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With the continuous development of geo-localized sensor technology and data acquisition infrastructures, environmental and urban science researchers have new opportunities to study geographic phenomena at different temporal and spatial scales. Indeed, the wide range of geographic data now available offers multiple possibilities for exploring spatio-temporal data for a better understanding of the nature of the dynamics of underlying environmental processes. In front of such opportunities, major challenges emerge and raise many methodological issues related to the conceptualization and digital representation of space-time. The objective of this research is to develop a hybrid model of the geographical space that reconciles the field and object approaches and that takes into account a fine integration of the temporal dimension. On the basis of this hybrid spatio-temporal data model, our approach specifies a wide range of spatio-temporal queries qualified as hybrid and which allows exploiting the potential of the developed model. The aim is to explore and validate to what extent such a hybrid representation can provide a feasible and semantically rich model, and on the other hand to allow the definition of manipulation mechanisms at the level of a query language for the study of complex geographic phenomena. The proposed validation context is that of a marine geomorphology dynamics phenomenon. This case is considered as a relevant example of an environmental phenomenon for which a hybrid representation makes sense. A series of performance and scalability experiments are finally reported and show how the whole model behaves.; Grâce au développement permanent de la technologie des capteurs géo-localisés et des infrastructures d'acquisition de données, les chercheurs en sciences environnementales et urbaines disposent de nouvelles possibilités pour étudier les phénomènes géographiques à différentes échelles temporelles et spatiales. En effet, le large éventail de données géographiques désormais disponibles offre de multiples possibilités d'exploration des données spatio-temporelles pour une meilleure compréhension de la nature de la dynamique des processus environnementaux sous-jacents. Face à de telles opportunités, des défis majeurs se manifestent et soulèvent cependant de nombreuses questions méthodologiques liées à la conceptualisation et à la représentation numérique de l'espace-temps. L'objectif de cette recherche consiste à développer une modélisation hybride de l'espace géographique qui réconcilie les approches champs et objet et qui prenne en compte une fine intégration de la dimension temporelle. Sur la base de ce modèle de données spatio-temporel hybride, notre approche spécifie un large éventail de requêtes spatio-temporelles qualifiées d'hybrides et qui permet d’exploiter le potentiel du modèle développé. La finalité consiste à explorer et de valider dans quelle mesure une telle représentation hybride puisse fournir une modélisation faisable et sémantiquement riche, et d'autre part de permettre la définition de mécanismes de manipulation au niveau d'un langage d'interrogation pour l'étude de phénomènes géographiques complexes. Le contexte de validation proposé est celui d’un phénomène de dynamique de géomorphologie marine. Ce cas est considéré comme un exemple pertinent de phénomène environnemental pour lequel une représentation hybride a un sens. Une série d'expériences de performance et d'extensibilité sont finalement rapportées et montrent comment l'ensemble du modèle se comporte.

With the continuous development of geo-localized sensor technology and data acquisition infrastructures, environmental and urban science researchers have new opportunities to study geographic phenomena at different temporal and spatial scales. Indeed, the wide range of geographic data now available offers multiple possibilities for exploring spatio-temporal data for a better understanding of the nature of the dynamics of underlying environmental processes. In front of such opportunities, major challenges emerge and raise many methodological issues related to the conceptualization and digital representation of space-time. The objective of this research is to develop a hybrid model of the geographical space that reconciles the field and object approaches and that takes into account a fine integration of the temporal dimension. On the basis of this hybrid spatio-temporal data model, our approach specifies a wide range of spatio-temporal queries qualified as hybrid and which allows exploiting the potential of the developed model. The aim is to explore and validate to what extent such a hybrid representation can provide a feasible and semantically rich model, and on the other hand to allow the definition of manipulation mechanisms at the level of a query language for the study of complex geographic phenomena. The proposed validation context is that of a marine geomorphology dynamics phenomenon. This case is considered as a relevant example of an environmental phenomenon for which a hybrid representation makes sense. A series of performance and scalability experiments are finally reported and show how the whole model behaves.; Grâce au développement permanent de la technologie des capteurs géo-localisés et des infrastructures d'acquisition de données, les chercheurs en sciences environnementales et urbaines disposent de nouvelles possibilités pour étudier les phénomènes géographiques à différentes échelles temporelles et spatiales. En effet, le large éventail de données géographiques désormais disponibles offre de multiples possibilités d'exploration des données spatio-temporelles pour une meilleure compréhension de la nature de la dynamique des processus environnementaux sous-jacents. Face à de telles opportunités, des défis majeurs se manifestent et soulèvent cependant de nombreuses questions méthodologiques liées à la conceptualisation et à la représentation numérique de l'espace-temps. L'objectif de cette recherche consiste à développer une modélisation hybride de l'espace géographique qui réconcilie les approches champs et objet et qui prenne en compte une fine intégration de la dimension temporelle. Sur la base de ce modèle de données spatio-temporel hybride, notre approche spécifie un large éventail de requêtes spatio-temporelles qualifiées d'hybrides et qui permet d’exploiter le potentiel du modèle développé. La finalité consiste à explorer et de valider dans quelle mesure une telle représentation hybride puisse fournir une modélisation faisable et sémantiquement riche, et d'autre part de permettre la définition de mécanismes de manipulation au niveau d'un langage d'interrogation pour l'étude de phénomènes géographiques complexes. Le contexte de validation proposé est celui d’un phénomène de dynamique de géomorphologie marine. Ce cas est considéré comme un exemple pertinent de phénomène environnemental pour lequel une représentation hybride a un sens. Une série d'expériences de performance et d'extensibilité sont finalement rapportées et montrent comment l'ensemble du modèle se comporte.

It is important to ensure data quality in GIS applications. Also, from their conception, a constraint language can be combined with conventional modeling languages ​​to specify formally the alphanumeric and spatial constraints that language must comply. The purpose of this thesis was to propose a constraint language to specify the conditions that agricultural system must meet to be consistent. For this, we have expanded in spatial OCL, the language of duress with UML. Through the integration of spatial types and specification models of topological relations, the proposed extensions allow the description of spatial constraints from a UML class model of extended space. The expressiveness of each proposed extension of OCL has been studied. These languages ​​have been implemented through the extension of a code generator, and experienced OCL2SQL Cemagref as part SIGEMO, Il est important d'assurer la qualité des données dans les applications géomatiques. Aussi, dès leur conception, un langage de contraintes peut être associé aux langages de modélisation classiques afin de spécifier formellement les contraintes alphanumériques et spatiales que le langage devra respecter. Le but de cette thèse était donc de proposer un langage de contraintes pour spécifier les conditions qu'un système agricole doit respecter pour être cohérent. Pour cela, nous avons étendu au niveau spatiale OCL, le langage de contrainte associé à UML. Par l'intégration de types spatiaux et de modèles de spécifications de relations topologiques, les extensions proposées permettent de décrire des contraintes spatiales à partir d'un modèle de classe UML étendu au spatial. L'expressivité de chaque proposition d'extension d'OCL a été étudiée. Ces langages ont été implémentés à travers l'extension d'un générateur de code, OCL2SQL et expérimenté au Cemagref dans le cadre SIGEMO