Les maladies cardio-vasculaires demeurent une cause majeure de mortalité et morbidité dans les sociétés développées. La recherche de déterminants prédictifs d’évènements vasculaires représente toujours un enjeu d’actualité face aux coûts croissants des dépenses reliées aux soins médicaux et à l’élargissement des populations concernées, notamment face à l’occidentalisation des pays émergeants comme l’Inde, le Brésil et la Chine. La cardiologie nucléaire occupe depuis trente ans, une place essentielle dans l’arsenal des méthodes diagnostiques et pronostiques des cardiopathies. De plus, de nouvelles percées permettront de dépister d’une façon plus précoce et précise, la maladie athérosclérotique cardiaque et périphérique chez les populations atteintes ainsi qu’en prévention primaire. Nous présenterons dans cette thèse, deux approches nouvelles de la cardiologie nucléaire. La dysfonction endothéliale est considérée comme le signal pathologique le plus précoce de l’athérosclérose. Les facteurs de risques cardiovasculaires traditionnels atteignent la fonction endothéliale et peuvent initier le processus d’athérosclérose même en l’absence de lésion endothéliale physique. La quantification de la fonction endothéliale coronarienne comporte donc un intérêt certain comme biomarqueur précoce de la maladie coronarienne. La pléthysmographie isotopique, méthodologie développée lors de ce cycle d’étude, permet de quantifier la fonction endothéliale périphérique, cette dernière étant corrélée à la fonction endothéliale coronarienne. Cette méthodologie est démontrée dans le premier manuscrit (Harel et. al., Physiol Meas., 2007). L’utilisation d’un radiomarquage des érythrocytes permet la mesure du flot artériel au niveau du membre supérieur pendant la réalisation d’une hyperémie réactive locale. Cette nouvelle procédure a été validée en comparaison à la pléthysmographie par jauge de contrainte sur une cohorte de 26 patients. Elle a démontré une excellente reproductibilité (coefficient de corrélation intra-classe = 0.89). De plus, la mesure du flot artérielle pendant la réaction hyperémique corrélait avec les mesure réalisées par la méthode de référence (r=0.87). Le deuxième manuscrit expose les bases de la spectroscopie infrarouge comme méthodologie de mesure du flot artériel et quantification de la réaction hyperémique (Harel et. al., Physiol Meas., 2008). Cette étude utilisa un protocole de triples mesures simultanées à l’aide de la pléthysmographie par jauge de contrainte, radio-isotopique et par spectroscopie infrarouge. La technique par spectroscopie fut démontrée précise et reproductible quant à la mesure des flots artériels au niveau de l’avant-bras. Cette nouvelle procédure a présenté des avantages indéniables quant à la diminution d’artéfact et à sa facilité d’utilisation. Le second volet de ma thèse porte sur l’analyse du synchronisme de contraction cardiaque. En effet, plus de 30% des patients recevant une thérapie de resynchronisation ne démontre pas d’amélioration clinique. De plus, ce taux de non-réponse est encore plus élevé lors de l’utilisation de critères morphologiques de réponse à la resynchronisation (réduction du volume télésystolique). Il existe donc un besoin urgent de développer une méthodologie de mesure fiable et précise de la dynamique cardiaque. Le troisième manuscrit expose les bases d’une nouvelle technique radio-isotopique permettant la quantification de la fraction d’éjection du ventricule gauche (Harel et. al. J Nucl Cardiol., 2007). L’étude portant sur 202 patients a démontré une excellente corrélation (r=0.84) avec la méthode de référence (ventriculographie planaire). La comparaison avec le logiciel QBS (Cedar-Sinai) démontrait un écart type du biais inférieur (7.44% vs 9.36%). De plus, le biais dans la mesure ne démontrait pas de corrélation avec la magnitude du paramètre pour notre méthodologie, contrairement au logiciel alterne. Le quatrième manuscrit portait sur la quantification de l’asynchronisme intra-ventriculaire gauche (Harel et. al. J Nucl Cardiol, 2008). Un nouveau paramètre tridimensionnel (CHI: contraction homogeneity index) (médiane 73.8% ; IQ 58.7% - 84.9%) permis d’intégrer les composantes d’amplitude et du synchronisme de la contraction ventriculaire. La validation de ce paramètre fut effectuée par comparaison avec la déviation standard de l’histogramme de phase (SDΦ) (médiane 28.2º ; IQ 17.5º - 46.8º) obtenu par la ventriculographie planaire lors d’une étude portant sur 235 patients. Ces quatre manuscrits, déjà publiés dans la littérature scientifique spécialisée, résument une fraction des travaux de recherche que nous avons effectués durant les trois dernières années. Ces travaux s’inscrivent dans deux axes majeurs de développement de la cardiologie du 21ième siècle. / Cardiovascular diseases remain a major cause of mortality and morbidity in developed countries. The search for predictive determinants of vascular events represents a relevant and timely goal, considering the increasing costs of medical care and the progress in developing countries such as India, Brazil and China. Nuclear cardiology has, for 30 years, played an essential role in the diagnosis and prognosis of various cardiac and vascular diseases. Moreover, new developments will allow earlier and more specific detection of cardiac and peripheral atherosclerosis disease in affected individuals and in primary prevention. In this thesis, we will focus on advances in two major themes of nuclear cardiology. Endothelial dysfunction is regarded as the earliest pathological markers of atherosclerosis. Traditional cardiovascular risks factors impair endothelial function and can initiate the atherosclerosis process, even in the absence of overt endothelial disruption. Quantification of coronary endothelial function is, therefore, of considerable interest as an early biomarker for coronary disease. The radionuclide plethysmography methodology developed during the course of my doctoral studies allows the quantification of peripheral endothelial function, which has been correlated with coronary endothelial function. This methodology is detailed in the first manuscript (Harel et. al., Physiol Meas., 2007). The use of red blood cell radio-labeling permits arterial flow to be measured in the upper limb during local reactive hyperemia. This new procedure was validated against strain gauge plethysmography in a cohort of 26 patients with excellent reproducibility (intraclass coefficient of correlation = 0.89). Moreover, the arterial measurements of flow during the hyperemic reaction correlated well with the reference method (r=0.87). The second manuscript exposes the basis of infrared spectroscopy as a method for measuring arterial flow and quantifying the hyperemic reaction (Harel et. al., Physiol Meas., 2008). The study protocol consisted of simultaneous measurements by strain gauge, radionuclide and infrared spectroscopy plethysmography. The spectroscopy technique was shown to be precise and reproducible for forearm measurement of arterial blood flow. This novel procedure came major advantages in reducing artifacts and in its ease of use. The second axis of my thesis relates to the analysis of cardiac contraction synchrony. Indeed, more than 30% of patients receiving resynchronization therapy do not show clinical improvement. Moreover, this non-response rate is even higher if we consider morphological criteria of resynchronization (end-systolic volume reduction). There is therefore, an urgent need to improve a methodology to reliably and precisely measure cardiac dynamics so as to identify and monitor potential responders. The third manuscript exposes the basis of a new radionuclide technique to quantify left ventricle ejection fraction (Harel et. al. J Nucl Cardiol., 2007). The study of 202 patients showed an excellent correlation (r=0.84) with the reference method (planar ventriculography). The comparison with QBS software (Cedar-Sinai), showed a lower standard deviation of bias (7.44% vs 9.36%). Moreover, unlike the alternative software, the bias did not correlate with the magnitude of the ejection fraction. The fourth manuscript relates to the quantification of the left intra-ventricular synchronism (Harel et. al. J Nucl Cardiol, 2008). A new three-dimensional parameter (CHI: contraction homogeneity index) (median 73.8%; IQ 58.7% - 84.9%) was defined to allow the integration of amplitude and synchrony components of ventricular contraction. Validation of this parameter was undertaken out by comparing the standard deviation of the histogram of phase (SDΦ) (median 28.2º; IQ 17.5º- 46.8º) obtained by planar ventriculography in a study of 235 patients. These four manuscripts, already published in the specialized scientific literature, summarize a fraction of the research tasks that we have carried out during the three last years, representing two major axes of nuclear cardiology advancement in the 21st century.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la croissance et le développement du manguier (Mangifera indica L.) en lien avec un facteur exogène, la température, et plusieurs facteurs endogènes architecturaux de type structurel (topologie) et temporel. Les études sont menées à l'échelle de l'organe (l'axe végétatif, ses feuilles et l'axe florifère) et de la succession des axes (végétatifs ou florifères) sur plusieurs cycles de croissance. À la première échelle, l'étude met en évidence une relation allométrique négative entre la vitesse relative de croissance, positivement reliée à la température, et la durée de croissance de l'organe. Cette relation est commune entre les trois organes et les deux cultivars étudiés. Par ailleurs, des modèles de segmentation montrent que les stades phénologiques classiquement admis sont caractérisés par des vitesses absolues de croissance contrastées. Cette approche met en évidence des asynchronismes entre l'axe végétatif et ses feuilles. À la seconde échelle, l'effet des facteurs architecturaux sur le développement est analysé pour quatre cultivars. Nos résultats montrent de fortes interactions entre certains facteurs structurels (ex. position de l'axe, apicale vs. latérale) ou temporels (ex. date d'apparition), et des caractéristiques développementales qualitatives (ex. occurrence de la floraison), quantitatives (ex. nombre d'inflorescences) ou temporelles (ex. date de floraison). Ces résultats font ressortir une « mémoire de l'effet architectural » qui se propage d'un cycle de croissance aux suivants. Nos études multi-échelles permettent de quantifier les parts respectives des facteurs endogènes et exogènes contribuant aux variations phénotypiques (incluant la plasticité) du manguier. / The aim of this work is to study mango (Mangifera indica L.) growth and development in relation to an exogenous factor, temperature, and to endogenous factors, whether structural (topology) or temporal. The study is carried out at two scales: the organ (vegetative axis, its leaves, and reproductive axis) and the succession of axes (vegetative or reproductive). At the first scale, there was a common negative allometric relationship between the relative growth rate, positively related to temperature, and the duration of growth of the organ. This relationship is common between the three organs and the two studied cultivars. Otherwise, segmentation models reveal that the phenological stages classically studied are characterized by contrasted values of absolute growth rate. This approach shows asynchronisms between the axis and its leaves. At the second scale, the effect of endogenous factors on mango development is investigated for four cultivars. Our results reveal strong interplays between some structural (e.g. axis position, apical vs. lateral) or temporal (e.g. date of burst) factors, and qualitative (e.g. occurrence of flowering), quantitative (e.g. number of inflorescences) or temporal (e.g. date of flowering) developmental traits. These results highlight a “memory of the architectural effect” which spreads from one growing cycle to the followings. Our multiscale study enables to quantify the respective contributions of endogenous and exogenous factors to the phenotypic variations (including plasticity) of mango.

Les maladies cardio-vasculaires demeurent une cause majeure de mortalité et morbidité dans les sociétés développées. La recherche de déterminants prédictifs d’évènements vasculaires représente toujours un enjeu d’actualité face aux coûts croissants des dépenses reliées aux soins médicaux et à l’élargissement des populations concernées, notamment face à l’occidentalisation des pays émergeants comme l’Inde, le Brésil et la Chine. La cardiologie nucléaire occupe depuis trente ans, une place essentielle dans l’arsenal des méthodes diagnostiques et pronostiques des cardiopathies. De plus, de nouvelles percées permettront de dépister d’une façon plus précoce et précise, la maladie athérosclérotique cardiaque et périphérique chez les populations atteintes ainsi qu’en prévention primaire. Nous présenterons dans cette thèse, deux approches nouvelles de la cardiologie nucléaire. La dysfonction endothéliale est considérée comme le signal pathologique le plus précoce de l’athérosclérose. Les facteurs de risques cardiovasculaires traditionnels atteignent la fonction endothéliale et peuvent initier le processus d’athérosclérose même en l’absence de lésion endothéliale physique. La quantification de la fonction endothéliale coronarienne comporte donc un intérêt certain comme biomarqueur précoce de la maladie coronarienne. La pléthysmographie isotopique, méthodologie développée lors de ce cycle d’étude, permet de quantifier la fonction endothéliale périphérique, cette dernière étant corrélée à la fonction endothéliale coronarienne. Cette méthodologie est démontrée dans le premier manuscrit (Harel et. al., Physiol Meas., 2007). L’utilisation d’un radiomarquage des érythrocytes permet la mesure du flot artériel au niveau du membre supérieur pendant la réalisation d’une hyperémie réactive locale. Cette nouvelle procédure a été validée en comparaison à la pléthysmographie par jauge de contrainte sur une cohorte de 26 patients. Elle a démontré une excellente reproductibilité (coefficient de corrélation intra-classe = 0.89). De plus, la mesure du flot artérielle pendant la réaction hyperémique corrélait avec les mesure réalisées par la méthode de référence (r=0.87). Le deuxième manuscrit expose les bases de la spectroscopie infrarouge comme méthodologie de mesure du flot artériel et quantification de la réaction hyperémique (Harel et. al., Physiol Meas., 2008). Cette étude utilisa un protocole de triples mesures simultanées à l’aide de la pléthysmographie par jauge de contrainte, radio-isotopique et par spectroscopie infrarouge. La technique par spectroscopie fut démontrée précise et reproductible quant à la mesure des flots artériels au niveau de l’avant-bras. Cette nouvelle procédure a présenté des avantages indéniables quant à la diminution d’artéfact et à sa facilité d’utilisation. Le second volet de ma thèse porte sur l’analyse du synchronisme de contraction cardiaque. En effet, plus de 30% des patients recevant une thérapie de resynchronisation ne démontre pas d’amélioration clinique. De plus, ce taux de non-réponse est encore plus élevé lors de l’utilisation de critères morphologiques de réponse à la resynchronisation (réduction du volume télésystolique). Il existe donc un besoin urgent de développer une méthodologie de mesure fiable et précise de la dynamique cardiaque. Le troisième manuscrit expose les bases d’une nouvelle technique radio-isotopique permettant la quantification de la fraction d’éjection du ventricule gauche (Harel et. al. J Nucl Cardiol., 2007). L’étude portant sur 202 patients a démontré une excellente corrélation (r=0.84) avec la méthode de référence (ventriculographie planaire). La comparaison avec le logiciel QBS (Cedar-Sinai) démontrait un écart type du biais inférieur (7.44% vs 9.36%). De plus, le biais dans la mesure ne démontrait pas de corrélation avec la magnitude du paramètre pour notre méthodologie, contrairement au logiciel alterne. Le quatrième manuscrit portait sur la quantification de l’asynchronisme intra-ventriculaire gauche (Harel et. al. J Nucl Cardiol, 2008). Un nouveau paramètre tridimensionnel (CHI: contraction homogeneity index) (médiane 73.8% ; IQ 58.7% - 84.9%) permis d’intégrer les composantes d’amplitude et du synchronisme de la contraction ventriculaire. La validation de ce paramètre fut effectuée par comparaison avec la déviation standard de l’histogramme de phase (SDΦ) (médiane 28.2º ; IQ 17.5º - 46.8º) obtenu par la ventriculographie planaire lors d’une étude portant sur 235 patients. Ces quatre manuscrits, déjà publiés dans la littérature scientifique spécialisée, résument une fraction des travaux de recherche que nous avons effectués durant les trois dernières années. Ces travaux s’inscrivent dans deux axes majeurs de développement de la cardiologie du 21ième siècle. / Cardiovascular diseases remain a major cause of mortality and morbidity in developed countries. The search for predictive determinants of vascular events represents a relevant and timely goal, considering the increasing costs of medical care and the progress in developing countries such as India, Brazil and China. Nuclear cardiology has, for 30 years, played an essential role in the diagnosis and prognosis of various cardiac and vascular diseases. Moreover, new developments will allow earlier and more specific detection of cardiac and peripheral atherosclerosis disease in affected individuals and in primary prevention. In this thesis, we will focus on advances in two major themes of nuclear cardiology. Endothelial dysfunction is regarded as the earliest pathological markers of atherosclerosis. Traditional cardiovascular risks factors impair endothelial function and can initiate the atherosclerosis process, even in the absence of overt endothelial disruption. Quantification of coronary endothelial function is, therefore, of considerable interest as an early biomarker for coronary disease. The radionuclide plethysmography methodology developed during the course of my doctoral studies allows the quantification of peripheral endothelial function, which has been correlated with coronary endothelial function. This methodology is detailed in the first manuscript (Harel et. al., Physiol Meas., 2007). The use of red blood cell radio-labeling permits arterial flow to be measured in the upper limb during local reactive hyperemia. This new procedure was validated against strain gauge plethysmography in a cohort of 26 patients with excellent reproducibility (intraclass coefficient of correlation = 0.89). Moreover, the arterial measurements of flow during the hyperemic reaction correlated well with the reference method (r=0.87). The second manuscript exposes the basis of infrared spectroscopy as a method for measuring arterial flow and quantifying the hyperemic reaction (Harel et. al., Physiol Meas., 2008). The study protocol consisted of simultaneous measurements by strain gauge, radionuclide and infrared spectroscopy plethysmography. The spectroscopy technique was shown to be precise and reproducible for forearm measurement of arterial blood flow. This novel procedure came major advantages in reducing artifacts and in its ease of use. The second axis of my thesis relates to the analysis of cardiac contraction synchrony. Indeed, more than 30% of patients receiving resynchronization therapy do not show clinical improvement. Moreover, this non-response rate is even higher if we consider morphological criteria of resynchronization (end-systolic volume reduction). There is therefore, an urgent need to improve a methodology to reliably and precisely measure cardiac dynamics so as to identify and monitor potential responders. The third manuscript exposes the basis of a new radionuclide technique to quantify left ventricle ejection fraction (Harel et. al. J Nucl Cardiol., 2007). The study of 202 patients showed an excellent correlation (r=0.84) with the reference method (planar ventriculography). The comparison with QBS software (Cedar-Sinai), showed a lower standard deviation of bias (7.44% vs 9.36%). Moreover, unlike the alternative software, the bias did not correlate with the magnitude of the ejection fraction. The fourth manuscript relates to the quantification of the left intra-ventricular synchronism (Harel et. al. J Nucl Cardiol, 2008). A new three-dimensional parameter (CHI: contraction homogeneity index) (median 73.8%; IQ 58.7% - 84.9%) was defined to allow the integration of amplitude and synchrony components of ventricular contraction. Validation of this parameter was undertaken out by comparing the standard deviation of the histogram of phase (SDΦ) (median 28.2º; IQ 17.5º- 46.8º) obtained by planar ventriculography in a study of 235 patients. These four manuscripts, already published in the specialized scientific literature, summarize a fraction of the research tasks that we have carried out during the three last years, representing two major axes of nuclear cardiology advancement in the 21st century.

Multicarrier systems are widely used today due to their robustness to multipath effects and efficient implementation using FFT. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system is a class of multicarrier modulation which consists of splitting up a wide-band signal at a high symbol rate into several lower rate signals, each one occupying a narrower band. System performance improves because subcarriers experience flat fading channels and are orthogonal to one another. Recently, a number of papers have focused on a new alternative called Filter bank based multicarrier system (FBMC) which can offer a number of advantages over CP-OFDM system such as the improved spectral efficiency by not using a redundant CP and by having much better control of the out-of-band emission due to the time-frequency localized shaping pulses.Furthermore, asynchronism inherently exists in several communication systems due to many factors e.g. the propagation delays and the spatial distribution of users. As one of the most challenging issue in design of communication systems, the asynchronism can harmfully affect the system performance by causing the so-called asynchronous interference.In this dissertation, we investigate the impact of asynchronism on the performance of OFDM FBMC systems. First, we present a unified framework for multicarrier interference characterization and analysis in asynchronous environments. We propose a new family of interference tables that model the correlation between a given interfering subcarrier and the victim one, not only as a function of the spectral distance separating both subcarriers but also with respect to the timing misalignment between the subcarriers holders. These tables are derived for CP-OFDM, PHYDYAS-FBMC and IOTA-FBMC systems. Furthermore, the impact of the asynchronous interference on the average error rate and the average spectral efficiency of OFDM and FBMC systems is addressed. Based on computing the moment generating functions of the asynchronous interference power, simple new expressions for the exact evaluation of the average error rate and the average spectral efficiency are derived considering the frequency correlation fading between adjacent interfering subcarriers. These expressions significantly reduce the computation complexity of the performance evaluation.For each technique two scenarios are examined: fully-loaded network and partially loaded ones. The accuracy of the obtained expressions has been validated through different simulation results. In contrast to OFDM, FBMC waveforms are demonstrated to be less sensitive to timing asynchronism, due to the better frequency localization of the used prototype filters.

Actuellement, les techniques multiporteuses sont largement utilisées dans les systèmes de transmission grâce à leur robustesse aux effets de trajets multiples et à leur implémentation efficace utilisant des FFTs. L'OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) est un type de modulation multiporteuse qui consiste à subdiviser un flux de données à très haut débit en plusieurs flux élémentaires à bas-débit qui sont transmis sur différentes sous-porteuses orthogonales. Récemment, une technique multiporteuse à base de bancs de filtres (FBMC) a été proposée comme une alternative permettant d'offrir quelques avantages par rapport à l'OFDM. Un des principaux avantages est l'amélioration de l'efficacité spectrale grâce à l'absence du préfixe cyclique (CP) et aux formes d'onde bien localisées en temps et en fréquence.Contrairement à ce qui est souvent supposé dans la littérature, l'asynchronisme existe intrinsèquement dans un bon nombre de systèmes de communication à cause de multiples facteurs tels que les délais de propagation et la distribution géographique des utilisateurs. Cet asynchronisme peut engendrer une perte d'orthogonalité entre les sous-porteuses qui peut se traduire par l'apparition d'interférences asynchrones causant à leurs tours une dégradation des performances du système. La modélisation de cette interférence présente un enjeu important dans la conception des systèmes de communication.Dans cette thèse, nous analysons l'impact de la désynchronisation temporelle sur les performances de l'OFDM et de la FBMC. Tout d'abord, nous présentons un modèle global permettant la caractérisation et l'analyse de l'interférence dans les systèmes multiporteuses asynchrones. Une nouvelle famille de tables d'interférence est proposée tenant compte du décalage temporel ainsi que de la distance spectrale entre les sous-porteuses interférente et victime. Les termes de ces tables sont calculés pour CP-OFDM et FBMC avec les deux formes d'onde IOTA et PHYDYAS. L'impact de l'interférence asynchrone sur le taux d'erreur (BER) et sur l'efficacité spectrale de l'OFDM/FBMC est examiné. En se basant sur les fonctions génératrices des moments de la puissance d'interférence, nous avons établi des expressions analytiques simples du BER et de l'efficacité spectrale moyens. Ces dernières expressions réduisent d'une façon considérable la complexité de l'évaluation des performances. Cette étude théorique a été consolidée et validée par des résultats de simulation pour différents scénarios où nous avons démontré que contrairement à l'OFDM, les modulations FBMC sont moins sensible à la désynchronisation temporelle grâce à la bonne localisation des formes d'ondes utilisées. / Multicarrier systems are widely used today due to their robustness to multipath effects and efficient implementation using FFT. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system is a class of multicarrier modulation which consists of splitting up a wide-band signal at a high symbol rate into several lower rate signals, each one occupying a narrower band. System performance improves because subcarriers experience flat fading channels and are orthogonal to one another. Recently, a number of papers have focused on a new alternative called Filter bank based multicarrier system (FBMC) which can offer a number of advantages over CP-OFDM system such as the improved spectral efficiency by not using a redundant CP and by having much better control of the out-of-band emission due to the time-frequency localized shaping pulses.Furthermore, asynchronism inherently exists in several communication systems due to many factors e.g. the propagation delays and the spatial distribution of users. As one of the most challenging issue in design of communication systems, the asynchronism can harmfully affect the system performance by causing the so-called asynchronous interference.In this dissertation, we investigate the impact of asynchronism on the performance of OFDM FBMC systems. First, we present a unified framework for multicarrier interference characterization and analysis in asynchronous environments. We propose a new family of interference tables that model the correlation between a given interfering subcarrier and the victim one, not only as a function of the spectral distance separating both subcarriers but also with respect to the timing misalignment between the subcarriers holders. These tables are derived for CP-OFDM, PHYDYAS-FBMC and IOTA-FBMC systems. Furthermore, the impact of the asynchronous interference on the average error rate and the average spectral efficiency of OFDM and FBMC systems is addressed. Based on computing the moment generating functions of the asynchronous interference power, simple new expressions for the exact evaluation of the average error rate and the average spectral efficiency are derived considering the frequency correlation fading between adjacent interfering subcarriers. These expressions significantly reduce the computation complexity of the performance evaluation.For each technique two scenarios are examined: fully-loaded network and partially loaded ones. The accuracy of the obtained expressions has been validated through different simulation results. In contrast to OFDM, FBMC waveforms are demonstrated to be less sensitive to timing asynchronism, due to the better frequency localization of the used prototype filters.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-09-19T13:03:22Z No. of bitstreams: 1 Robson da Silva Ramos.pdf: 2083261 bytes, checksum: a3bd5f9d9f715a880c77016b51a793ad (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-19T13:03:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Robson da Silva Ramos.pdf: 2083261 bytes, checksum: a3bd5f9d9f715a880c77016b51a793ad (MD5) Previous issue date: 2016-01-29 / The genetic variability of sugarcane is explored by genetic improvement from hybridizations between parents that presents high yield per si. However, parental recommendation has as a limiting factor the lack of floral synchronism between the genotypes and the lack of characterization of the accessions by the pollen viability, which may reflect on infertility or low fertility of caryopses. Informations about pollen viability of genotypes of sugarcane during the storage time, allow us to estimate the moment when pollen retains its germination power, vigor and genetic integrity to promote hybridizations between parents that have asynchronous flowering. This work aimed to study general aspects from hybridization in sugarcane, verify the existence of correlation between the pollen viability and the fertility of caryopsis, evaluate the viability of the pollen obtained from the upper and lower third of the panicles of tem genotypes, as well as pollen viability during the storage time of four varieties. The experiments were conducted at Estação de Floração e Cruzamento da Cana-de-açúcar de Devaneio. The pollen viability was tested by lugol solution and its conservation was made in a freezer at -18°C. The experimental design was completely randomized in a factorial design. Significant differences were identified among genotypes for all variables analyzed. The conservation method used in this study proved effective for maintaining the viability of three of the four genotypes. It was found a positive correlation between pollen viability and fertility of the caryopsis. / A variabilidade genética da cana-de-açúcar é explorada pelo melhoramento genético a partir de hibridações entre genitores que apresentam alto rendimento per si. Entretanto, a recomendação de parentais tem como fator limitante a falta de sincronismo floral entre os genótipos, bem como a falta de caracterização dos acessos quanto a viabilidade polínica, o que pode refletir em infertilidade ou baixa fertilidade das cariópses. Informações sobre a viabilidade polínica de genótipos da cana-de-açúcar no decorrer do tempo de conservação permite estimar o tempo no qual o pólen preserva seu poder germinativo, vigor e integridade genética para promover hibridações entre genitores que apresentam florescimento assíncronos. O presente trabalho objetivou estudar aspectos gerais da hibridação em cana-de-açúcar, verificar a existência de correlação entre a viabilidade polínica e a fertilidade da cariópse, avaliar a viabilidade de pólens obtidos do terço superior e inferior de panículas de dez genótipos, assim como a viabilidade polínica no decorrer do tempo de armazenamento de quatro variedades. Os experimentos foram conduzidos na Estação de Floração e Cruzamento da Cana-de-açúcar de Devaneio. A viabilidade polínica foi testada através da solução de lugol e a sua conservação foi feita em freezer a -18ºC. O delineamento experimental adotado foi o inteiramente casualizado em esquema fatorial. Foram identificadas diferenças significativas entre os genótipos para todas variáveis analisadas. A metodologia de conservação empregada no estudo mostrou-se eficiente para manutenção da viabilidade em três dos quatro genótipos avaliados. Foi verificada correlação positiva entre a viabilidade do pólen e a fertilidade da cariópse.

La résolution de systèmes d'équations linéaires creux est au cœur de nombreux domaines d'applications. De même que la quantité de ressources de calcul augmente dans les architectures modernes, offrant ainsi de nouvelles perspectives, la taille des problèmes rencontré de nos jours dans les applications de simulations numériques augmente aussi et de façon significative. L'exploitation des architectures modernes pour la résolution efficace de problèmes de très grande taille devient ainsi un défit a relever, aussi bien d'un point de vue théorique que d'un point de vue algorithmique. L'objectif de cette thèse est d'adresser les problèmes de scalabilité des solveurs creux directs basés sur les méthodes multifrontales en environnements parallèles asynchrones. Dans la première partie de la thèse, nous nous intéressons a l'exploitation du parallélisme multicoeur sur les architectures a mémoire partagée. Nous introduisons une variante de l'algorithme Geist-Ng afin de gérer aussi bien un parallélisme a grain fin, a travers l'utilisation de librairies BLAS séquentiel et parallèle optimisées, que d'un parallélisme a plus gros grain, a travers l'utilisation de parallélisme a base de directives OpenMP. Nous considérons aussi des aspects mémoire afin d'améliorer les performances sur des architectures NUMA: (i) d'une part, nous analysons l'influence de la localité mémoire et utilisons des stratégies d'allocation mémoire adaptatives pour gérer les espaces de travail privés et partagés; (ii) d'autre part, nous nous intéressons au problème de partages de ressources sur les architectures multicoeurs, qui induisent des pénalités en termes de performances. Enfin, afin d'éviter que des ressources ne reste inertes a la fin de l'exécution de leurs taches, et ainsi, afin d'exploiter au mieux les ressources disponibles, nous proposons un algorithme conceptuellement proche de l'approche dite de vol de travail, et qui consiste a assigner les ressources de calculs inactives au taches de travail actives de façon dynamique. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux architectures hybrides, a base de mémoire partagées et de mémoire distribuées, pour lesquels un travail particulier est nécessaire afin d'améliorer la scalabilité du traitement de problèmes de grande taille. Nous étudions et optimisons tout d'abord les noyaux d'algèbre linéaire danse utilisé dans les méthodes multifrontales en environnent distribué asynchrone, en repensant les variantes right-looking et left-looking de la factorisation LU avec pivotage partiel dans notre contexte distribué. De plus, du fait du parallélisme multicoeurs, la proportion des communications relativement aux calculs et plus importante. Nous expliquons comment construire des algorithmes de mapping qui minimisent les communications entres nœuds de l'arbre de dépendances de la méthode multifrontale. Nous montrons aussi que les communications asynchrones collectives deviennent christiques sur grand nombres de processeurs, et que les broadcasts asynchrones a base d'arbres de broadcast doivent être utilisés. Nous montrons ensuite que dans un contexte multifrontale complètement asynchrone, où plusieurs instances de tels communications ont lieux, de nouveaux problèmes de synchronisation apparaissent. Nous analysons et caractérisons les situations de deadlock possibles et établissons formellement des propriétés générales simples afin de résoudre ces problèmes de deadlock. Nous établissons par la suite des propriétés nous permettant de relâcher les synchronisations induites par la solutions précédentes, et ainsi, d'améliorer les performances. Enfin, nous montrons que les synchronisations peuvent être relâchées dans un solveur creux danse et illustrons les gains en performances, sur des problèmes de grande taille issue d'applications réelles, dans notre environnement multifrontale complètement asynchrone. / The solution of sparse systems of linear equations is at the heart of numerous applicationfields. While the amount of computational resources in modern architectures increases and offersnew perspectives, the size of the problems arising in today’s numerical simulation applicationsalso grows very much. Exploiting modern architectures to solve very large problems efficiently isthus a challenge, from both a theoretical and an algorithmic point of view. The aim of this thesisis to address the scalability of sparse direct solvers based on multifrontal methods in parallelasynchronous environments.In the first part of this thesis, we focus on exploiting multi-threaded parallelism on sharedmemoryarchitectures. A variant of the Geist-Ng algorithm is introduced to handle both finegrain parallelism through the use of optimized sequential and multi-threaded BLAS libraries andcoarser grain parallelism through explicit OpenMP based parallelization. Memory aspects arethen considered to further improve performance on NUMA architectures: (i) on the one hand,we analyse the influence of memory locality and exploit adaptive memory allocation strategiesto manage private and shared workspaces; (ii) on the other hand, resource sharing on multicoreprocessors induces performance penalties when many cores are active (machine load effects) thatwe also consider. Finally, in order to avoid resources remaining idle when they have finishedtheir share of the work, and thus, to efficiently exploit all computational resources available, wepropose an algorithm wich is conceptually very close to the work-stealing approach and whichconsists in dynamically assigning idle cores to busy threads/activities.In the second part of this thesis, we target hybrid shared-distributed memory architectures,for which specific work to improve scalability is needed when processing large problems. We firststudy and optimize the dense linear algebra kernels used in distributed asynchronous multifrontalmethods. Simulation, experimentation and profiling have been performed to tune parameterscontrolling the algorithm, in correlation with problem size and computer architecture characteristics.To do so, right-looking and left-looking variants of the LU factorization with partialpivoting in our distributed context have been revisited. Furthermore, when computations are acceleratedwith multiple cores, the relative weight of communication with respect to computationis higher. We explain how to design mapping algorithms minimizing the communication betweennodes of the dependency tree of the multifrontal method, and show that collective asynchronouscommunications become critical on large numbers of processors. We explain why asynchronousbroadcasts using standard tree-based communication algorithms must be used. We then showthat, in a fully asynchronous multifrontal context where several such asynchronous communicationtrees coexist, new synchronization issues must be addressed. We analyse and characterizethe possible deadlock situations and formally establish simple global properties to handle deadlocks.Such properties partially force synchronization and may limit performance. Hence, wedefine properties which enable us to relax synchronization and thus improve performance. Ourapproach is based on the observation that, in our case, as long as memory is available, deadlockscannot occur and, consequently, we just need to keep enough memory to guarantee thata deadlock can always be avoided. Finally, we show that synchronizations can be relaxed in astate-of-the-art solver and illustrate the performance gains on large real problems in our fullyasynchronous multifrontal approach.

L’insuffisance cardiaque est une pathologie provoquant une diminution importante des capacités fonctionnelles des patients ainsi qu’une diminution drastique de la qualité de vie. L’évaluation des capacités fonctionnelles est généralement effectuée par une épreuve d’effort maximal. Cependant pour plusieurs patients, cet effort est difficile à compléter. Les objectifs de l’étude présentée dans ce mémoire sont : (1) valider trois méthodes d’évaluation de la capacité fonctionnelle et aérobie des sujets souffrant d’insuffisance cardiaque avec un complexe QRS élargi; (2) chercher à établir le profil des patients démontrant une meilleure tolérance à l’exercice malgré une consommation maximale d’oxygène identique; et (3) démontrer les conséquences de la présence et de la magnitude de l’asynchronisme cardiaque dans la capacité fonctionnelle et la tolérance à l’exercice. Tous les sujets ont été soumis à un test de marche de six minutes, un test d’endurance à charge constante sur tapis roulant et à une épreuve d’effort maximal avec mesure d’échanges gazeux à la bouche. Les résultats ont montré une association significative entre les épreuves maximale et plus spécifiquement sous-maximale. De plus, une meilleure tolérance à l’exercice serait associée significativement à une plus grande masse du ventricule gauche. Finalement, les résultats de notre étude n’ont pas montré d’effet d’un asynchronisme cardiaque sur la performance à l’effort tel qu’évalué par nos protocoles. / Heart failure is a pathology that significantly decreases functional capacity and life quality. Maximal cardiopulmonary exercise testing is usually used to evaluate the functional capacity. However, the intensity of this test is very high and difficult to complete for some patients. The objectives of the study presented in this master are: (1) to validate three different protocols that evaluate functional and aerobic capacity for patients with congestive heart failure and presenting a large QRS complex; (2) to establish the characteristics of the patients that demonstrate a better exercise tolerance despite an identical aerobic capacity; (3) to identify the consequences of the presence and the magnitude of cardiac asynchrony on the exercise tolerance and the functional capacity. All patients underwent a six minute walk test, an endurance exercise test on treadmill and also a maximal cardiopulmonary test. The results show a significant association between all tests, more importantly between submaximal tests. Also, patients with better exercise tolerance demonstrate a left ventricular mass increased compared to low exercise tolerance patients. Finally, there is no significant effect of cardiac asynchrony on exercise tolerance examined by our protocols.

L’insuffisance cardiaque est une pathologie provoquant une diminution importante des capacités fonctionnelles des patients ainsi qu’une diminution drastique de la qualité de vie. L’évaluation des capacités fonctionnelles est généralement effectuée par une épreuve d’effort maximal. Cependant pour plusieurs patients, cet effort est difficile à compléter. Les objectifs de l’étude présentée dans ce mémoire sont : (1) valider trois méthodes d’évaluation de la capacité fonctionnelle et aérobie des sujets souffrant d’insuffisance cardiaque avec un complexe QRS élargi; (2) chercher à établir le profil des patients démontrant une meilleure tolérance à l’exercice malgré une consommation maximale d’oxygène identique; et (3) démontrer les conséquences de la présence et de la magnitude de l’asynchronisme cardiaque dans la capacité fonctionnelle et la tolérance à l’exercice. Tous les sujets ont été soumis à un test de marche de six minutes, un test d’endurance à charge constante sur tapis roulant et à une épreuve d’effort maximal avec mesure d’échanges gazeux à la bouche. Les résultats ont montré une association significative entre les épreuves maximale et plus spécifiquement sous-maximale. De plus, une meilleure tolérance à l’exercice serait associée significativement à une plus grande masse du ventricule gauche. Finalement, les résultats de notre étude n’ont pas montré d’effet d’un asynchronisme cardiaque sur la performance à l’effort tel qu’évalué par nos protocoles. / Heart failure is a pathology that significantly decreases functional capacity and life quality. Maximal cardiopulmonary exercise testing is usually used to evaluate the functional capacity. However, the intensity of this test is very high and difficult to complete for some patients. The objectives of the study presented in this master are: (1) to validate three different protocols that evaluate functional and aerobic capacity for patients with congestive heart failure and presenting a large QRS complex; (2) to establish the characteristics of the patients that demonstrate a better exercise tolerance despite an identical aerobic capacity; (3) to identify the consequences of the presence and the magnitude of cardiac asynchrony on the exercise tolerance and the functional capacity. All patients underwent a six minute walk test, an endurance exercise test on treadmill and also a maximal cardiopulmonary test. The results show a significant association between all tests, more importantly between submaximal tests. Also, patients with better exercise tolerance demonstrate a left ventricular mass increased compared to low exercise tolerance patients. Finally, there is no significant effect of cardiac asynchrony on exercise tolerance examined by our protocols.

Les architectures modulaires intégrées (IMA) sont une évolution majeure de l'architecture des systèmes avioniques. Elles permettent à plusieurs systèmes de se partager des ressources matérielles sans interférer dans leur fonctionnement grâce à un partitionnement spatial (zones mémoires prédéfinies) et temporel (ordonnancement statique) dans les processeurs ainsi qu'une réservation des ressources sur les réseaux empruntés. Ces allocations statiques permettent de vérifier le déterminisme général des différents systèmes: chaque système doit respecter des exigences de bout-en-bout dans une architecture asynchrone. Une étude pire cas permet d'évaluer les situations amenant aux limites du système et de vérifier que les exigences de bouten- bout sont satisfaites dans tous les cas. Les architectures IMA utilisés dans les avions centralisent physiquement des modules de calcul puissants dans des baies avioniques. Dans le cadre d'une étude de cas hélicoptère, ces baies ne sont pas envisageables pour des raisons d'encombrement: des processeurs moins puissants, utilisés à plus de 80%, composent ces architectures. Pour ajouter de nouvelles fonctionnalités ainsi que de nouveaux équipements, le souhait est de distribuer la puissance de traitement sur un plus grand nombre de processeurs dans le cadre d'une architecture globale asynchrone. Deux problématiques fortes ont été mises en avant tout au long de cette thèse. La première est la répartition des fonctions avioniques associée à une contrainte d'ordonnancement hors-ligne sur les différents processeurs. La deuxième est la satisfaction des exigences de communication de bout-en-bout, dépendantes de l'allocation et l'ordonnancement des fonctions ainsi que des latences de communication sur les réseaux. La contribution majeure de cette thèse est la recherche d'un compromis entre la distribution des architectures IMA sur un plus grand nombre de processeurs et la satisfaction des exigences de communication de bout-en-bout. Nous répondons à cet enjeu de la manière suivante: - Nous formalisons dans un premier temps un modèle de partitions communicantes tenant en compte des contraintes d'allocation et d'ordonnancement des partitions d'une part et des contraintes de communication de bout-en-bout entre partitions d'autre part. - Nous présentons dans un deuxième temps une recherche exhaustive des architectures valides. Nous proposons l'allocation successive des fonctions avioniques en considérant au même niveau la problématique d'ordonnancement et la satisfaction des exigences de bout-en-bout avec des latences de communication figées. Cette méthode itérative permet de construire des allocations de partitions partiellement valides. La construction des ordonnancements dans chacun des processeurs est cependant une démarche coûteuse dans le cadre d'une recherche exhaustive. - Nous avons conçu dans un troisième temps une heuristique gloutonne pour réduire l'espace de recherche associé aux ordonnancements. Elle permet de répondre aux enjeux de distribution d'une architecture IMA dans un contexte hélicoptère. - Nous nous intéressons dans un quatrième temps à l'impact des latences de communication de bout-en-bout sur des architectures distribuées données. Nous proposons pour celles-ci les choix de réseaux basés sur les latences de communication admissibles entre les différentes fonctions avioniques. Les méthodes que nous proposons répondent au besoin industriel de l'étude de cas hélicoptère, ainsi qu'à celui de systèmes de plus grande taille. / Integrated Modular Architectures (IMA) is a major evolution of avionics systems. A spatial (predefined memory zones) and temporal (off-line scheduling) partitioning as well as communication resources reservation permit several systems not to interfere in this architecture. The determinism of systems is proved thanks to these static allocations: each system must respect end-to-end requirements in an asynchronous architecture. A worst-case study permits to assess the bounds of systems in order to verify that end-to-end requirements are satisfied in all the cases. IMA architectures physically centralize powerful computing resources in avionics bays in aircraft. These aren't feasible in helicopters due to size reasons: powerless processors, at least 80% used, set these architectures. In order to add new functionalities and equipment, the aim is to distribute processing power over a larger number of processors in the context of a globally asynchronous architecture. Two strong issues have been advanced throughout this thesis. The first one is the distribution of avionics functions with an off-line scheduling constraint on the different processors. The second one is the satisfaction of end-to-end requirements, depending on allocation and scheduling of functions as well as communication latencies over the networks. This thesis proposes a trade-off between the distribution of IMA architectures on a larger number of processors and the satisfaction of end-to-end communication requirements. We answer at this topic as follows: - First, we formalize a communicating partitions model based on the partitions allocation and scheduling constraints on the one hand and end-to-end communication constraints on the other hand. - Second, we present an exhaustive search of valid architectures. We introduce a successive allocation of avionics functions considering altogether the scheduling and the satisfaction of end-to-end constraints with fixed communication latencies. This iterative method allows the building of partially valid allocations schemes, but the scheduling search is expensive here. - Third, we create a greedy heuristic to reduce the scheduling search space. It permits to meet the challenges of the distribution of IMA architecture in a helicopter context. - Finally, we focus on the impact of end-to-end communication latencies on given distributed architectures. We define for them the networks based on eligible communication latencies between the different avionics functions. Our methods answer the industrial case study needs as well as bigger size systems needs.