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MIA Paris

Les anciens de MoRSE

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Marie-Pierre Etienne

Sophie Ancelet a préparé sa thèse de doctorat de novembre 2004 à novembre 2007 dans l'équipe. Elle a soutenu en juillet 2008 sa thèse intitulée Exploiter l'approche hiérarchique bayésienne pour la modélisation statistique de structures spatiales.

Nicolas Eckert a soutenu en 2007 sa thèse intitulée Développement d’une approche statistique intégrant données historiques, expertise et modélisation physique pour la prédétermination des avalanches

Claude Pingeon secrétaire de l'équipe de sa création jusqu'en 2006

Gilles Guillot chargé de recherche dans l'équipe de sa création jusqu'en 2006 ( www )

Sandrine MICALLEF a soutenu en 2005 sa thèse intitulée Analyse statistique bayésienne d'un modèle pharmacocinétique/pharmacologique de population : aide au traitement thérapeutique par la caféine des enfants prématurés.
Le développement des fonctions physiologiques est souvent incomplet chez le nouveau-né prématuré. Cette immaturité physiologique ne lui permet pas de réaliser les adaptations nécessaires au passage de l'organisme maternel à la vie extra-utérine. En particulier, des pauses respiratoires plus ou moins graves peuvent survenir. Pour limiter la fréquence de ces apnées, les pédiatres administrent à ces enfants un traitement par la caféine. Ce traitement est cependant susceptible d'entraîner des effets indésirables sur le sommeil, la diurèse ou le rythme cardiaque. C'est pourquoi les cliniciens tentent de maintenir la concentration sanguine de caféine dans un intervalle thérapeutique, garantissant ainsi une diminution des apnées et une limitation des effets indésirables. Pour contrôler cette concentration, des prélèvements sanguins sont réalisés en nombre très limité compte tenu de la fragilité de ces enfants (un ou deux par enfant).Pour assister les pédiatres dans le choix du traitement, nous construisons un modèle statistique capable de prédire la concentration interne de caféine (pharmacocinétique), ainsi que son effet sur la survenue des apnées (pharmacodynamie). Ce modèle tient compte des évolutions physiologiques rapides des nouveau-nés et de la variabilité inter-individuelle importante existant au sein de cette population. Pour prendre en compte les connaissances disponibles sur la physiologie des enfants prématurés et sur les propriétés de la caféine, l'inférence statistique est menée dans un contexte statistique bayésien. Une mise à jour séquentielle du modèle, basée sur un algorithme particulaire, est appliquée lorsque des données sont collectées sur un nouveau patient. Cette mise à jour permet d'obtenir des prédictions en un temps compatible avec le traitement thérapeutique des nouveau-nés.

Billy AMZAL a soutenu en 2004 sa thèse intitulée Optimisation bayésienne de décision et de plans d'expériences par méthodes particulaires.
Nous proposons une méthodologie innovante d'optimisation de plan d'expériences en contexte bayésien, applicable aux modèles non linéaires et de dimension élevée. Dans le cadre de la théorie statistique de la décision, l'optimisation se ramène à la maximisation de l'espérance d'une fonction d'utilité. Sans calculer d'espérance, nous simulons des chaînes de Markov non-homogènes qui explorent la surface du critère d'optimisation. Le plan d'expériences optimal correspond alors au mode de cette surface vue comme une distribution de probabilité. Pour être performant dans les cas complexes, notre algorithme de simulation combine l'approche « particulaire » pour explorer efficacement la surface et un effet de recuit simulé pour concentrer les simulations prés des modes. Une étude théorique de la convergence est proposée et trois applications à des situations réelles ou réalistes en finance, en contrôle de qualité et en médecine sont présentées, sous la forme de cinq publications soumises.

Benoît HOUDANT a soutenu en 2004 sa thèse intitulée Contribution à l’amélioration de la prévision hydrométéorologique opérationnelle pour l’usage des probabilités dans la communication entre acteurs (pdf)

Alberto PASANISI a soutenu en 2004 sa thèse intitulée Aide à la décision dans la gestion des parcs de compteurs d'eau potable. (pdf)

Etienne RIVOT a soutenu en 2003 sa thèse intitulée Investigations Bayesiennes de la dynamique des populations de saumon atlantique (Salmo salar). Des observations de terrain à la construction du modèle statistique pour apprendre et gérer.
Deux questions de dynamique des populations sont déclinées dans le cas du saumon atlantique : 1) Dans l’ajustement d’un modèle sur une série de données, deux sources d’incertitude interviennent : la stochasticité environnementale et les erreurs de mesure ou d’échantillonnage dans les données. Comment prendre en compte ces deux sources d’erreur, même dans le cas de modèles complexes ? 2) Quelle est l’influence de la structure spatiale d’une population sur sa dynamique ? Il est montré que le traitement Bayesien des Modèles Stochastiques d’Etats répond à la question 1. Ce cadre est mis en oeuvre pour construire un modèle à partir d’une chronique d’observations (1984-2001) d’une population de saumons. Les résultats montrent que : 1) Les incertitudes sur la taille de la population sont grandes et influent sur l’estimation des paramètres du modèle. 2) Les fluctuations de la survie des juvéniles dominent la dynamique. 3) La population fonctionne comme une métapopulation de type source-puits.

Antoine PENCIOLELLI a soutenu en 2004 sa thèse intitulée Évaluation de mesures de maîtrise du risque ESB dans les abattoirs
Les crises du sang contaminé et de la « vache folle » ont entraîné l’introduction du principe de précaution dans les règlements liés aux risques alimentaires. C’est à dire l’obligation d’agir lorsque les informations concernant un danger sont rares voire inexistantes. Dans ce cadre, nous proposons un outil d’évaluation du risque ESB dans les abattoirs qui permet de ternir compte des incertitudes propres aux procédés d’abattage. Dans un premier temps, nous définissons le risque ESB à partir de la quantité de prions (l’agent responsable de la maladie) présente dans chaque organe d’un bovin. La représentation du procédé d’abattage à l’aide d’un modèle stochastique nous permet de calculer qu’en moyenne, la quantité de prion dans les matières destinées à l’alimentation humaine a été diminué d’un facteur 1000 entre 1995 et 2001 mais qu’elle a augmenté dans les matières destinées à la fabrication de farines. Ensuite, nous représentons, avec des lois de Dirichlet, les incertitudes liées aux paramètres du modèle d’abattage. Nous montrons que l’impact de ces incertitudes est faible pour les risques liés à l’alimentation humaine mais qu’elles nous empêchent de conclure sur les risques liés à l’alimentation animale. En conclusion, nous insistons sur l’utilité de la modélisation pour l’évaluation des risques dans le cadre du principe de précaution. Nous mettons également en avant l’utilisation du modèle pour discuter avec les acteurs de la filière et l’importance des aspects décisionnels pour comparer les niveaux de risques.

Keltoum CHAOUCHE a soutenu en 2001 sa thèse intitulée Approche multifractale de la modélisation stochastique en hydrologie.
Modélisation de la structure spatio-temporelle des champs de pluie : Jusqu'à nos jours, la description des précipitations en hydrologie ou en météorologie bute sur une difficulté fondamentale : l'extrême variabilité des champs sur de très grandes gammes d'échelle. L'axe de recherche de cette thèse est, dans un premier temps, la modélisation de la dépendance spatio-temporelle (à pas de temps et d'échelle discret) dans un ensemble de sites de mesure ou d'observation afin de réaliser un transfert d'information spatial, temporel ou spatio-temporel. Dans un second temps, on envisage un passage en temps et en espace continu (champs stochastiques). Un pluviomètre réalise une intégration à pas de temps fixe tandis qu'un radar météorologique effectue une intégration à temps fixé selon des grandeurs d'espace. Il faut donc construire des modèles de comportements spatio-temporels bien définis théoriquement en terme de processus aléatoire et respectant les effets d'échelle en temps et en espace constatés empiriquement. Les concepts fractal et multifractal seront employés pour décrire cette variabilité.(pdf)

Luc PERREAULT a soutenu en 2000 sa thèse (INRS-Eau, Québec) intitulée Analyse bayésienne rétrospective d'une rupture dans les séquences de variables aléatoires hydrologiques.
Approches statistiques décisionnelles de la non-stationnarité : Lors de la modélisation pour la prévision des ressources en eau, l'acceptation usuelle de l'hypothèse de stationnarité de l'information de base (série des apports annuels, par exemple) inquiète un nombre grandissant d'hydrologues. Si la série n'est pas stationnaire, les modèles usuels risquent de donner de mauvais résultats. L'inférence statistique concernant l'existence et les caractéristiques des changements dans les séries hydro-météorologiques, base de la prise de décision, est une étape préalable nécessaire à l'établissement de règles de gestion des systèmes hydriques ou environnementaux. L'objectif principal de la recherche est le développement de méthodes multidimensionnelles de détection de la non-stationnarité. Nous emploierons l'approche bayésienne qui permet de considérer l'information a priori concernant l'existence éventuelle d'une non-stationnarité (date probable, amplitude du changement, etc.). l'analyse bayésienne permet aussi le développement d'une approche rationnelle complète sur l'effet des incertitudes lors de la prise de décision. Ces procédures seront comparées, dans une perspective opérationnelle, à certaines méthodes classiques employées actuellement en hydrologie au moyen de simulations ainsi qu'à l'aide de jeux de données réelles.

Philippe GIRARD a soutenu en 1999 sa thèse (CIFRE NESTLE) intitulée Optimisation du suivi opérationnel de la qualité par la modélisation statistique de procédés agro-alimentaires à partir de données recueillies sur ligne.
Optimisation du suivi opérationnel de la qualité en usine : Les données concernant le suivi de la qualité d'un produit agroalimentaire sont scrupuleusement archivées dans des bases de données mais ne sont pas exploitées à l'heure actuelle à des fins d'optimisation. Pendant longtemps, le savoir-faire des opérateurs suffisait pour contrôler les procédés. Aujourd'hui, compte tenu de la compétitivité des marchés et de la perte de savoir-faire des opérateurs par accélération du turn-over des usines, les sociétés agroalimentaires cherchent à valoriser ces données qui dorment à travers une exploitation statistique. L'objectif de ce travail est de construire des modèles statistiques de prévision (unidimensionnel et multidimensionnel) représentant le procédé et de proposer au fabricant un outil de contrôle prédictif. Pour modéliser les procédés, nous avons considéré plusieurs aspects opérationnels : - tout d'abord, l'absence de modèle de connaissance sur le phénomène nous a conduit à considérer une famille large de modèles (le modèle linéaire restant le modèle de référence) ; - ensuite, la succession des unités de fabrication entraîne une dépendance temporelle forte des données recueillies ce qui a donné l'occasion à une modification des modèles classiques ; - de plus, la présence d'erreur de mesure (répétabilité, reproductibilité) aussi bien dans les variables explicatives que dans les variables réponse a nécessité un développement ad hoc - enfin, l'hypothèse de stationnarité des modèles (qui sont utilisés pour le contrôle prédictif) pourra être discutée.

Thierry FAHMY a soutenu en 1997 sa thèse (CIFRE CGE-ENGREF) intitulée Modélisation de la qualité bactériologique de l'eau potable et optimisation des procédures de contrôle.
Thierry Fahmy s'est intéressé à la prévision à cours terme des périodes de dégradation de la qualité de l'eau dans un réseau d'eau potable. Les méthodes classiques de régressions de la qualité observée sur les variables physico-chimiques mesurées ne donnant pas satisfaction, Thierry Fahmy a construit plusieurs modèles (autorégressifs non linéaires) prenant en compte un effet mémoire des séries mesurées : la qualité mesurée à une date donnée n'est pas indépendante de celle mesurée au pas de temps précédent, et cette dépendance pourrait permettre une prévision qui donne à l'exploitant les moyens d'agir avant que la dégradation ne se produise effectivement.

Irène Abi-Zeïd a soutenu sa thèse en 1996 (INRS-Eau, Québec).
La modélisation des crues est un sujet largement étudié pour des raisons bien compréhensibles touchant à la sécurité des installations humaines. Les problèmes liés au manque d'eau dans une rivière, également important pour la sécurité d'approvisionnement et le maintien de la qualité écologique du milieu ont été moins abordés. Après avoir défini précisément ce qu'elle entendait par “étiage”, Irène Abi-Zeïd s'est intéressé à une classe de modèles de séries chronologiques généralisant les modèles de Poisson classique en permettant de tenir compte des informations exogènes concernant les pluies.

Vincent Fortin a soutenu sa thèse intitulée Estimation de la valeur de l'information hydrologique à l'aide de probabilités imprécises.
La théorie bayésienne de la décision peut être utilisée pour effectuer une prévision de la valeur d'une information avant son observation, que l'on peut comparer à son coût d'acquisition. Cependant, cela demande de pouvoir représenter l'information a priori à l'aide d'une distribution de probabilité, ce qui est en pratique souvent très difficile. Pour faciliter la modélisation de l'information a priori, nous proposons l'emploi de la théorie des prévisions inférieures cohérentes, et nous définissons le concept de valeur de l'information dans le cadre de cette théorie. Ces idées sont illustrées par un exemple concret, qui consiste à évaluer la valeur d'une mesure du débit moyen annuel à un site où l'on envisage de construire un barrage et une centrale hydroélectrique. La théorie des prévisions inférieures cohérentes est ensuite comparée à l'approche bayésienne robuste, à la théorie de Dempster-Shafer et à la théorie des ensembles flous.

Vazken Andreassian a soutenu sa thèse intitulée Impact de l'évolution du couvert forestier sur le comportement hydrologique des bassins versants
Le thème du changement de l'aptitude des bassins versants à transformer la pluie en écoulement utilisable par l'homme est un souci récurrent pour les gestionnaires de la ressource en eau. Nous nous y intéressons dans cette thèse, dans le cas du Massif central, où l'on observe depuis l'après-guerre une évolution régulière des terres agricoles marginales vers le reboisement. Cette thèse poursuit trois objectifs principaux : 1. comprendre l'origine du débat actuel sur le rôle hydrologique des forêts ; 2. évaluer la capacité des outils dont nous disposons à détecter des changements dans le comportement hydrologique des bassins versants ; 3. étudier le lien possible entre non stationnarité hydrologique et évolution forestière dans le Massif central. Le premier objectif est atteint par une étude historique, où nous nous intéressons en particulier au débat engagé entre forestiers et ingénieurs, qui s'étend sur la totalité du 19ème siècle. Nous interprétons ce débat au travers des résultats expérimentaux obtenus tout au long du vingtième siècle, notamment par les forestiers américains. Nous menons ensuite une réflexion concernant les possibilités offertes par les outils hydrologiques pour détecter les changements du comportement des bassins versants. Cette réflexion s'appuie sur une étude de la sensibilité des modèles pluie-débit à leurs données d'entrée (pluie et ETP), où nous montrons que les modèles analysés sont peu sensibles aux variations spatiales de l'ETP, mais qu'ils réagissent en revanche positivement à une amélioration de la qualité d'estimation de la pluie de bassin, tout en manifestant une certaine adaptabilité vis à vis de cette estimation. Nous mettons ensuite au point une série de tests de détection de tendances au sein du comportement hydrologique des bassins, que nous validons sur des cas d'écoles issus de la littérature hydrologique : bassins versants expérimentaux du Réal Collobrier, en France, de Coshocton, Andrews Experimental Forest et Three Bar aux Etats-Unis. Enfin, nous appliquons ces tests à un échantillon de 63 bassins versants du Massif central. Nous mettons alors en évidence une très forte proportion de bassins versants non-stationnaires, notamment en ce qui concerne l'écoulement total et l'écoulement en crue (avec respectivement 33% et 16% des bassins non-stationnaires). En parallèle et de façon indépendante, nous avons obtenu des indicateurs d'évolution du couvert forestier pour un sous-échantillon de 34 bassins versants, en utilisant les photographies aériennes et les relevés de terrain de l'Inventaire Forestier National. De fortes évolutions du couvert forestier étant observées, nous avons donc recherché un lien avec l'évolution des comportements hydrologiques, qui confirmerait les résultats obtenus sur de nombreux petits bassins versants expérimentaux. L'analyse statistique n'a fait apparaître aucun lien significatif, et nous concluons que pour notre zone d'étude et à l'échelle à laquelle nous avons travaillé (bassin de 5 à 90 km²), une évolution graduelle du couvert forestier n'a pas de conséquence détectable sur le comportement hydrologique des bassins versants. Nous montrons cependant que l'occurrence de fortes non-stationnarités est restreinte aux bassins versants peu boisés, ce qui pourrait laisser penser que la forêt a un rôle tampon sur des changements dont l'origine n'a pu être déterminée.

Aurore Lavigne

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Jean-Baptiste Lecomte

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Aurélien Bechler

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Marco Oesting

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