De nombreux phénomènes physiques ne peuvent être compris qu'en s'intéressant à la structure électronique. Cette dernière peut être interprétée en termes de propriétés électromagnétiques, chacune de ces propriétés révélant diverses informations sur le système étudié. Il est donc important d'avoir des outils efficaces afin de calculer de telles propriétés. C'est dans ce contexte que cette thèse a été écrite, notre principal objectif ayant été de développer une méthode générale donnant accès à une vaste gamme de propriétés électromagnétiques. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons le socle théorique au sein duquel nous travaillons, en particulier la théorie de la fonctionnelle de la densité de courant dépendante du temps (TDCDFT), qui est une approche qui permet de décrire la réponse du système à un champ magnétique. La seconde partie est consacrée à la méthode que nous avons mise au point pour calculer diverses propriétés magnétiques en préservant l'invariance de jauge. Nous démontrons en particulier qu'en utilisant une simple règle de somme, il est possible de placer les courants diamagnétique et paramagnétique sur un pied d'égalité, évitant par là même les écueils habituels intrinsèques au calcul de propriétés magnétiques, comme la dépendance en l'origine de la jauge du vecteur potentiel. Nous illustrons notre méthode en l'appliquant notamment au calcul de la magnétisabilité et du dichroïsme circulaire, qui est une propriété possédant d'importantes applications pratiques, notamment en biologie. Dans la dernière partie, plus exploratoire, nous tentons d'étendre notre formalisme aux systèmes périodiques. Nous y discutons plusieurs stratégies afin de calculer l'aimantation dans des systèmes décrits par des conditions aux limites périodiques. / Various phenomena of matter can only be understood by probing its electronic structure. The latter can be interpreted in terms of electromagnetic properties, each property revealing a different piece of information. Having a reliable method to calculate such properties is thus of great importance. This thesis is to be regarded in this context. Our main goal was to develop a general method that gives access to a wide variety of electromagnetic properties. In the first part of this thesis, we describe the theoretical background with which we work, and in particular time-dependent current-density-functional theory (TDCDFT), which is a density-functional approach that can describe the response due to a magnetic field. The second part is dedicated to the method we developed in order to calculate various magnetic properties in a gauge-invariant manner. In particular, we show that by using a simple sum rule, we can put the diamagnetic and paramagnetic currents on equal footing. We thus avoid the usual problems that arise when calculating magnetic properties, such as the dependence on the gauge origin of the vector potential. We illustrate our method by applying it to the calculation of magnetizabilities and circular dichroism, which has important applications, notably in biology. In the last part, which is more explorative, we aim at extending our formalism to periodic systems. We discuss several strategies to calculate magnetization in systems described with periodic boundary conditions.

Dans cette thèse on prouve des résultats analytiques sur la théorie cohomotopique de Seiberg-Witten pour des 4-variétes Riemanniennes Spinc(4) a bouts périodiques, (X,g,τ). Nos résultats montrent, que sur certaines conditions techniques en (X, g, τ ),, cette nouvelle version est cohérente et mène a des invariants de Seiberg-Witten.Premièrement, en utilisant le critère de Taubes pour des operateurs périodiques dans des variétes a bouts périodiques, on montre que pour une 4-varieté Riemmanienne a bouts périodiques (X, g) vérifiant certaines conditions topologiques, le Laplacian ∆+ : L2(Λ2+) → L2(Λ2+) est un opérateur de Fredholm. On prouve une décomposition de type Hodge pour des 1-formes de X, a poids positif.Ensuite on prouve, en assumant certaines conditions topologiques et courbure scalaire non-negative sur les bouts, que l'opérateur de Dirac associé a une connection périodique (ASD a l'infini) est Fredholm.Dans la deuxième partie de la thèse on démontre un isomorphisme entre le groupe de cohomologie de de Rham Hd1R(X,iR), et le groupe harmonique intervenant dans la decomposition de Hodge des 1-formes de X a poids positif. On prouve l'existence de deux séquences exactes courtes liant le groupe de jauge de l'espace de modules de Seiberg-Witten et le groupe de cohomologie H1(X, 2πiZ).Dans la troisième partie on prouve les principaux résultats: la coercitivité de l'application de Seiberg-Witten et la compacité de l'espace de moduli pour une 4-varieté a bouts périodiques (X, g, τ ), vérifiant les conditions mentionnées plus haut.Finalment, utilisant la coercivité, on montre l'existence d'un invariant cohomotopique de type Seiberg- Witten type associé a (X, g, τ ). / In this thesis we prove analytic results about a cohomotopical Seiberg-Witten theory for a Riemannian, Spinc(4) 4-manifold with periodic ends, (X,g,τ) . Our results show that, under certain technical assumptions on (X, g, τ ), this new version is coher- ent and leads to Seiberg-Witten type invariants for this new class of 4-manifolds.First, using Taubes criteria for end-periodic operators on manifolds with periodic ends, we show that, for a Riemannian 4-manifold with periodic ends (X, g), verifying certain topological conditions, the Laplacian ∆+ : L2(Λ2+) → L2(Λ2+) is a Fredholm operator. This allows us to prove an important Hodge type decomposition for positively weighted Sobolev 1-forms on X.We prove, assuming non-negative scalar curvature on each end and certain technical topological conditions, that the associated Dirac operator associated with an end-periodic connection (which is ASD at infinity) is Fredholm.In the second part of the thesis we establish an isomorphism between be- tween the de Rham cohomology group, Hd1R(X,iR) (which is a topological in- variant of X) and the harmonic group intervening in the above Hodge type decomposition of the space of positively weighted 1-forms on X. We also prove two short exact sequences relating the gauge group of our Seiberg-Witten moduli problem and the cohomology group H1(X, 2πiZ).In the third part, we prove our main results: the coercivity of the Seiberg-Witten map and compactness of the moduli space for a 4-manifold with periodic ends (X,g,τ) verifying the above conditions.Finally, using our coercitivity property, we show that a Seiberg-Witten type cohomotopy invariant associated to (X, g, τ ) can be defined

La survenue de la maladie du greffon contre l’hôte aiguë (GVHa) après l’allogreffe de cellules souches hématopoïétiques (CSH) reste une source majeure de mortalité et morbidité pour laquelle des avancées thérapeutiques restent indispensables. Les lymphocytes NKT invariants (iNKT) possèdent de multiples propriétés à potentiel immuno-régulateur et anti-tumoral, mais peu de données existent chez l’homme dans le cadre de l’allogreffe de CSH. Nous avons récemment montré qu’une bonne reconstitution en iNKT post greffe ainsi qu’une bonne richesse et capacité d’expansion des iNKT du greffon, notamment du sous type CD4-, étaient corrélés à une moindre survenue de GVHa chez les patients. Ce travail avait pour objectif de déterminer quel sous type de iNKT humain pouvait réguler la réponse allo-immune et ses mécanismes d’action. Dans le modèle murin humanisé de xéno-GVH, chez la souris NSG, nous avons mis en évidence que le sous-type iNKT CD4- humain ,contrairement au sous type CD4+, permettait de diminuer la survenue de GVH et d’améliorer la survie des souris NSG greffées avec des PBMC humains enrichis ou non en lymphocytes iNKT. Nous avons montré de façon concordante, in vivo et in vitro, que les iNKT CD4- humains diminuent le profil Th1 et Th17 des lymphocytes T conventionnels et leur marqueurs d’activation après stimulation allo- et xéno-génique. Par ailleurs, les iNKT CD4- humains induisent la mortalité des cellules dendritiques in vitro et in vivo, contrairement au sous-type iNKT CD4+ qui induit leur maturation. Par contre, les iNKT CD4- n’ont pas d’impact sur les lymphocytes T régulateurs, ni sur la prolifération des T conventionnels. Ils n’altèrent pas non plus la qualité de la prise de greffe des cellules humaines dans la souris NSG. Nous concluons, que contrairement aux iNKT murins, le sous-type iNKT CD4- humain, et non pas CD4+, est capable de diminuer la survenue de xéno-GVH dans le modèle murin NSG par une régulation directe de la réponse immune allogénique. Ces résultats obtenus dans ce modèle préclinique ouvrent la possibilité d’une nouvelle thérapie cellulaire utilisant ces cellules chez l’homme pour prévenir la survenue de GVH aiguë. / The occurrence of acute graft versus host disease (aGVHD) after allogeneic stem cell transplantation (allo-SCT) is a major source of mortality and morbidity and new therapeutic advances are urgently needed. Despite the numerous immunomodulatory properties depicted for the iNKT lymphocytes, there are few studies of these lymphocytes in human allo-SCT and GVHD setting. We previously reported that a higher iNKT reconstitution in patients after allo-SCT and higher graft CD4- iNKT expansion rates, were associated with reduced risk of aGVHD in patients. In this study we aimed to assess a direct immune regulatory role of CD4+ or CD4- iNKT subsets and their mechanisms of action during the allo-immune response. We demonstrated that the human iNKT CD4- subset, but not the CD4+ subset, was associated with reduced xeno-GVHD and prolonged survival of humanized NSG mice infused with human PBSC with or without iNKT cells. We also concomitantly showed, both in vitro and in vivo, that human iNKT CD4- could dampen Th1 and Th17 conventional T cell allo and xeno-responses as well as T cell activation markers. In addition, whereas iNKT CD4+ could stimulate DC maturation, iNKT CD4- induced their apoptosis, in vitro and in vivo. We did not observe any impact on regulatory T cells and conventional T cell proliferation. iNKT CD4- did not impact the engraftment of human cells in NSG mice. We conclude that, by contrast with mice, in humans, the CD4- subset and not their CD4+ counterpart can directly down-regulate the allo-immune response. These results obtained in a robust humanized preclinical xeno-GVH mice model could open new strategies of cellular therapy in the prevention of acute GVHD.

Le but de cette thèse est d'étudier les zéros exceptionnels des fonctions L p-adiques de Rankin-Selberg. Autrement dit, pour un couple de formes modulaires nous étudierons l'annulation de la fonction p-adique interpolant la fonction L de Rankin-Selberg associée à ce couple. Lorsque la fonction s'annule, on exprime alors la dérivée de la fonction L p-adique en fonction de l'invariant L,des périodes p-adique et infinie et du terme principal de la fonction complexe de Rankin-Selberg. / The aim of this thesis is to study the extra zeros of the p-adic L functions of Rankin-Selberg. In other words, for a couple of modular forms we study the zeros of the p-adic function interpolating the Rankin-Selberg L function associated to this couple. When the function has a zero we express the value of the derivate in terms of the L invariant, p-adic and infinite periods and the principal term of the complex Rankin-Selberg function.

<p dir="ltr">Object Recognition and Retrieval is a fundamental problem in Computer Vision that involves recognizing objects and retrieving similar object images through visual queries. While deep metric learning is commonly employed to learn image embeddings for solving such problems, the representations learned using existing methods are not robust to changes in viewpoint, pose, and object state, especially for fine-grained recognition and retrieval tasks. To overcome these limitations, this dissertation aims to learn robust object representations that remain invariant to such transformations for fine-grained tasks. First, it focuses on learning dual pose-invariant embeddings to facilitate recognition and retrieval at both the category and finer object-identity levels by learning category and object-identity specific representations in separate embedding spaces simultaneously. For this, the PiRO framework is introduced that utilizes an attention-based dual encoder architecture and novel pose-invariant ranking losses for each embedding space to disentangle the category and object representations while learning pose-invariant features. Second, the dissertation introduces ranking losses that cluster multi-view images of an object together in both the embedding spaces while simultaneously pulling the embeddings of two objects from the same category closer in the category embedding space to learn fundamental category-specific attributes and pushing them apart in the object embedding space to learn discriminative features to distinguish between them. Third, the dissertation addresses state-invariance and introduces a novel ObjectsWithStateChange dataset to facilitate research in recognizing fine-grained objects with state changes involving structural transformations in addition to pose and viewpoint changes. Fourth, it proposes a curriculum learning strategy to progressively sample object images that are harder to distinguish for training the model, enhancing its ability to capture discriminative features for fine-grained tasks amidst state changes and other transformations. Experimental evaluations demonstrate significant improvements in object recognition and retrieval performance compared to previous methods, validating the effectiveness of the proposed approaches across several challenging datasets under various transformations.</p>

Les lymphocytes T de type régulateur sont engagés dans la régulation de plusieurs réponses immunes physiologiques et pathologiques. Certains d’entre eux, comme les lymphocytes T régulateurs (Treg) et invariants Natural Killer T (iNKT), sont essentiels pour le maintien de la tolérance périphérique et la prévention de l’auto-immunité. Les patients atteints de la maladie de Graves ont des auto-anticorps activant le récepteur de la TSH exprimé sur les cellules de la glande thyroïde et sur les fibroblastes de l’orbite. En conséquence, les deux principales manifestations cliniques de la maladie sont une hyperthyroïdie ainsi qu’une orbitopathie. Lorsque l’hyperthyroïdie est traitée par l’iode radioactif (IR), une apparition ou une exacerbation de l’atteinte auto-immune ophtalmique peut survenir. L’irradiation de la glande cause une augmentation et une persistance temporelle des auto-anticorps dans la circulation sanguine qui ne sont pas observées suivant d’autres traitements de l’hyperthyroïdie tels que les médicaments antithyroïdiens. L’hypothèse proposée était que l’amplification de l’auto-immunité survenant après le traitement à l’IR résultait d’une perte de régulation des cellules T autoréactives par les lymphocytes T de type régulateur, puisque ceux-ci ont un rôle déterminant dans le contrôle de l’auto-immunité. L’objectif du projet de recherche était donc d’étudier les effets du traitement à l’IR sur les lymphocytes Treg et les lymphocytes iNKT des patients atteints de la maladie de Graves. Nous avons démontré que le traitement à l’IR induit un changement de la fréquence périphérique des lymphocytes Treg et des lymphocytes iNKT, ainsi que de la fonction des lymphocytes Treg. En effet, nous avons démontré une réduction de la fonction suppressive de ces lymphocytes, et ce, accompagnée d’une diminution de la production d’IL-10. Ainsi, la fenêtre temporelle suivant le traitement à l’IR s’est avérée un moment critique pour étudier une altération de ces lymphocytes qui corroborait l’amplification de l’auto-immunité décrite après le traitement. De plus, nous avons démontré qu’un prétraitement avec un antithyroïdien de synthèse prévient partiellement les altérations observées chez les lymphocytes Treg, supportant la propriété immunomodulatrice de ces médicaments. Ces résultats accentuent la perspective d’une régulation immunitaire déficiente suivant certains traitements de l’hyperthyroïdie auto-immune.

Digital technologies have for many years been acclaimed as tools that hold the power to transform learning, yet educational research has so far failed to demonstrate the transformative effects of these digital technologies on learning outcomes (Cuban, 2001; Price and Kirkwood, 2011). Some research has even gone so far as to question this underlying assumption regarding digital technologies ability to transform education, suggesting that they do not in fact have any inherently positive benefits for learning, and that perceived benefits are actually artefacts produced by other factors (Means et al, 2009). Several potential causes have been proposed for the slow progress in educational technology, including lack of time for staff development, unsuitability of technologies, and cultural barriers within institutions (Laurillard, 2012a). A fourth potential cause may lie with the lack of theory to explain technologies themselves (Oliver, 2013). Different theoretical perspectives have been proposed as a way to enhance our understanding of technologies, with one potential candidate being the theory of affordances. The theory of affordances has been used extensively within many fields, including educational technology, but remains a divisive and often under-defined term (Hammond, 2010). This thesis argues that this may in part be due to its distortion through adoption in multiple disciplines, and its popular description as the ‘action possibilities’ presented by an object or scenario, something not present in the theory’s original conception. It is suggested that a return to the original theory of affordances as proposed by Gibson (1979), which attempted to explain how individuals derive meaning from the world around them, returns clarity to the theory. A particular focus on the underexplored aspects of intention and invariant, together with a re-appreciation of what it means to apply the theory of affordances to digital environments, to digital spaces and places, provides a way of thinking about affordance that arguably can be applied more constructively to the effective use of technology in education. A design-based research approach was taken in order to research the original concept of affordance, and its key components of intention and invariant, within learning scenarios supported by digital technologies. Design-based research is an evolving methodology, with no strict definition, but it has shown promise in both the design and the research of technology-enhanced learning environments (Wang and Hannafin, 2005). A pilot phase at secondary school level demonstrated the potential for the approach; multiple iterations at a higher education level developed and enriched these findings into a stable model for the alignment of digital technologies with a particular pedagogical scenario. Findings suggest that affordances can be used to ‘explain’ educational technology, if the concept is broadened to include the wider ecology of learning; digital technologies not only as tools, but also as places. Extending the notion of affordances from ‘action possibilities’ to ‘transaction possibilities’ gives agency to both learner and technology, and recognises the important contribution of the digital environment to the learner experience. A specific design framework is offered which uses this redefinition of affordances as a design tool to align an authentic learning scenario with the digital technologies that have the potential to support that learning scenario. A generic design methodology is proposed, based on this framework, which has the potential to align pedagogy and technology using this updated definition of affordance. To close, some thoughts on the value of the design-based research approach are discussed.

Anhand von Temperaturdaten des Standortes Berlin-Tegel wird der Temperaturverlauf für einen Zeitraum von 15 Jahren modelliert. Es werden zwei verschiedene Regressionsansätze gegenübergestellt. Zuerst werden die Daten anhand einer Zeitreihenanalyse geschätzt. Dieses parametrische Verfahren wird mit der nicht-parametrischen Methode des Shape Invariant Modeling verglichen. Beiden Ansätzen liegt die Methode der Kleinsten Fehlerquadrate zugrunde. Die Zeitreihenanalyse als Spezialgebiet der Regressionsanalyse wird mit Hilfe einer Fourierreihe realisiert, um den periodischen Verlauf der Funktion abbilden zu können. Beim Shape Invariant Model werden mithilfe einer Referenzkurve die individuellen Regressionsfunktionen ermittelt. Als Referenz dient ein Basistag. Die Parameterschätzer werden durch Achsentransformation ermittelt.

There are many problems that lead to analysis of dynamical systems with phase variables of two types, slow and fast ones. Such systems are called slow-fast systems. The dynamics of such systems is usually described by means of different versions of perturbation theory. Many questions about accuracy of this description are still open. The difficulties are related to presence of resonances. The goal of the proposed thesis is to establish some estimates of the accuracy of the perturbation theory for slow-fast systems in the presence of resonances. We consider slow-fast Hamiltonian systems and study an accuracy of one of the methods of perturbation theory: the averaging method. In this thesis, we start with the case of slow-fast Hamiltonian systems with two degrees of freedom. One degree of freedom corresponds to fast variables, and the other degree of freedom corresponds to slow variables. Action variable of fast sub-system is an adiabatic invariant of the problem. Let this adiabatic invariant have limiting values along trajectories as time tends to plus and minus infinity. The difference of these two limits for a trajectory is known to be exponentially small in analytic systems. We obtain an exponent in this estimate. To this end, by means of iso-energetic reduction and canonical transformations in complexified phase space, we reduce the problem to the case of one and a half degrees of freedom, where the exponent is known. We then consider a quasi-linear Hamiltonian system with one and a half degrees of freedom. The Hamiltonian of this system differs by a small, ~ε, perturbing term from the Hamiltonian of a linear oscillatory system. We consider passage through a resonance: the frequency of the latter system slowly changes with time and passes through 0. The speed of this passage is of order of ε. We provide asymptotic formulas that describe effects of passage through a resonance with an improved accuracy O(ε3/2). A numerical verification is also provided. The problem under consideration is a model problem that describes passage through an isolated resonance in multi-frequency quasi-linear Hamiltonian systems. We also discuss a resonant phenomenon of scattering on resonances associated with discretisation arising in a numerical solving of systems with one rotating phase. Numerical integration of ODEs by standard numerical methods reduces continuous time problems to discrete time problems. For arbitrarily small time step of a numerical method, discrete time problems have intrinsic properties that are absent in continuous time problems. As a result, numerical solution of an ODE may demonstrate dynamical phenomena that are absent in the original ODE. We show that numerical integration of systems with one fast rotating phase leads to a situation of such kind: numerical solution demonstrates phenomenon of scattering on resonances, that is absent in the original system.

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αφορά την ανάλυση και τον έλεγχο κυβερνοφυσικών δικτυωμένων δυναμικών συστημάτων. Ειδικότερα, μελετώνται γραμμικά χρονικά αμετάβλητα συστήματα μίας εισόδου με περιορισμούς τόσο στην είσοδο όσο και στο διάνυσμα καταστατικών μεταβλητών και προτείνονται στρατηγικές ανταγωνιστικού ελέγχου. Συγκεκριμένα, ένας βέλτιστος ελεγκτής εξασφαλίζει θετική αμεταβλητότητα ενός φραγμένου κυρτού πολυεδρικού συνόλου ως προς το σύστημα και ταυτόχρονα σύγκλιση της τροχιάς του διανύσματος κατάστασης στο μηδέν το συντομότερο δυνατό. Υποθέτουμε ότι ένας «ανταγωνιστής » ελεγκτής επιτυγχάνει κατά διαστήματα να αναλάβει τον έλεγχο του συστήματος και αποστέλλει μέσω του δικτύου εσφαλμένα σήματα εισόδου στοχεύοντας να οδηγήσει το διάνυσμα κατάστασης εκτός του πολυεδρικού συνόλου το συντομότερο δυνατό. Προσομοιώσεις καταδεικνύουν ότι το διακοπτικό φαινόμενο που ανακύπτει από τη διαδοχική εφαρμογή των δύο παραπάνω ελεγκτών προκαλεί μία περιοδική τροχιά του διανύσματος κατάστασης. Τα θεωρητικά εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή των αποτελεσμάτων προέρχονται από τη θεωρία ευστάθειας Lyapunov και τη θεωρία αμετάβλητων συνόλων. / This thesis addresses the analysis and control of networked cyber-physical dynamical systems. We are mostly concerned with the study of linear, time-invariant systems with single input. The systems evolve in the discrete time and are subject to both state and input constraints and a certain number of adversary control strategies are proposed. A time-optimal control law guarantees positive invariance of a bounded convex polyhedral set with respect to the given system, while contracting the state space vector to the origin. At times, an adversary controller succeeds in gaining control of the system and sends false control commands attempting to lead the state vector outside the polyhedral set at the maximum admissible rate. Simulation studies highlight that consecutively applying the above control laws results in a periodic motion of the state vector. The theoretic tools used to obtain our conclusions associate with Lyapunov stability and set theory.