L'objectif de cette thèse est d'étudier la formation et le contrôle de structures spatiales apparaissant dans un cristal photoréfractif soumis à une simple boucle de rétro-action optique (simple feedback). Suite au mécanisme d'instabilité de modulation, un faisceau laser entrant dans un milieu non linéaire peut subir une structuration spatiale transverse, connue sous le nom de filamentation. Dans la configuration dite simple feedback, l'interaction de deux faisceaux laser contra-propageants peut donner naissance à des structures transverses auto-organisées (dites patterns) plus régulières que les filaments : par exemple une structure de type hexagonal. Dans ce document, nous étudions, à la fois théoriquement et expérimentalement le phénomène de formation de patterns photoréfractifs. Notre but est d'aller au-delà de la simple observation de patterns. En effet, nous focalisons notre étude sur l'adressage et la sélection de patterns, en utilisant les propriétés de contrôle de la lumière que fournissent les structures périodiques telles que les cristaux photoniques. L'insertion de telles structures au sein même du milieu non linéaire photoréfractif permet la création, la sélection et l'orientation de différents patterns. La géométrie, la vélocité et la dynamique de ces structures spatiales sont également fortement influencées lorsqu'un décalage transverse, induit par un désalignement du miroir de rétro-action, est imposé au système. Ainsi, pour la première fois dans un système photoréfractif, il devient possible d'observer des dynamiques dites convectives, c'est-à-dire entretenues par le bruit. Pour finir, une partie de cette thèse est dédiée à l'obtention de structures dites localisées. Trouvant leur originalité dans des applications comme les mémoires optiques adressables, ces structures ont été intensément étudiées ces dernière années. Nous proposons de les observer dans notre système photoréfractif, peu voire pas étudié dans cette configuration.

Les enzymes sont des protéines aux propriétés catalytiques exceptionnelles mais leur disponibilité et stabilité parfois limitées incitent à développer par ailleurs des systèmes catalytiques plus simples, moins coûteux et plus modulables. Une approche biomimétique consiste ainsi à concevoir des systèmes organocatalytiques en se basant sur la structure des enzymes et sur leur mode d'action. Le chapitre I est une mise au point bibliographique sur la conception de catalyseurs bio-inspirés essentiellement basée sur la création de cavités hydrophobes et sur l'introduction d'acides aminés dans les structures. Le chapitre II présente ensuite la synthèse de lipopeptides amphiphiles comme catalyseurs biomimétiques ainsi que leurs propriétés d'auto-assemblage. Ces molécules sont constituées d'une part d'une chaîne lipophile et d'autre part d'une séquence tripeptidique contenant généralement les motifs glycine et histidine. Ils sont obtenus par réaction de Schotten-Baumann et par couplage peptidique en solution. Le caractère amphiphile des lipopeptides induit leur auto-assemblage en milieu aqueux. Ceci a été mis en évidence dans un second temps par tensiométrie et fluorimétrie tandis que des mesures de diffusion des rayonnements (lumière, neutrons) et des observations par microscopie électronique ont pu apporter des informations sur la taille et la géométrie des agrégats formés. Les lipopeptides forment des objets globulaires dans le cas des chaînes hydrophobes les plus courtes tandis qu'on observe des réseaux de fibres pour les composés plus hydrophobes. Dans une troisième partie, l'activité catalytique des lipopeptides a été évaluée vis-à-vis de l'hydrolyse d'un ester modèle. Ainsi, l'hydrolyse du p-nitrophénylacétate en milieu aqueux a été suivie par spectrophotométrie UV-visible. La variation des structures utilisées en catalyse (séquence peptidique, longueur de chaîne) a notamment permis de mettre en évidence le rôle positif de l'histidine sur la catalyse. L'influence de l'auto-organisation a également été étudiée et une différence de comportements entre monomères et agrégats a été observée : les lipopeptides sont de meilleurs catalyseurs en tant que monomères que sous forme d'agrégats. Cela montre qu'un ajustement adéquat des propriétés hydrophobes des lipopeptides mène à une activité catalytique contrôlée vis-à-vis de l'hydrolyse d'esters. Les propriétés hydrolytiques des lipopeptides ont ensuite été étendues au clivage d'un ADN. Le chapitre IV présente ainsi l'étude de l'activité catalytique de ces différents lipopeptides vis-à-vis du clivage d'un ADN plasmidique. Dans un premier temps, des sondes de fluorescence spécifiques (bromure d'éthidium, Hoechst 33342 et pyrène) ont été utilisées pour étudier les interactions entre les lipopeptides et l'ADN et pour suivre respectivement les phénomènes d'intercalation, de liaison dans le petit sillon ou d'auto-organisation des lipopeptides. Une association entre ADN et lipopeptides a ainsi pu être observée et l'intervention de l'histidine et de la chaîne hydrophobe dans ces processus d'interaction a notamment été mise en évidence. Enfin, l'hydrolyse de l'ADN en présence des lipopeptides a été révélée par électrophorèse sur gel d'agarose puis quantifiée par photodensitométrie. Les lipopeptides à base d'histidine ont révélé une activité hydrolytique significative vis-à-vis du plasmide et le rôle positif de l'hydrophobie des composés a également été constaté. / Enzymes are proteins with remarkable catalytic properties but their stability and availability may sometimes become a limitation to their use. This is why simpler, cheaper and more tunable catalytic systems are developed in the meantime. Therefore, a biomimetic approach consists in designing organocatalysts based on enzymes' structure and mechanism. Chapter I is a bibliographic review about the design of bio-inspired organocatalysts, essentially based on the incorporation of hydrophobic cavities and the introduction of amino acids into their structures. Then, chapter II presents the synthesis of amphiphilic lipopeptides as biomimetic catalysts and their self-assembly properties. These compounds contain a lipophilic tail and a tripeptidic sequence generally consisting of glycine and histidine moieties. They are obtained thanks to Schotten-Baumann reaction and solution-phase peptide synthesis. The amphiphilic properties of the lipopeptides induce their self-assembly in aqueous media. This was evidenced afterwards by tensiometry and fluorimetry, while scattering technics (light, neutrons) and electronic microscopy observations gave information about the size and geometry of the obtained aggregates. Lipopeptides can form globular objects in the case of the shortest hydrophobic tails while fibrillar networks were observed for more hydrophobic compounds. In a third part, the catalytic activity of the lipopeptides was studied regarding the hydrolysis of a model ester. In this way, the hydrolysis of p-nitrophenyl acetate in aqueous media was monitored by UV-vis at 406 nm. Variation of the structures (peptidic sequence, hydrophobic length) evidenced the positive contribution of histidine regarding catalysis. The influence of the self-organization was also studied and different behaviors were observed depending on monomer or aggregated state: lipopeptides seemed to be better catalysts as monomer than aggregates. It showed that an adapted tuning of the hydrophobic properties of the lipopeptides leads to a controlled catalytic activity. Hydrolytic properties of the lipopeptides were further extended to DNA cleavage. Chapter IV presents the study of the catalytic activity of these different lipopeptides regarding DNA cleavage. First, specific fluorescent probes (ethidium bromide, Hoechst 33342 and pyrene) were used to study the interactions between the lipopeptides and DNA and to follow respectively intercalation, minor groove binding and self-assembly of the lipopeptides. Association between DNA and lipopeptides was evidenced as well as the role played by histidine and the hydrophobic part during the interaction process. Then, the hydrolysis of DNA in the presence of lipopeptides was revealed by gel electrophoresis and quantified using photodensitometry. Histidine-based lipopeptides showed a significant hydrolytic activity regarding plasmid DNA while a positive contribution of hydrophobicity was also evidenced.

Une décharge à barrière diélectrique (DBD) provenant d'un claquage de type Townsend et entretenue dans un régime luminescent peut aboutir à une décharge d'apparence homogène ou filamentaire. Grâce à une importante variété de structures filamentaires observables et à leurs similarités avec les structures observées dans d'autres domaines, les DBD sont d'un grand intérêt en dynamique des systèmes non linéaires. Numériques ou expérimentaux, les moyens d'études de systèmes complexes se doivent d'être en premier lieu fiables et simples. Une grande partie du temps de cette thèse a consisté à mettre en place un dispositif expérimental permettant d'obtenir des résultats reproductibles et à élaborer un code numérique de décharge à zéro dimension permettant des calculs rapides tout en conservant la physique essentielle des décharges. Un code fluide à deux dimensions préexistant a aussi été utilisé. Ces trois outils, par leurs complémentarités et leurs versatilités propres, ont offert des possibilités d'investigations plus poussées qu'auparavant. La question principale posée au début de la thèse concerne l'origine de l'instabilité d'une décharge menant à une structuration spatiale. Pour y répondre, une des études visa à regarder l'influence de l'ajout d'une impureté sur les paramètres expérimentaux observables grâce à la combinaison de résultats expérimentaux et numériques. Les décharges ont été réalisées dans les gaz rares tels que l'hélium, le néon et l'argon et l'impureté ajoutée est de l'azote. L'un des principaux résultats montre que dans le néon, l'effet Penning joue un rôle central dans la structuration. D'autres travaux menés en parallèle ont entre autres visé à identifier les facteurs responsables de la taille des filaments ou à aborder la spatialisation d'une décharge à partir de modèles 0D couplés. / Dielectric Barrier Discharge (DBD) starting from Townsend breakdown and used in glow discharge regime can lead to homogenous discharge or patterned discharge. Due to a large variety of observed structures and their similarity with other domains, DBD are of great scientific interest in non-linear dynamics systems. Numerical calculations or experimental studies of complex systems need to be simple and reliable. A great part of this thesis work was to improve an experimental device to obtain reproducible results and to develop a zero dimension numerical model performing faster calculations retaining the essential discharges physic. A two dimensions preexisting model was also used. These three tools, by their complementarity and their versatilities, allowed us to go further in understanding discharge mechanisms. In the beginning of this work, one of the main questions was: "What is responsible for instability in a dielectric barrier discharge leading to spatial structure?". To answer, one of the studies consisted to add an impurity in a discharge and to look the consequences combining numerical and experimental devices. Discharges were performed in rare gas such as helium, neon and argon and nitrogen was used as an impurity. One of the main results shows that Penning effect plays a central role in discharges structuring. Other studies consisted of identifying the factors responsible for the size of the filaments or to approach the spatialization of a discharge from coupled 0D models.

Cette thèse traite de la problématique de l'unification de différents flux d'informations modales qui peuvent provenir des senseurs d'un agent. Cette unification, inspirée des expériences psychologiques comme l'effet ventriloque, s'appuie sur la détection de corrélations, définies comme des motifs spatiauxqui apparaissent régulièrement dans les flux d'entrée. L'apprentissage de l'espace des corrélations du flux d'entrée échantillonne cet espace et généralise les échantillons appris. Cette thèse propose des principes fonctionnels pour le traitement multimodal de l'information qui ont aboutit à l'architectureconnexionniste, générique, modulaire et cortico-inspirée SOMMA (Self-Organizing Maps for Multimodal Association). Dans ce modèle, le traitement de chaque modalité s'effectue au sein d'une carte corticale. L'unification multimodale de l'information est obtenue par la mise en relation réciproque de ces cartes.L'échantillonnage et la généralisation des corrélations reposent sur une auto-organisation contrainte des cartes. Ce modèle est caractérisé par un apprentissage progressif de ces propriétés fonctionnelles : les propriétés monomodales amorcent l'émergence des propriétés multimodales et, dans le même temps, l'apprentissagede certaines corrélations par chaque carte est un préalable à l'auto-organisation de ces cartes. Par ailleurs, l'utilisation d'une architecture connexionniste et d'un apprentissage continu et non supervisé fournit au modèle des propriétés de robustesse et d'adaptabilité qui sont généralement absentes des approches informatiques classiques. / This thesis focuses on unifying multiple modal data flows that may be provided by sensors of an agent. This unification, inspired by psychological experiments like the ventriloquist effect, is based on detecting correlations which are defined as temporally recurrent spatial patterns that appear in the input flows. Learning of the input flow correlations space consists on sampling this space and generalizing theselearned samples. This thesis proposed some functional paradigms for multimodal data processing, leading to the connectionist, generic, modular and cortically inspired architecture SOMMA (Self-Organizing Maps for Multimodal Association). In this model, each modal stimulus is processed in a cortical map. Interconnectionof these maps provides an unifying multimodal data processing. Sampling and generalization of correlations are based on the constrained self-organization of each map. The model is characterised by a gradual emergence of these functional properties : monomodal properties lead to the emergence of multimodal ones and learning of correlations in each map precedes self-organization of these maps.Furthermore, the use of a connectionist architecture and of on-line and unsupervised learning provides plasticity and robustness properties to the data processing in SOMMA. Classical artificial intelligence models usually miss such properties.

Cette thèse propose une auto-organisation d'un réseau sans fil multi-sauts en clusters. Cette structure de clusters est ensuite utilisée pour effectuer une diffusion efficace dans le réseau et un protocole de routage indirect. Cette thèse utilise des outils de géométrie stochastique et des simulations.

Les oscillations en composition et taille des grains peuvent parfois être générées dans les intrusions magmatiques, produisant des motifs caractéristiques à l’échelle du centimètre au mètre sous forme de couches cycliques. Il est essentiel de comprendre l’origine de ces motifs afin d’établir les circonstances géologiques de formation de ces corps. Nous travaillons avec l’hypothèse que ces motifs sont le résultat d’un processus d’auto- organisation non linéaire selon lequel l’interaction entre la dynamique de cristallisation et la diffusion cause la ségrégation des minéraux selon leur nature et leur taille. Ce mécanisme est semblable à celui à l’origine des bandes de Liesegang et mène à des caractéristiques comparables, telles qu’une progression géométrique de la position des bandes. Dans le but d’obtenir une description plus complète du processus de formation des motifs périodiques dans le contexte d’un système magmatique eutectique binaire en contact avec une roche- mère plus froide, nous présentons un modèle numérique en une dimension de nucléation et croissance qui généralise les modèles précédents. Notre modèle inclut une correction tenant compte de l’effet de la porosité sur la tortuosité, ainsi que le mûrissement d’Ostwald, facul- tativement. La solidification est contrôlée par des paramètres clés déterminant l’émergence du motif. De plus, en utilisant une géométrie sphériquement symétrique, notre modèle peut être appliqué à la formation de granites orbiculaires.

Durant ces dernières années la déformation plastique est de plus en plus souvent étudiée du point de vue de la dynamique des systèmes complexes, caractérisée par l'auto-organisation et impliquant plusieurs échelles. Le présent travail est une étude multi-échelles de la dynamique collective de dislocations dans un alliage AlMg sujetà l'effet Portevin-Le Chatelier (PLC). Pour atteindre cet objectif nous avons réalisé l'enregistrement simultané des courbes de traction, de l'émission acoustique (EA) et du champ de déformations locales, ainsi que la caractérisation quantitative de la complexité grâce aux analyses statistique et multifractale. Le travail de thèse a permis de montrer que la manifestation apparente des processus de déformation plastique dépend de l'échelle d'observation. L'analyse de l'EA a révélé un comportement intrinsèquement intermittent et invariant d'échelles dans toutes les conditions expérimentales. Ces résultats suggèrent qu'aux échelles associées à l'EA, la plasticité peut être gouvernée par une dynamique universelle, qu'elle soit liée à l'instabilité PLC ou à un écoulement macroscopiquement homogène. Malgré le caractère ubiquitaire de cette observation, le champ de déformations locales montre des processus de déformation ondulatoires, et l'analyse statistique des chutes de contrainte révèle des échelles caractéristiques. Une hypothèse de synchronisation des avalanches des dislocations est avancée afin d'expliquer dans certaines conditions expérimentales le passage de l'échelle mésoscopique à l'échelle macroscopique / In recent years, the plastic deformation more and more often studied in terms of the dynamics of complex systems, which is characterized by self-organization and involves various scales. This work presents a multi-scale investigation of the collective behavior of dislocations in an AlMg alloy prone to the Portevin-Le Chatelier (PLC) effect. To achieve this goal we have performed simultaneous recording of tensile curves, acoustic emission (AE), and local strain field, as well as quantitative characterization of the complexity through statistical and multifractal analyses. The results obtained proved that the apparent manifestations of the plastic deformation processes depend on the scale of observation. The analysis of the AE data revealed an inherently intermittent and scale-invariant behavior in all experimental conditions. These results suggest that at the scales pertaining to the AE, the plasticity may be governed by a universal dynamics, be it related to the PLC instability or macroscopically homogeneous flow. Despite the ubiquitous nature of this observation, the local strain field uncovers wave-like deformation processes, and the statistical analysis of stress serrations reveals characteristic scales. Synchronization of dislocation avalanches is conjectured to explain (under some experimental conditions) the transition from the mesoscopic to the macroscopic scale

Les films minces de copolymères à bloc PS-b-PLA peuvent servir de gabarits pour la fabrication de nano-objets sur une surface. Ce copolymère à bloc doit dans ce cas être organisé sous forme de cylindres de PLA orientés perpendiculairement et arrangés en hexagone dans une matrice de PS sur plusieurs micromètres. Le PLA extrait par hydrolyse conduit alors à un film mince poreux. Dans cette perspective, des films minces ont été préparés par spin-coating d’une solution d’un PS-PLA, de fraction volumique en PLA 0,35. Les analyses en AFM, MEB montrent que les films ainsi préparés présente un état métastable avec une structure nanoséparée avec des cylindres de PLA orientés perpendiculairement et arrangés en hexagone très localement. Il est nécessaire de réorganiser les films pour obtenir une organisation à longue distance. Les recuits thermiques sous vide s’avèrent peu efficace. L’exposition des films à des vapeurs de solvant (THF, acétone et chlorobenzène) entraîne la réorganisation des films. La nature du solvant, le temps d’exposition conditionnent la morphologie observée. Une étude détaillée de ces paramètres permet d’obtenir une organisation optimale pour les applications visées. Une irradiation UV permet d’immobiliser le film sur la surface rendant possible l’extraction du PLA par hydrolyse. Des films de PS à nanoporosité organisés sur plusieurs micromètres peuvent donc être produits. En parallèle, une stratégie de synthèse originale de copolymères diblocs PS-PLA fondée sur la combinaison d’ATRP et du ROP en utilisant le tribromoéthanol comme amorceur commercial a été essayé. Après purification des copolymères synthétisés sur une colonne de silice afin d’éliminer les homopolymères PLA, les différentes morphologies obtenues après dépôt par spin-coating ont été étudiées et des expositions à des vapeurs de solvants ont été réalisées afin d’améliorer l’ordre à grande échelle des films préparés. / Block copolymers thin films (PS-PLA) can be used as templates to fabricate nano-objects on a surface. This block copolymer must be organized in the form of cylinders of PLA oriented perpendicularly and arranged in a hexagonal array in PS matrix over several micrometers. PLA extracted by hydrolysis leads to a porous thin film. In this perspective, thin films were prepared by spin-coating from a solution of PS-PLA, the PLA volume fraction was 0,35. Analysis by AFM, SEM showed that the films prepared after spin-coating has a metastable state with a nanoseparated structure with PLA cylinders oriented perpendicularly and arranged in hexagon very locally. It is necessary to reorganize the films to obtain a long range order. The thermal annealing have been shown to be ineffective. The exposition of films to solvent vapours (THF, acetone and chlorobenzene) improves the reorganization of block copolymers thin films. The solvent nature and exposure time determine the film morphology. With a detailed experimental study of these parameters we determine the experimental conditions to obtain thin films with cylinders of PLA oriented perpendicularly and arranged in hexagonal array over several micrometers (exposure to THF for 4H). UV irradiation immobilizes the film on the surface and therefore the extraction of PLA is possible by hydrolysis. Nanoporous polystyrene thin film organized over several micrometers can be produced. In parallel, original synthesis of PS-PLA based on the combination of ATRP and ROP using commercial dualinitiator tribromoethanol has been tried. After purification of copolymers synthesized on a silica column to remove the PLA homopolymer, the morphologies obtained after spin-coating have been studied and exposition to solvent vapours were performed to improve the film order-scale.

Depuis une vingtaine d'années, les développements dans les technologies de l'information ont fait évoluer les paradigmes de l'informatique. L'arrivée d'approches telles que l'informatique diffuse et l'intelligence ambiante ont fait émerger de nouvelles technologies permettant d'améliorer la qualité des interactions avec les systèmes informatisés. Entre autres, l'application de l'informatique diffuse et de l'intelligence ambiante à des environnements tels que des habitats, les espaces intelligents, offre des milieux où une assistance contextualisée est offerte aux utilisateurs dans la réalisation de leurs activités quotidiennes. Toutefois, la démocratisation de l'informatique diffuse et la mise en place des espaces intelligents rencontrent un bon nombre de problèmes. Le nombre important de composantes matérielles et logicielles, les dépendances entre celles-ci et leurs natures hétérogènes contribuent à la complexité de déploiement et de gestion de ces milieux, entraînant des coûts élevés. Cette thèse vise à contribuer à la gestion logicielle des espaces intelligents par la réduction de la complexité des tâches de gestion. Notre proposition consiste en une approche autonome de la gestion logicielle, fondée sur l'approche de l'informatique diffuse autonome. L'objectif est de fournir un ensemble de fonctionnalités et de mécanismes permettant de rendre autonome la majeure partie des tâches de gestion des logiciels déployés dans des espaces intelligents. Dans le cadre de ce travail, nous proposons une solution permettant l'organisation autonome des logiciels des espaces intelligents. Ainsi, cette solution utilise les informations contextuelles des milieux afin de déterminer quelle répartition des logiciels parmi les appareils des milieux correspond le mieux aux besoins des applications, aux caractéristiques propres des environnements et, non le moindre, aux modalités et préférences d'interaction des utilisateurs de ces milieux. La solution proposée a été implémentée et évaluée à l'aide d'une série de tests et de mises en situation d'organisation logicielle. Les contributions de ce travail à l'état de l'art de la gestion des espaces intelligents sont multiples avec comme principales innovations la présentation d'une vision de l'informatique diffuse autonome, l'implémentation d'un intergiciel d'organisation logicielle autonome basé sur une sensibilité au contexte macroscopique et microscopique et l'intégration des modalités d'interaction des utilisateurs dans le raisonnement portant sur l'organisation des logiciels. Enfin, ce travail de thèse se déroule dans le contexte des recherches du laboratoire DO-MUS de l'Université de Sherbrooke, Canada, et du laboratoire Handicom de Telecom SudParis, France. Ces deux laboratoires travaillent à la conception de solutions permettant d' améliorer la qualité de vie et l' autonomie de personnes dépendantes, atteinte par exemple de troubles cognitifs ou de handicaps physiques.

Une goutte rebondit indéfiniment à la surface d'un bain soumis à une oscillation verticale. A chaque choc, des ondes sont émises sur la surface. Au voisinage de l'instabilité de Faraday, la goutte se couple à ses propres ondes et se met en mouvement spontanément sur la surface : les ondes émises lors des rebonds précédents sont entretenues par la vibration, et la goutte est propulsée car elle rebondit sur une surface inclinée. Le marcheur (l'objet associant la goutte et ses ondes de surface) possède une nature duale, à la fois onde et particule. Envoyé vers un obstacle sous-marin, le marcheur possède une probabilité de passage non nulle. Chaque réalisation est aléatoire et l'on retrouve statistiquement une forme d'effet tunnel. L'écart au seuil de l'instabilité de Faraday contrôle le temps d'amortissement des ondes sur le bain. Associé au mouvement du marcheur, il permet d'introduire la mémoire de chemin, correspondant à la trace laissée par la goutte sur le bain. Cette dernière joue un rôle majeur dans la mise en place d'effets typiquement ondulatoires dans la dynamique des marcheurs. Les conséquences de la mémoire de chemin sont évaluées en appliquant une force transverse sur le marcheur. Les orbites circulaires suivies par le marcheur sont de deux natures selon l'intensité de la mémoire de chemin. Pour une mémoire faible, leurs rayons varient continûment avec le champ excitateur. En revanche, pour une mémoire importante, les rayons de orbites sont discrets. La nature du jeu de niveaux qui se met en place suggère une analogie forte avec la théorie quantique des niveaux de Landau.