentaires nécessitent la destruction de l'échantillon. De plus ces méthodes d'analyses, ne permettent pas d'obtenir une rapidité de mise en œuvre et une résolution d'information suffisants pour être réellement exploitable pour les études paléoenvironnementales. Pour pallier ce problème, le laboratoire EDYTEM développe un banc de caractérisation multimodal (photo, imagerie de fluorescence, fluorescence induite par laser, spectrophotométrie hyperspectrale et Raman). La production d'image n-D induit des développements méthodologiques spécifiques dans deux directions : • le développement de traitements d'images multicouches afin de caractériser les objets étudiés notamment en terme de granulomorphométrie, de segmentation et de squelettisation des structures sédimentaires, • une approche de type chimiométrique permettant par la fusion de données et une approche multi-échelle, de prédire une caractérisation fine de type analytique à partir des données multispectrales. La calibration de ces méthodologies seront réalisées par comparaison avec des sédiments reconstitués (dopages, prémélanges,…) en suivant des plans d'expériences adaptés. La validation sera effectuée en utilisant une collection de carottes sédimentaires déjà très étudiées pour le suivi de la dynamique d'eutrophisation/oligotrophisation du Lac du Bourget durant le dernier siècle. Dans ce cadre, le travail se déroulera suivant le schéma suivant : • développer des traitements spécifiques aux images hyperspectrales • proposer une méthode de fusion prenant en compte l'imprécision des données dirigées vers une caractérisation des différents contenus organiques • valider la méthode par l'application sur des sédiments tests réels et modèles • démontrer l'applicabilité de cette méthode sur la problématique de l'eutrophisation/oligotrophisation des surfaces d'eaux continentales pour une finalité de rétro-observation et de diagnostic de l'état écologique de celles-ci. Ce sujet de thèse ne peut s'inscrire que dans une approche interdisciplinaire et intégrée des compétences des deux laboratoires : EDYTEM pour l'instrumentation et la fourniture collecte des données multispectrales, les techniques d'analyses de la matière organique, la constitution d'échantillons de référence et surtout la compétence en sciences de l'environnement et en sédimentologie. LISTIC pour l'analyse d'images, reconnaissance de formes, représentation et fusion des données.

  • Titre traduit

    Characterization of organic matters in solid phase organic by multispectral image processing and data mapping


  • Résumé

    For now, the methods of characterization of the natural organic matter contained in the sedimentary cores require the destruction of the sample. Furthermore, these methods of analysis do not allow to obtain a speed of implementation and a resolution of information sufficient to be really exploitable for the paléoenvironnementales studies. To resolve this problem, the laboratory EDYTEM develops a multimodal bench of characterization (photo, fluorescence imaging, fluorescence induced by laser, hyperspectral spectrophotometry and Raman). The production of image n-D leads specific methodological developments in two directions: · the development of multilayers image processings to characterize objects studied in particular in term of granulomorphometry, of segmentation and of squelettisation sedimentary structures, · a chemometrics approach to allowing by the fusion of data and an multi-scale approach, to predict a fine characterization of analytical from the multispectral data. The calibration of these methodologies will be realized compared with reconstituted sediments (dopings, premixtures) by following adapted design of experiments. The validation will be made by using a collection of sedimentary cores already very studied for the follow-up of the dynamics of eutrophication / oligotrophisation of the Bourget Lake during the last century. In this context, this work will take place according to the following plan: · develop specific processings to the hyperspectral images · propose a method of fusion taking into account the indistinctness of the data managed towards a characterization of the various organic contents · validate the method by the application on real sediments and test models · demonstrate the applicability of this method on the problem of the eutrophication / oligotrophisation of the surfaces of continental waters for an end of retro-observation and diagnosis of the ecological state of these. This thesis subject can join only an interdisciplinary and integrated approach by the skills of both laboratories: EDYTEM for the instrumentation and the supply for multispectral collection data, the techniques of analyses of the organic matter, the constitution of reference samples and especially the skill in sciences of the environment and in sedimentology. LISTIC for the analysis of images, forms recognition, representation and fusion of the data.