Cette thèse étudie l’influence des fluctuations de l’environnement au cours de l’évolution sur l’architecture fonctionnelle des protéines.L’apparition de groupes restreints d’acides aminés – les secteurs, possédant des propriétés particulières tant du point de vue structurel et évolutif que fonctionnel ne trouve en effet pas d’explication simple dans le paradigme classique de la physique des protéines. Nous avons donc choisi d’étudier le rôle de l’histoire évolutive dans la construction de cette architecture particulière et des propriétés qui en découlent.Nous avons pour cela construit un modèle de protéine fonctionnelle inspiré des modèles de réseaux élastiques, que nous avons soumis à une évolution in silico en variant au cours du temps, avec différentes fréquences, la fonction recherchée. Nous avons montré que ces fluctuations induisent une concentration semblable à celle observée dans les protéines et avons pu déterminer les paramètres clés contrôlant ce phénomène. Nous avons finalement abordé le lien entre la statistique temporelle de l’environnement et l’apparition de différents secteurs indépendants. / This thesis studies the influence of an evolutionary fluctuating environment on the functional architecture of proteins.The appearance of restricted groups of amino acids – sectors, with particular functional, evolutional and structural properties has no simple explanation in the classical paradigm of proteins physics. So we choose to study the role of evolutionary history on the construction of this particular architecture and the resulting properties.We have thus constructed a model of functional protein inspired by the elastic network models, that we have evolved in silico while temporarily varying the targeted function with various frequencies. We have shown that these fluctuations induce a form of sparsity close to that observed in proteins and has identified the key parameters of this phenomenon. We finally investigate the link between the temporal statistics of the environment and the appearance of different independent sectors.

La virtualisation matérielle telle que mise en oeuvre dans le cloud computing, permet le partage de ressources matérielles entre plusieurs machines virtuelles pouvant appartenir à différents utilisateurs. Ce partage des ressources constitue l’atout majeur de ces infrastructures,qui permet aux fournisseurs d’exploiter plus efficacement les ressources des centres de données, notamment à travers l’allocation dynamique des ressources. Cependant, le partage des ressources introduit de nouvelles contraintes de sécurité. Plusieurs travaux de l’état de l’art ont démontré l’apparition de nouvelles stratégies d’attaques propres aux infrastructures cloud computing, exploitant le partage des ressources. Néanmoins, il a aussi été démontré qu’il est possible de tirer avantage de la position privilégiée de la couche de virtualisation pour offrir une meilleure sécurité que celle assurée dans les plate-formes traditionnelles d’hébergement en silo. Cette thèse poursuit deux axes de recherche complémentaires. Le premier axe traite des nouvelles vulnérabilités liées aux infrastructures cloud computing. Nous avons démontré une attaque que nous appelons attaque par "migrations intempestives de machines virtuelles", dans laquelle un attaquant parvient à amener le système de gestion dynamique de ressources à migrer de façon abusive des machines virtuelles, par simple manipulation des quantités de ressources consommées par des machines virtuelles qui sont sous son contrôle. Nous avons démontré cette attaque sur une plate-forme constituée de cinq serveurs et analysé les conditions nécessaires à son succès ainsi que l’exposition des clusters vis-à-vis de la vulnérabilité qu’elle exploite. Le second axe propose de tirer avantage de la position privilégiée de l’opérateur qui dispose à la fois d’une vue multi-couches plus riche de l’utilisation des ressources et d’une vue plus globale des contextes d’exécution des machines virtuelles, comparativement à la vue limitée de l’utilisateur, pour offrir une meilleure sécurité. Nous avons proposé AMAD (Abusive VM Migration Attack Detection), un système de supervision, chargé de détecter l’occurrence des attaques par migrations intempestives de machines virtuelles et d’identifier de façon automatique celles à l’origine de l’attaque. AMAD est implémenté sur notre plate-forme d’expérimentation et évalué à l’aide de traces de consommation de machines virtuelles collectées sur des clouds réels. Les résultats d’évaluation montrent qu’AMAD opère avec une bonne précision de détection. / Hardware virtualisation is the core technology which enables resource sharing among multiple virtual machines possibly belonging to different tenants within cloud infrastructures. Resources haring is the main feature that enables cost effectiveness of cloud platforms, achieved through dynamic resource management. However, resource sharing brings several new security concerns. Several proofs of concepts have demontrated new attack strategies brought by the resource sharing paradigm, known as cross-virtual machine attacks. Even so, it is also showed that the priviligied position of the virtualisation layer can be leveraged to offer better security protection mecanisms than the ones offered in non virtualized platfoms.This thesis follows two main objectives. The first one is related to the domain of cloud-specific vulnerabilities. We have demonstrated a new attack, called the abusive virtual machine migration attack, in which an attacker can leverage the sharing of resources, through the manipulation of the amounts of resources consumed by virtual machines under his control, to abusively enforce the dynamic resource management system to trigger virtual machine migrations. We have demonstrated this attack on a virtualized platform composed of five physical machines, the necessary conditions for the attack to succeed and the vulnerability exposure of clusters against this kind of attack is also analyzed. The second main contribution of this thesis aims at leveraging the privilged position of the cloud provider who has both a more reliable view of the ressource utilisation and a more complete view of the virtual machine execution contexts compared to the limited view of cloud users, to provide better security. We propose AMAD (Abusive Virtual Machine Migration Attack Detection), a system designed for detecting an abusive use of the dynamic virtual machine migration, in the case of the abusive virtual machine migration attack. AMAD identifies the virtual machines possibly at the origin of the attack by analyzing their resource consumption profiles which show fluctuation and correlation in the usage of resources. We have implemented AMAD on top of our laboratory platform and evaluated it with the help of virtual machine resource consumption traces collected from real cloud. Our evaluation results show that AMAD identifes the attacking virtual machines with high detection accuracy.

La disparition attendue des combustibles fossiles dans un avenir proche est l'un des grands défis de ce siècle auquel nous devons faire face. Pour cela, il serait judicieux de transférer l’énergie primaire utilisée aujourd'hui en énergies renouvelables. Le secteur des transports est l'un des plus concernés par cette problématique. Une application dans ce secteur nécessite de nombreux travaux de recherche et c'est dans ce contexte que le stockage de l'hydrogène à l'intérieur des clathrate hydrates a été entrepris au cours de mon programme de recherche doctoral. Cette étude avait pour objectif d’étudier les interactions hôte-invité (dynamique) dans les clathrates hydrates et s’est étendue de la synthèse de clathrates hydrates jusque l’insertion de l'hydrogène en leur sein. Cette étude a été faite à la fois d’un point de vue expérimental et théorique : des simulations de Dynamique Moléculaire (MD) ont été utilisées afin de guider l’interprétation d’expériences de Diffusion incohérente Quasi Elastique des Neutrons (QENS). Dans un premier temps, nous avons développé cette approche méthodologique en étudiant la dynamique du clathrate hydrate de bromométhane, système prototype. Dans un deuxième temps, nous avons appliqué cette approche multi-technique à l'étude de clathrate hydrates impliqués dans la problématique du stockage d'hydrogène. Pour cela, nous avons étudié le clathrate hydrate de tétrahydrofurane (THF), utilisé comme sous-structure hôte au stockage d'hydrogène. Un dispositif expérimental original a été développé pour la préparation d'un hydrate clathrate binaires H2-THF. L’analyse des expériences de diffusion neutronique effectuée sur ce clathrate binaire a révélé l’existence de mouvements diffusifs localisés des molécules d’hydrogène à l’intérieur des cages. / The expected disappearance of fossil fuels in the near future is one of the major challenges of this century which we need to face up and it is necessary to anticipate it. For that, it will be convenient that we have begun the primary energy transfer used today to renewable energy. The sector of transport is one of the most concerned by these renewable energies. An application in this sector would require numerous research works and it is in this context that the hydrogen storage inside the clathrate hydrates has been undertaken during my PhD. This work aimed at investigating the host-guest interactions (dynamics) of clathrate hydrates and ranged from the synthesis of clathrate hydrates to the insertion of hydrogen within them. This study has been done both from experimental and theoretical point of view. Molecular Dynamics (MD) simulations were used to guide the interpretation of incoherent Quasi-Elastic Neutron Scattering (QENS) experiments. At first, we developed a methodology combining MD and QENS to investigate the dynamics of bromomethane clathrate hydrate, a prototypical system. Having validated the multi-technique approach, the methodology has been applied to investigate clathrate hydrates involved in the hydrogen storage problematic. In this issue, the tetrahydrofuran (THF) clathrate hydrate, used as host sub-structure for storing hydrogen, has been studied. An original experimental set-up has been developed for the preparation of a binary H2-THF clathrate hydrate. The analysis of QENS experiments performed on this binary clathrate hydrate revealed the existence of localized translational motion of hydrogen molecules within the clathrate cages.

Le dimensionnement des ponts et viaducs au Canada se base sur la norme CAN/CSA S6-14. Pour le calcul de ces structures sous des charges extrêmes, des cartes d'aléa sismique sont produites par la Commission géologique du Canada selon un taux d'amortissement de 5 %. La norme propose des taux d'amortissement visqueux élastique de 2 % pour le béton et de 1 % pour l'acier. Un nouveau facteur de correction selon l'amortissement est mentionné dans cette norme pour modifier les spectres de réponse provenant des cartes sismiques. Plusieurs études sur des ouvrages d'art quantifient les taux d'amortissement visqueux élastique entre 1 % et 2 %, confirmant ainsi qu'il est nécessaire d'utiliser un facteur de correction des spectres pour éviter une sous-évaluation des déplacements au niveau du tablier. Le projet de recherche consiste à quantifier le taux d'amortissement visqueux élastique des ponts routiers grâce à des essais in situ sur des ouvrages du Québec. Les essais débutent avec l'acquisition de données à l'aide d'accéléromètres alors que le pont est sous vibrations ambiantes. Une fois les propriétés modales extraites, un essai sous vibrations forcées par balayage des fréquences est effectué, en ciblant les fréquences propres. L'interprétation de la réponse de la structure à ce dernier essai permet de trouver précisément l'amortissement. Une étude paramétrique sur le logiciel OpenSees est aussi effectuée pour évaluer l'impact de la variation du taux d'amortissement utilisé sur les déplacements du tablier lors d'un séisme. Les résultats démontrent que le taux d'amortissement visqueux élastique peut être aussi bas que 1 %, ce qui peut doubler la réponse en déplacements aux joints d'un pont par rapport à une analyse avec 5 % d'amortissement. Le mémoire cherche à clarifier l'utilisation de la norme S6-14, à démontrer l'importance d'utiliser un bon taux d'amortissement et à encourager l'utilisation d'un facteur de correction des spectres adéquat pour calculer la réponse sismique des ponts routiers québécois et canadiens. Des recommandations sont proposées dans ce sens.

L’évaluation de la gravité et la surveillance des maladies pulmonaires chroniques représentent deux challenges importants pour la prise en charge des patients et l’évaluation des traitements. La surveillance repose principalement sur les données fonctionnelles respiratoires mais l’évaluation morphologique reste un point essentiel pour le diagnostic et l’évaluation de sévérité. Dans la première partie de cette thèse, nous proposons différents modèles pour quantifier la sévérité de pathologies bronchiques chroniques au scanner. Une approche simple par seuillage adaptatif et une méthode plus sophistiquée de radiomique sont évaluées Dans la seconde partie, nous évaluons une méthode d’apprentissage profond pour contourer automatiquement l’atteinte fibrosante de la sclérodermie en scanner. Nous combinons le recalage élastique vers différents atlas morphologiques thoraciques et l’apprentissage profond pour développer un modèle dont les performances sont équivalentes à celles des radiologues. Dans la dernière partie, nous démontrons que l’étude de la déformation pulmonaire en IRM entre inspiration et expiration peut être utilisée pour repérer les régions pulmonaires en transformation fibreuse, moins déformables au cours de la respiration, et qu’en scanner, l’évaluation de la déformation entre des examens successifs de suivi peut diagnostiquer l’aggravation fibreuse chez les patients sclérodermiques. / Disease staging and monitoring of chronic lung diseases are two major challenges for patient care and evaluation of new therapies. Monitoring mainly relies on pulmonary function testing but morphological assessment is a key point for diagnosis and staging In the first part, we propose different models to score bronchial disease severity on computed tomography (CT) scan. A simple thresholding approach using adapted thresholds and a more sophisticated machine learning approach with radiomics are evaluated In the second part, we evaluate deep learning methods to segment lung fibrosis on chest CT scans in patients with systemic sclerosis. We combine elastic registration to atlases of different thoracic morphology and deep learning to produce a model performing as well as radiologists In the last part of the thesis, we demonstrate that lung deformation assessment between inspiratory and expiratory magnetic resonance images can be used to depict fibrotic lung areas, which show less deformation during respiration and that CT assessment of lung deformation on serial CT scans can be used to diagnose lung fibrosis worsening

Un traducteur électromagnétique acoustique (EMAT) induit sans contact des sources dynamiques responsables du rayonnement ultrasonore transmis dans une pièce pour son contrôle non-destructif (CND).Un modèle de sources de transduction induites par EMAT en milieux ferromagnétiques est développé. Il prend en compte des courbes anhystérétiques d’aimantation et de déformation de magnétostriction prédites par une approche multi-échelle simplifiée, et dérive formellement les tenseurs des contraintes électromagnétiques et magnétostrictives adaptés à la formulation des sources électromagnéto-élastiques induites par EMAT dans une très large gamme de configurations d’inspection.Pour simuler efficacement le rayonnement ultrasonore de sources volumiques en utilisant les modèles semi-analytiques du logiciel CIVA, une méthode capable de les transformer en contraintes surfaciques équivalentes est développée. Ainsi, le modèle formule une source de contraintes surfaciques décrivant l’ensemble des phénomènes de transduction impliqués par EMAT en milieux magnétiques. Ce modèle permet de quantifier le poids relatif de chaque source de transduction, d’illustrer l’influence de la prise en compte des lois magnéto-élastiques anhystérétiques, et de mettre en évidence les variations des sources avec un état de contraintes mécaniques. Il est appliqué dans une configuration EMAT donnée pour illustrer l’apport des outils mis en place dans la conception d’EMAT pour le CND, et ses prédictions sont comparées avec succès à des résultats de mesure. / An electromagnetic acoustic transducer (EMAT) induces without contact dynamic sources in a ferromagnetic material which radiate ultrasonic waves used for its nondestructive evaluation (NDE).Taking account of the anhysteretic magnetic and magnetostrictive constitutive laws predicted by a simplified multiscale approach, the transduction model derives the electro-magnetic and magnetostrictive stresses tensors, well-fitted for the definition of electromagnetic and magnetostrictive sources induced by EMAT, irrespective of the piece geometry, of the material properties and of the transducer design.To efficiently predict ultrasonic field radiation with the CIVA platform, a method to transform body sources into equivalent surface stresses is developed. As a result, an equivalent surface source is derived to accurately depict all the transduction processes induced by EMAT in nonlinear magnetic material. The model is used to quantify the weight of each transduction mecanism, to illustrate effects of nonlinear magnetoelastic behaviors of materials, to enlighten the impact of elastic residual stresses on transduction sources. It is applied in a given EMAT NDE configuration to illustrate how the developed tools can help optimizing EMAT design, and its predictions are succesfully compared to experimental measurements.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Depuis leur introduction, les agents de contraste ont révolutionné l'imagerie échographique. Ils sont composés de microbulles gazeuses, qui injectés par voie intraveineuse dans le sang, ils améliorent l'image échographique. Une autre application pour laquelle les caractéristiques physiques des agents de contraste sont exploitées est l'imagerie ciblée. Une approche basée sur l'utilisation de ligands intégrés à la paroi des microbulles, celles-ci adhérent aux facteurs de surfaces moléculaires surexprimés par les cellules endothéliales qui tapissent la paroi interne des vaisseaux sanguins. Pour pouvoir distinguer ces microbulles de celles qui circulent librement, elles doivent réfléchir un signal acoustique suffisamment intense. Cependant, le faible taux d'adhérence des microbulles engendre une réduction du signal acoustique. Pour résoudre ce problème, il est important de déterminer l'effet des parois sur leurs dynamiques acoustiques. Dans cette thèse, nous avons étudié l’effet des parois élastiques sur le comportement dynamique des microbulles constituant les agents de contraste. Dans un premier temps, un modèle théorique représentant une paroi avec une épaisseur finie a été développé. Il a été démontré que l’amplitude de l’écho rétrodiffusé par une microbulle proche d’une paroi avec une épaisseur finie est inférieure à celui d’une microbulle se trouvant dans un fluide infini. D'autres parts, pour représenter la paroi d’un vaisseau sanguin, les propriétés mécaniques de la paroi élastique ont été intégrées au modèle. Il a été observé que la fréquence de résonance d’une microbulle proche d’une paroi est supérieure à celle dans un fluide infini. Par la suite, nous avons étudié l’effet de trois types de parois sur le comportement d’une microbulle parmi lesquelles la paroi d'OptiCell communément utilisée en expérimentations ultrasonores. Les résultats ont montré que la microbulle proche de la paroi d’OptiCell diffuse un écho supérieur à celui de la microbulle éloignée de la paroi, lorsque la fréquence d’excitation est au-dessus de sa fréquence de résonance. Nous avons constaté aussi que les petites bulles sont plus sensibles à la proximité de la paroi. Par la suite, nous avons développé un modèle décrivant une microbulle attachée à une paroi élastique. Nous avons montré que le contact direct de la bulle avec la paroi induit une diminution de l'écho par rapport à la même bulle dans un liquide infini. Le contact direct de la bulle avec la paroi engendre une augmentation de la fréquence de résonance part rapport à une bulle sans contact direct. Enfin, une étude expérimentale a montré l'avantage de l'imagerie sous-harmonique pour différencier les microbulles attachées des microbulles libres. / Since they were introducted, contrast agents have revolutionized the ultrasound imaging. They are composed of tiny gaseous microbubbles and when injected intravenously into the blood, they improve the ultrasound image. Targeted imaging is another application based on the physical characteristics of contrast agents. This approach is based on the ligands incorporation into the microbubbles shell. The microbubble attach to the molecular factors overexpressed by endothelial cells, covering the inner wall of blood vessels. To distinguish these microbubbles from those freely circulating, attached microbubble have to produce an acoustic signal that is sufficiently strong. However, the low microbubbles adhesion induces a decrease of the acoustic signal. To make it possible, it is important to determine the effect of the elastic wall on their acoustic response. This thesis aimed to study the effect of elastic walls on the ultrasonic behavior of targeted microbubbles. First, a theoretical model describing a wall with finite thickness was developed. It has been shown that the scattered echo amplitude by a microbubble near a wall with finite thickness is small in comparison to the echo from a microbubble located in an infinite fluid. Furthermore, and in order to account for the effect of blood vessel wall, the mechanical properties of the wall have been incorporated into the model. The results showed that the resonane frequency of a microbubble near the wall is higher than the resonanace of the same microbubble in an infinite medium. Subsequently, we studied the effect of three types of walls on the microbubble behavior including the wall of OptiCell chamber which is commonly used in ultrasonic experiments. We have shown that microbubbles near the OptiCell wall diffuses a higher echo than those far from the wall when the excitation frequency is above the microbubble resonance frequency. On the other side, we observed that small microbubbles to the presence of the wall. Afterward, we developed a model describing a microbubble attached to the wall. We have shown that the microbubble in direct contact with the wall induces a decrease of the echo amplitude compared to the same bubble in infinite liquid. Moreover, the direct contact of the bubble with the wall generates an increase of the resonance frequency relative to a bubble without direct contact. Finally, an experimental study has shown the advantage of the subharmonic imaging to differentiate attached microbubbles from the free ones.

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration d'un matériau composite à matrice thermodurcissable incorporant des renforts nanométriques et/ou une phase élastomère, permettant d'améliorersa rigidité, son amortissement et sa résilience. Pour cela, nous avons réalisé des formulations baséessur des matrices époxyvinylester, renforcées ou non par une phase élastomère et chargées de montmorillonite ou de sépiolite. Nous avons étudié leurs propriétés visco-élastiques par analyse modaleexpérimentale et leurs propriétés à l'impact par des essais d'impact par chute de masse. Nous avonsdéterminé la microstructure des composites fabriqués en nous appuyant sur la diffraction des rayonsX et des observations en microscopie électronique. Des modèles d'homogénéisation, fondés sur lemodèle de H ALPIN -T SAI et adaptés aux matériaux composites étudiés, ont été développés afin dedisposer d'un outil permettant de relier explicitement la rigidité des composites à leur morphologie.Une analyse paramétrique approfondie a permis de déterminer les caractères morphologiques lesplus influents et d'évaluer la performance des procédés de mise en œuvre au regard des renforcements mécaniques obtenus. Expérimentalement, l'incorporation de montmorillonite ou de sépiolite a conduit à une augmentation significative du module élastique et la présence d'une phase élastomère dans la résine a permis de doubler l'amortissement et d'augmenter la résilience. Finalement, les formulations les plus performantes ont été retenues pour la fabrication de composites renforcés de fibres de verre. L'amélioration des propriétés mécaniques se retrouve, dans une moindre mesure, dans lesprototypes réalisés. La pertinence de l'utilisation de ces matériaux à l'échelle industrielle a été évaluée. / This thesis focuses on the development of a thermosetting matrix composite incorporating nanoscale reinforcements and/or an elatomeric phase to improve its stiffness, damping and resilience.To do so, we made formulations based on epoxy vinyl ester matrices, filled or not by an elastomeric phase, and reinforced with montmorillonite or sepiolite. Their viscoelastic properties were studied usingexperimental modal analysis and their impact properties were investigated using drop weight impacttesting. The microstructure of these composites was examined using X-ray diffraction and electronmicroscopy observations.Homogenization models based on H ALPIN -T SAI model and adapted to the studied composites were developed to provide a tool able to explicitly link the stiffness of the material to its morphology.A detailed parametric analysis allowed to determine the most influential morphological characteristics and to assess the efficiency of the process regarding the mechanical stiffening obtained.Experimentally, the incorporation of montmorillonite or sepiolite led to a significant increase in the elastic modulus and, with the presence of an elastomeric phase in the resin, the damping was doubled and the resilience was increased.Finally, the most efficient formulations were used to manufacture glass fibers reinforced composites.The improvement in mechanical properties was found, to a lesser extent, for the manufactured prototypes.The relevance of the use of these materials on an industrial scale was evaluated.

En France, les références associées à la fluence neutronique et aux grandeurs dosimétriques dérivées sont détenues par le Laboratoire de Métrologie, de micro-irradiation et de Dosimétrie des Neutrons (LMDN) de l’IRSN. Afin d’améliorer la définition des références en énergie et en fluence des champs neutroniques monoénergétiques de l’installation AMANDE,le LMDN s’est engagé dans le projet de développement d’un détecteur gazeux μTPC (microTime Projection Chamber) appelé LNE-IRSN-MIMAC en collaboration avec le LPSC.Dans une précédente thèse, la mesure de champs neutroniques entre 27 keV et 565 keV a été réalisée. L’objectif de ce travail de thèse est d’étendre la gamme de mesure au-delà de 1 MeV.Le choix du gaz, le développement d’une méthode d’analyse indépendante de l’utilisateur et la caractérisation du détecteur ont ainsi permis de valider la capacité du détecteur LNE-IRSN-MIMAC à réaliser des mesures dans des champs neutroniques monoénergétiques entre 250 keV et 6,5 MeV avec une précision de 3% en énergie et de 2,5% en fluence. / In France, the references associated to the neutron fluence and the deriva-ted dosimetric quantities are under the responsability of the micro-irradiation and neutronmetrology and dosimetry laboratory (LMDN)of IRSN. In order to improve the definition ofreferences in fluence and energy of the monoenergetic neutron fields, produced at AMANDEfacility, a micro-TPC gaseous detector, called LNE-IRSN-MIMAC, is developping in collabo-ration with LPSC.In a previous work, the detector was qualified for neutron fields in the energy rangebetween 27 keV and 565 keV. The objective of the present work is to extend the range of theμTPC above 1 MeV. The choice of the gas, the development of an analysis method and thedetector characterization allowed to validate the detector capacity to perform measurements inmonoenergetic neutron fields ranging from 250 keV up to 6,5 MeV with a relative uncertaintyof 3% and 2,5% respectively in energy and fluence.