L'histoire du théorème de Jordan est abordée sous l'angle d'une question d'identité posée sur la période qui sépare la date de 1870 et l'énoncé par Camille Jordan d'une forme canonique des substitutions linéaires des années trente du vingtième siècle au cours desquelles le théorème de Jordan de la décomposition matricielle acquiert une place centrale dans la théorie des matrices canoniques. A partir d'un moment historique de référence, la controverse entre Jordan et Kronecker de 1874, le théorème de Jordan permet de jeter un regard original sur l'histoire de la période 1870-1930 en suivant le rôle joué par des savoirs tacites, des idéaux et des pratiques propres à des réseaux et des communautés. Ce regard permet notamment de mettre en évidence la dynamique d'une tension entre formes canoniques et invariants dans l'évolution de la signification de la notion de forme en mathématiques et contribue à l'histoire de l'algèbre linéaire en décrivant le rôle joué par une méthode de décomposition indissociable d'un mode particulier de représentation : la décomposition matricielle.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la forte augmentation du débit et de la puissance de calcul des systèmes de télécommunications. Cette augmentation entraîne une consommation d'énergie importante et réduit la durée de batterie, ce qui est primordiale pour un système embarqué. Nous proposons des mécanismes permettant de réduire la consommation d'énergie dans un système embarqué, plus particulièrement dans un terminal mobile sans fil. L'implantation efficace des algorithmes de traitement numérique du signal dans les systèmes embarqués requiert l'utilisation de l'arithmétique virgule fixe afin de satisfaire des contraintes de coût, de consommation et d'encombrement. Dans les approches classiques, la largeur des données et des calculs est considérée au pire cas lors de la détermination des spécifications afin qu'elles soient satisfaites dans tout les cas. Nous proposons une approche d'adaptation dynamique, permettant de changer la spécification en fonction de l'environnement (par exemple les conditions d'un canal de transmission) avec pour objectif de réduire la consommation d'énergie dans certaines conditions. Tout d'abord, la relation entre la puissance de bruit de quantification et le taux d'erreur binaire du système en fonction du bruit au récepteur est établie pour une chaîne de transmission QPSK. Ce résultat est appliqué dans la technique d'accès multiple par répartition de codes en séquence directe (DS-CDMA). Parmi plusieurs systèmes de télécommunications utilisant la technique DS-CDMA, nous montrons comment adapter dynamiquement la précision de calcul d'un récepteur 3G WCDMA. La conversion en virgule fixe nécessite un algorithme d'optimisation combinatoire pour l'optimisation des largeurs des opérateurs sous une contrainte de précision. La deuxième axe de ces travaux de thèse concerne l'étude d'algorithmes d'optimisation adaptés au problème de l'optimisation des largeurs de données. Nous proposons de nouveaux algorithmes pour les problèmes à une seule contrainte ou à une suite des contraintes correspondant à différents niveaux de précision pour les systèmes auto-adaptatifs. Le résultat des algorithmes génétiques multi-objectifs, sous forme d'une frontière de Pareto, permet d'obtenir la largeur correspondant à chaque niveau du bruit de quantification. Une version améliorée des algorithmes génétiques combinée avec l'élitisme et la recherche tabou est proposée. En plus, nous proposons d'appliquer GRASP, un algorithme de recherche locale stochastique permettant de trouver le résultat dans un temps plus faible en comparaison avec les algorithmes génétiques.

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Quand on veut évaluer ou manipuler une fonction mathématique f, il est fréquent de la remplacer par une approximation polynomiale p. On le fait, par exemple, pour implanter des fonctions élémentaires en machine, pour la quadrature ou la résolution d'équations différentielles ordinaires (ODE). De nombreuses méthodes numériques existent pour l'ensemble de ces questions et nous nous proposons de les aborder dans le cadre du calcul rigoureux, au sein duquel on exige des garanties sur la précision des résultats, tant pour l'erreur de méthode que l'erreur d'arrondi.Une approximation polynomiale rigoureuse (RPA) pour une fonction f définie sur un intervalle [a,b], est un couple (P, Delta) formé par un polynôme P et un intervalle Delta, tel que f(x)-P(x) appartienne à Delta pour tout x dans [a,b].Dans ce travail, nous analysons et introduisons plusieurs procédés de calcul de RPAs dans le cas de fonctions univariées. Nous analysons et raffinons une approche existante à base de développements de Taylor.Puis nous les remplaçons par des approximants plus fins, tels que les polynômes minimax, les séries tronquées de Chebyshev ou les interpolants de Chebyshev.Nous présentons aussi plusieurs applications: une relative à l'implantation de fonctions standard dans une bibliothèque mathématique (libm), une portant sur le calcul de développements tronqués en séries de Chebyshev de solutions d'ODE linéaires à coefficients polynômiaux et, enfin, un processus automatique d'évaluation de fonction à précision garantie sur une puce reconfigurable. / For purposes of evaluation and manipulation, mathematical functions f are commonly replaced by approximation polynomials p. Examples include floating-point implementations of elementary functions, integration, ordinary differential equations (ODE) solving. For that, a wide range of numerical methods exists. We consider the application of such methods in the context of rigorous computing, where we need guarantees on the accuracy of the result, with respect to both the truncation and rounding errors.A rigorous polynomial approximation (RPA) for a function f defined over an interval [a,b] is a couple (P, Delta) where P is a polynomial and Delta is an interval such that f(x)-P(x) belongs to Delta, for all x in [a,b]. In this work we analyse and bring forth several ways of obtaining RPAs for univariate functions. Firstly, we analyse and refine an existing approach based on Taylor expansions. Secondly, we replace them with better approximations such as minimax approximations, Chebyshev truncated series or interpolation polynomials.Several applications are presented: one from standard functions implementation in mathematical libraries (libm), another regarding the computation of Chebyshev series expansions solutions of linear ODEs with polynomial coefficients, and finally an automatic process for function evaluation with guaranteed accuracy in reconfigurable hardware.

Cette thèse étudie le problème de minoration de la hauteur canonique sur les courbeselliptiques. Son résultat diophantien principal utilise des méthodes d’intersectionarithmétique pour retrouver un résultat de Laurent, qui démontrait la conjecturede Lehmer pour les courbes elliptiques à multiplications complexes à un exposant" près, tout en explicitant complètement sa dépendance en divers paramètres liésà la courbe elliptique ; une telle démarche peut être motivée par la conjecture deLang, qui présage une minoration possible de la hauteur canonique proportionnelle,essentiellement, à la hauteur de Faltings de la courbe.Notre dissertation commence toutefois par une partie dédiée à l’explicitation duthéorème de densité de Chebotarev, qui reprend les grandes lignes d’un travail deLagarias et Odlyzko, et s’avère être cruciale dans notre approche du problème deLehmer elliptique. On obtient également des majorations des zéros de Siegel et de lanorme du plus petit idéal premier entrant en jeu dans le théorème de Chebotarev. / In this thesis we consider the problem of lower bounds for the canonical height onelliptic curves, aiming for the conjecture of Lehmer. Our main diophantine result isan explicit version of a theorem of Laurent (who proved this conjecture for ellipticcurves with CM up to a " exponent) using arithmetic intersection, enlightening thedependence with parameters linked to the elliptic curve ; such a result can be motivatedby the conjecture of Lang, hoping for a lower bound proportional to, roughly,the Faltings height of the curve.Nevertheless, our dissertation begins with a part dedicated to a completely explicitversion of the density theorem of Chebotarev, along the lines of a previous workdue to Lagarias and Odlyzko, which will be crucial to investigate the elliptic Lehmerproblem. We also obtain upper bounds for Siegel zeros, and for the smallest primeideal whose Frobenius is in a fixed conjugacy class.

Cette thèse propose un large éventail d'approches afin d'améliorer différents aspects de l'analyse des flux de puissance avec comme fils conducteur l'utilisation du processeurs graphiques (GPU). Si les GPU ont rapidement prouvés leurs efficacités sur des applications régulières pour lesquelles le parallélisme de données était facilement exploitable, il en est tout autrement pour les applications dites irrégulières. Ceci est précisément le cas de la plupart des algorithmes d'analyse de flux de puissance. Pour ce travail, nous nous inscrivons dans cette problématique d'optimisation de l'analyse de flux de puissance à l'aide de coprocesseur de type GPU. L'intérêt est double. Il étend le domaine d'application des GPU à une nouvelle classe de problème et/ou d'algorithme en proposant des solutions originales. Il permet aussi à l'analyse des flux de puissance de rester pertinent dans un contexte de changements continus dans les systèmes énergétiques, et ainsi d'en faciliter leur évolution. Nos principales contributions liées à la programmation sur GPU sont: (i) l'analyse des différentes méthodes de parcours d'arbre pour apporter une réponse au problème de la régularité par rapport à l'équilibrage de charge ; (ii) l'analyse de l'impact du format de représentation sur la performance des implémentations d'arithmétique floue. Nos contributions à l'analyse des flux de puissance sont les suivantes: (ii) une nouvelle méthode pour l'évaluation de l'incertitude dans l'analyse des flux de puissance ; (ii) une nouvelle méthode de point fixe pour l'analyse des flux de puissance, problème que l'on qualifie d'intrinsèquement parallèle. / This thesis addresses the utilization of Graphics Processing Units (GPUs) for improving the Power Flow (PF) analysis of modern power systems. Currently, GPUs are challenged by applications exhibiting an irregular computational pattern, as is the case of most known methods for PF analysis. At the same time, the PF analysis needs to be improved in order to cope with new requirements of efficiency and accuracy coming from the Smart Grid concept. The relevance of GPU-enhanced PF analysis is twofold. On one hand, it expands the application domain of GPU to a new class of problems. On the other hand, it consistently increases the computational capacity available for power system operation and design. The present work attempts to achieve that in two complementary ways: (i) by developing novel GPU programming strategies for available PF algorithms, and (ii) by proposing novel PF analysis methods that can exploit the numerous features present in GPU architectures. Specific contributions on GPU computing include: (i) a comparison of two programming paradigms, namely regularity and load-balancing, for implementing the so-called treefix operations; (ii) a study of the impact of the representation format over performance and accuracy, for fuzzy interval algebraic operations; and (iii) the utilization of architecture-specific design, as a novel strategy to improve performance scalability of applications. Contributions on PF analysis include: (i) the design and evaluation of a novel method for the uncertainty assessment, based on the fuzzy interval approach; and (ii) the development of an intrinsically parallel method for PF analysis, which is not affected by the Amdahl's law.

Cette thèse traite le problème d'intégration hardware optimale de contrôleurs linéaires à taille de mot finie, dédiés aux applications MEMS. Le plus grand défi est d'assurer des performances de contrôle satisfaisantes avec un minimum de ressources logiques. Afin d'y parvenir, deux optimisations distinctes mais complémentaires peuvent être entreprises: en théorie de contrôle et en arithmétique binaire. Seule cette dernière est considérée dans ce travail.Comme cette arithmétique cible des applications MEMS, elle doit faire preuve de vitesse afin de prendre en charge la dynamique rapide des MEMS, à faible consommation de puissance pour un contrôle intégré, hautement re-configurabe pour un ajustement facile des performances de contrôle, et facilement prédictible pour fournir une idée précise sur les ressources logiques nécessaires avant l'implémentation même.L'exploration d'un certain nombre d'arithmétiques binaires a montré que l'arithmétique radix-2r est celle qui répond au mieux aux exigences précitées. Elle a été pleinement exploitée afin de concevoir des circuits de multiplication efficaces, qui sont au fait, le véritable moteur des systèmes linéaires.L'arithmétique radix-2r a été appliquée à l'intégration hardware de deux structures linéaires à taille de mot finie: un contrôleur PID variant dans le temps et à un contrôleur LQG invariant dans le temps,avec un filtre de Kalman. Le contrôleur PID a montré une nette supériorité sur ses homologues existants. Quant au contrôleur LQG, une réduction très importante des ressources logiques a été obtenue par rapport à sa forme initiale non optimisée / This thesis addresses the problem of optimal hardware-realization of finite-word-length(FWL) linear controllers dedicated to MEMS applications. The biggest challenge is to ensuresatisfactory control performances with a minimal hardware. To come up, two distinct butcomplementary optimizations can be undertaken: in control theory and in binary arithmetic. Only thelatter is involved in this work.Because MEMS applications are targeted, the binary arithmetic must be fast enough to cope withthe rapid dynamic of MEMS; power-efficient for an embedded control; highly scalable for an easyadjustment of the control performances; and easily predictable to provide a precise idea on therequired logic resources before the implementation.The exploration of a number of binary arithmetics showed that radix-2r is the best candidate that fitsthe aforementioned requirements. It has been fully exploited to designing efficient multiplier cores,which are the real engine of the linear systems.The radix-2r arithmetic was applied to the hardware integration of two FWL structures: a linear timevariant PID controller and a linear time invariant LQG controller with a Kalman filter. Both controllersshowed a clear superiority over their existing counterparts, or in comparison to their initial forms.

L’approche au coeur de cette étude est une recherche-action qui a pour but de mettre à l’essai un réseau littéraire, à caractère interdisciplinaire, pour le réinvestissement du vocabulaire disciplinaire et des concepts en arithmétique auprès des élèves de deuxième année du primaire. Cette recherche comporte trois objectifs spécifiques : 1) mettre à l’essai un réseau littéraire pour décrire et analyser les pratiques enseignantes 2) décrire et analyser le réinvestissement du vocabulaire disciplinaire en arithmétique des élèves du premier cycle du primaire 3) mettre en relation les pratiques enseignantes et le réinvestissement du vocabulaire disciplinaire en arithmétique des élèves. Pour y arriver, une enseignante de 2e année du primaire du centre de services scolaire Marguerite-Bourgeoys a participé à notre recherche en expérimentant le réseau littéraire proposé dans cette étude. Nous avons conduit trois séances d’entretien en tout avec l’enseignante avant, pendant et après l’expérimentation. Une analyse de contenu a été effectuée à partir des propos et des impressions de l’enseignante. Durant l’expérimentation, nous avons participé à trois séances d’observation dont l’analyse a été effectuée en nous basant sur le modèle multi-agenda. Finalement, quatre élèves ont participé à un entretien qui visait notamment à analyser et à décrire le réinvestissement du vocabulaire disciplinaire en arithmétique et leurs résultats ont été analysés à l’aide d’une grille d’évaluation bâtie par nous. À la lumière des données, nous constatons l’importance de l’engagement professionnel et des pratiques expertes de l’enseignante pour favoriser le réinvestissement du vocabulaire disciplinaire associé aux concepts en arithmétique chez les élèves. Concernant les apports du réseau littéraire, les albums jeunesse ont constitué une source de motivation, de participation et d’engagement pour les élèves. Ils ont aussi favorisé le réinvestissement du vocabulaire disciplinaire. Les limites de cette recherche se situent davantage au niveau de la longueur et du sens de certaines questions étant donné que certains élèves n’ont pas le français comme langue maternelle, ce qui pouvait avoir un impact sur le niveau de compréhension des questions en lien avec les oeuvres du réseau. / This research project fits according to an action research approach and aims at putting into practice a literacy network, being of interdisciplinary nature, for the reinvestment of disciplinary vocabulary in arithmetic with second grade students. This present research has the following three specific objectives: 1) to put into practice a literacy network to analyze and describe the teacher’s practices 2) to analyze and describe the second-grade student’s reinvestment of disciplinary vocabulary in arithmetic 3) to put into relation the impact of teacher practices in the reinvestment of the student’s disciplinary vocabulary in arithmetic. In order to succeed, a second-grade elementary teacher from the Centre de services scolaire Marguerite-Bourgeoys participated in our research project by experimenting the literacy network proposed in this study. During the experimentation, we participated in three sessions of observation in which the analysis was performed according to the multi-agenda model. In addition, we conducted three semi-structured interview sessions before, during and after the experimentation. A content analysis was carried out based on the teacher’s comments and impressions. Lastly, four students participated in our interview questionnaire and their results were analyzed by an evaluation grid that we have built. At the light of the results and of our analysis, we notice the importance of professional engagement and the second-grade teacher’s expert practices pertaining to the disciplinary vocabulary of arithmetic of the students. Concerning the contributions, children’s literature has constituted an important source of student motivation and participation. It also favored the reinvestment of disciplinary vocabulary. The limits of this research are more pertaining to the length and the meaning of certain questions considering the fact that certain students do not have French as their native language which could’ve had an impact on their level of comprehension relating to the questions on the literacy network.

De plus en plus de constructeurs proposent des accélérateurs de calculs à base de circuits reconfigurables FPGA, cette technologie présentant bien plus de souplesse que le microprocesseur. Valoriser cette flexibilité dans le domaine de l'accélération de calcul flottant en utilisant les langages de description de circuits classiques (VHDL ou Verilog) reste toutefois très difficile, voire impossible parfois. Cette thèse a contribué au développement du logiciel FloPoCo, qui offre aux utilisateurs familiers avec VHDL un cadre C++ de description d'opérateurs arithmétiques génériques adapté au calcul reconfigurable. Ce cadre distingue explicitement la fonctionnalité combinatoire d'un opérateur, et la problématique de son pipeline pour une précision, une fréquence et un FPGA cible donnés. Afin de pouvoir utiliser FloPoCo pour concevoir des opérateurs haute performance en virgule flottante, il a fallu d'abord concevoir des blocs de bases optimisés. Nous avons d'abord développé des additionneurs pipelinés autour des lignes de propagation de retenue rapides, puis, à l'aide de techniques de pavages, nous avons conçu de gros multiplieurs, possiblement tronqués, utilisant des petits multiplieurs. L'évaluation de fonctions élémentaires en flottant implique souvent l'évaluation en virgule fixe d'une fonction. Nous présentons un opérateur générique de FloPoCo qui prend en entrée l'expression de la fonction à évaluer, avec ses précisions d'entrée et de sortie, et construit un évaluateur polynomial optimisé de cette fonction. Ce bloc de base a permis de développer des opérateurs en virgule flottante pour la racine carrée et l'exponentielle qui améliorent considérablement l'état de l'art. Nous avons aussi travaillé sur des techniques de compilation avancée pour adapter l'exécution d'un code C aux pipelines flexibles de nos opérateurs. FloPoCo a pu ainsi être utilisé pour implanter sur FPGA des applications complètes. / Due to their potential performance and unmatched flexibility, FPGA-based accelerators are part of more and more high-performance computing systems. However, exploiting this flexibility for accelerating floating-point computations by manually using classical circuit description languages (VHDL or Verilog) is very difficult, and sometimes impossible. This thesis has contributed to the development of the FloPoCo software, a C++ framework for describing flexible FPGA-specific arithmetic operators. This framework explicitly separates the description of the combinatorial functionality of an arithmetic operator, and its pipelining for a given precision, operating frequency and target FPGA.In order to be able to use FloPoCo for designing high performance floating-point operators, we first had to design the optimized basic blocks. We first developed pipelined addition architectures exploiting the fast-carry lines present in modern FPGAs. Next, we focused on multiplication architectures. Using tiling techniques, we proposed novel architectures for large multipliers, but also truncated multipliers, based on the multipliers found in modern FPGA DSP blocks. We also present a generic FloPoCo operator which inputs the expression of a function, its input and output precisions, and builds an optimized polynomial evaluator for the fixed-point evaluation of this function. Using this building block we have designed floating-point operators for the square-root and exponential functions which significantly outperform existing operators. Finally, we also made use of advanced compilation techniques for adapting the execution of a C program to the flexible pipelines of our operators.