Un bon nombre d'expériences récentes en biologie mesurent des systèmes composés de plusieurs composants en interactions, comme par exemple les réseaux de neurones. Normalement, on a expérimentalement accès qu'au comportement collectif du système, même si on s'intéresse souvent à la caractérisation des interactions entre ses différentes composants. Cette thèse a pour but d'extraire des informations sur les interactions microscopiques du système à partir de son comportement collectif dans deux cas distincts. Premièrement, on étudie un système décrit par un modèle d'Ising plus général. On trouve des formules explicites pour les couplages en fonction des corrélations et magnétisations. Ensuite, on s'intéresse à un système décrit par un modèle de Hopfield. Dans ce cas, on obtient non seulement une formule explicite pour inférer les patterns, mais aussi un résultat qui permet d'estimer le nombre de mesures nécessaires pour avoir une inférence précise.

Les nanofils de silicium présentent un fort potentiel technologique, qui ne se révèle que lorsque la taille des objets est bien maîtrisée. L'obtention de ces structures par Dépôt Chimique en phase Vapeur est réalisée par croissance catalysée à partir de précurseurs du silicium chlorés ou hydrogénés. On détaille ici les effets du chlore sur la passivation des surfaces de silicium et des flancs des nanofils. Cette passivation ralentit la diffusion du catalyseur (Au) sur la surface mais ne change pas la cinétique de la croissance (axiale) du fil. On obtient ainsi une croissance reproductible et stable de nanofils notamment pour les diamètres supérieurs à 20 nm. L'effet du chlore est également visible sur les flancs des nanofils, où les facettes évoluent plus ou moins vite selon la vitesse de croissance radiale. La passivation de la surface des nanofils permet donc la stabilisation de leur croissance et le contrôle de leur morphologie.

L'étude de la transition liquide-gaz dans les matériaux poreux permet de tester l'influence du désordre et du confinement sur une transition de phase du premier ordre. L'hélium, grâce à sa faible tension de surface, autorise l'étude dans une large gamme de matériaux, notamment ceux à porosité très élevée, comme les aérogels de silice. Il est alors possible, en faisant varier la porosité et/ou la microstructure, de jouer sur le désordre et/ou le confinement. La principale conséquence est l'évolution du cycle d'hystérésis observé dans les isothermes entre condensation et évaporation.Dans le cas des aérogels de silice, une transition hors d'équilibre induite par le désordre est prédite par un modèle numérique de type RFIM, ce traduisant par une divergence de la pente de la branche d'adsorption à basse température. Nos mesures, dans deux échantillons de porosité différente, montrent cette divergence et confirment l'évolution de la température de transition avec la porosité prédite par le modèle.De plus, l'étude qualitative et quantitative du signal optique, que nous acquerrons pendant les isothermes, permet une visualisation des macro-avalanches prédites par le modèle (transition brutale à une échelle macroscopique entre un mélange hétérogène - bulles et gouttes - et un état liquide). Parallèlement, nous avons étudié un autre matériau poreux, le Vycor, où le confinement est le paramètre clef. Pour interpréter les observations expérimentales, nous avons développé un modèle numérique qui nous a permis de comprendre des phénomènes aussi variés que l'évolution de la densité du liquide confiné avec la température ou la modification de la tension de surface par le confinement.

Nous étudions expérimentalement différentes figures d'impacts de solides sur des liquides. Dans un premier temps, nous lançons à grande vitesse une bille dans un bain. Nous mesurons sa décélération et en déduisons la force exercée par le fluide sur la bille. Nous montrons ainsi qu'une mousse fortement cisaillée se comporte comme un fluide visqueux. Lors de ces impacts violents, de l'air est entraîné dans le bain par le projectile. Il se forme alors au sein du liquide une cavité que nous caractérisons : elle prend la forme d'un tunnel dans la mousse, d'un vase dans une huile visqueuse, et d'une spirale dans l'eau si la bille tourne sur elle-même au moment de l'impact. Nous nous intéressons ensuite à des impacts à plus faible vitesse, en remplaçant le bain par un film liquide : film de savon ou film visqueux étendu sur un plan. Les forces capillaires deviennent alors comparables à l'inertie des projectiles. On montre alors qu'une bille venant frapper un film peut rester piégée dans le liquide. Une mousse, qui contient de nombreux films liquides, peut ainsi freiner puis capturer des solides par capillarité.

La réponse à des vibrations et l'étude de la stabilité des pentes ont une place particulière dans l'étude des milieux granulaires. Ces études peuvent d'une part nous renseigner sur le comportement des milieux granulaires présents dans le milieu naturel et souvent soumis à ces deux types de sollicitations (avalanches de grains, éboulements de roches, dynamique des dunes, tremblements de terre, ...). D'autre part, elles permettent d'appréhender ces milieux comme des systèmes modèles hors équilibre et d'analyser les résultats à la lumière de ceux obtenus sur la dynamique des systèmes vitreux. Nous avons tout d'abord étudié expérimentalement par des méthodes optiques et acoustiques la réponse d'un milieu granulaire lentement incliné. La dynamique présente deux régimes : un régime de petits réarrangements indépendants et localisés est suivi d'un régime intermittent caractérisé par de grands événements de type "précurseurs" au voisinage de l'angle d'avalanche. Ce régime dit de "précurseurs" correspond à un mouvement collectif de l'ensemble des grains situés à la surface de l'empilement. Nous mettons en évidence l'importance du détail microscopique de l'interaction entre les grains et de la condition à la limite à la base de l'empilement sur la dynamique du système dans ce régime. La dynamique globale du système a été étudiée et comparée à un modèle simple de type automate cellulaire. Dans un second temps, nous avons étudié numériquement la réponse d'un milieu granulaire soumis à des vibrations. Le comportement du système présente des caractéristiques qui sont communes à tous les systèmes hors équilibre (distributions non-gaussiennes des déplacements, ralentissement et hétérogénéités de la dynamique,...). L'influence de la condition à la limite au fond de l'empilement sur la structuration de celui-ci et sur le ralentissement de la dynamique a également été discutée. Nous avons, en particulier, mis en évidence une zone d'épaisseur environ égale à 5 diamètres de grains où des hétérogénéités dynamiques et de fortes corrélations entre les mouvements des grains apparaissent.

Stochastic dynamic programming is a recursive method for solving sequential or multistage decision problems. It helps economists and mathematicians construct and solve a huge variety of sequential decision making problems in stochastic cases. Research on stochastic dynamic programming is important and meaningful because stochastic dynamic programming reflects the behavior of the decision maker without risk aversion; i.e., decision making under uncertainty. In the solution process, it is extremely difficult to represent the existing or future state precisely since uncertainty is a state of having limited knowledge. Indeed, compared to the deterministic case, which is decision making under certainty, the stochastic case is more realistic and gives more accurate results because the majority of problems in reality inevitably have many unknown parameters. In addition, time scale calculus theory is applicable to any field in which a dynamic process can be described with discrete or continuous models. Many stochastic dynamic models are discrete or continuous, so the results of time scale calculus are directly applicable to them as well. The aim of this thesis is to introduce a general form of a stochastic dynamic sequence problem on complex discrete time domains and to find the optimal sequence which maximizes the sequence problem.

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An analysis of the effect of passing vehicles’ characteristics and their impact on other drivers’ velocities was investigated. Three experimental studies were proposed and likely outcomes were discussed. Experiment 1 focused on the effect of passing vehicle type (SUV, sedan or truck) on driver speed. Drivers were hypothesized as going faster when the same vehicle type as they were driving passed them versus when no vehicle or a different vehicle passed them. Experiment 2 focused on the effect of passing SUV age on driver’s speed. Evidence suggests passing older SUVs will increase the driver’s speed more than new SUVs. Experiment 3 focused on the effect of passing SUV color on speed. Drivers were hypothesized to go faster when brighter colors (red and yellow) rather than cooler colors (grey and black) were painted on the vehicle.

Digital soil mapping (DSM) relies on quantitative relationships between easily measured environmental covariates and field and laboratory data. We applied innovative sampling and inference techniques to predict the distribution of soil attributes, taxonomic classes, and dominant vegetation across a 30,000-ha complex Great Basin landscape in southwestern Utah. This arid rangeland was characterized by rugged topography, diverse vegetation, and intricate geology. Environmental covariates calculated from digital elevation models (DEM) and spectral satellite data were used to represent factors controlling soil development and distribution. We investigated optimal sample size and sampled the environmental covariates using conditioned Latin Hypercube Sampling (cLHS). We demonstrated that cLHS, a type of stratified random sampling, closely approximated the full range of variability of environmental covariates in feature and geographic space with small sample sizes. Site and soil data were collected at 300 locations identified by cLHS. Random forests was used to generate spatial predictions and associated probabilities of site and soil characteristics. Balanced random forests and balanced and weighted random forests were investigated for their use in producing an overall soil map. Overall and class errors (referred to as out-of-bag [OOB] error) were within acceptable levels. Quantitative covariate importance was useful in determining what factors were important for soil distribution. Random forest spatial predictions were evaluated based on the conceptual framework developed during field sampling.

Ce mémoire est consacré à la dynamique aux temps longs des sytèmes d'ondes Hamiltoniens. <br />Dans une première partie nous identifierons l'état d'équilibre comme le minimum de l'énergie libre. La dynamique évolue, alors, en règle générale de telle manière que l'énergie libre soit minimum en respectant les quantités conservées. Ensuite nous décrivons la théorie de la turbulence faible comme approche cinétique à l'équilibre statistique d'un système d'ondes. Nous expliquons comment cette description cinétique conduit le système à l'équilibre. Dans le cadre d'un système quantique de particules indiscernables nous présentons une dérivation nouvelle de l'équation de Boltzmann quantique pour des interactions de coeurs durs. Nous montrons que sous certaines conditions la dynamique future de l'équation de Boltzmann quantique pour des bosons développe une singularité en temps fini comme précurseur de la formation d'un condensat de Bose-Einstein. Nous examinons l'analogue classique de la condensation de Bose-Einstein : la condensation d'ondes à l'aide de l'équation de Schrödinger non linéaire. En effet la théorie de la turbulence faible montre que la dynamique aux temps longs est gouvernée par une équation cinétique à quatre ondes qui suit une singularité en temps fini comme précurseur de la formation d'un condensat d'ondes. Finalement nous obtenons l'équation cinétique à quatre ondes pour la dynamique d'une plaque élastique vibrante.