Ce travail est dédié à l'étude du comportement agrégatif chez la fourmi Lasius niger afin de caractériser le phénomène au niveau collectif, par l'étude de la dynamique et de la structure agrégative, et au niveau des mécanismes sous-tendant le phénomène par l’analyse des comportements individuels des fourmis. Nous avons montré expérimentalement et vérifié par la modélisation que l’agrégation est essentiellement liée à un phénomène amplificateur : plus l’agrégat est de grande taille, plus les fourmis y restent longtemps. Nos résultats indiquent que le niveau d’agrégation et la structure formée sont dépendants de plusieurs facteurs comme la densité et la surface disponible : une évolution de la structure agrégative des nourrices est observée, passant d’un grand agrégat stable pour les petites densité-surface à plusieurs agrégats à hiérarchie de taille moins marquée pour les grandes densité-surface. L’agrégation est aussi influencée par la caste éthologique des fourmis, les nourrices s’agrégeant en un agrégat stable de grande taille, les fourrageuses en quelques petits agrégats instables. Cette différence s’explique par une probabilité plus faible des fourrageuses à rester dans l’agrégat. Dans les groupes mixtes, les fourmis gardent les caractères propres à leur caste, ne semblant pas influencées par la caste de l’individu rencontré. Enfin, l’agrégation diffère quantitativement mais non qualitativement selon l’espèce utilisée : nos études sur Crematogaster scutellaris, Atta sexdens-rubropilosa, Solenopsis invicta, Pheidole pallidula, Linepithema humile, Myrmica rubra et M. ruginodis montrent une grande variété de réponses, en nombre et en taille d’agrégats, qui est aussi fonction de la caste de fourmis utilisée. Une constance, cependant, apparaît dans nos résultats : les nourrices paraissent mieux s’agréger que les fourrageuses. Ces résultats sont discutés en fonction de leur valeur adaptative pour la colonie et d’un lien possible avec la distribution spatiale des individus à l’intérieur du nid./This work is dedicated to the study of the aggregative behaviour in the ant Lasius niger in order to characterize the phenomenon at the collective level by a study of the dynamic and the collective structure, and at the individual level to understand the mechanisms underlying the phenomenon. We demonstrated experimentally and verified by a model that aggregation is essentially due to an amplificatory phenomenon: the greater the ant numbers in a cluster, the greater the time spent by an ant inside this cluster. Our results indicate that the aggregation level and the form of the collective structure depend on different factors such as the density and the surface: for brood-tenders, an evolution of the aggregative structure is observed shifting from a large stable aggregate for low density-surface to several smaller clusters with a less pronounced hierarchical size for the greater density-surface. Aggregation is also influenced by the ethological caste of the ant: the brood-tenders aggregate in a big stable cluster and the foragers in some unstable clusters. This difference is explained by a smaller probability of foragers to stay inside the cluster. In mixed groups, ants keep their own characteristics, not appearing to be influenced by the caste of the individual encountered. Finally, aggregation is influenced by the ant species: our studies on Crematogaster scutellaris, Atta sexdens-rubropilosa, Solenopsis invicta, Pheidole pallidula, Linepithema humile, Myrmica rubra and M. ruginodis show us a large variety of responses, in the number and the size of the clusters, which is also a function of the caste of ants which is used. A constant result, nevertheless, appears in our results: brood-tenders seem to aggregate better than foragers. These results are discussed in term of their adaptive value for the colony and a possible link with the spatial distribution of ants inside the nest.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

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

Les travaux présentés dans ce manuscrit, sont basés sur l'étude de l'auto-organisation de la matière à l'échelle nanométrique. A cette échelle, les énergies de surfaces jouent un rôle prépondérant dans cette organisation. Pour comprendre au mieux ses mécanismes nous avons étudié plusieurs types de structures à base de Silicium et de Germanium. Nous avons expérimentalement étudié la croissance cristalline ou amorphe sur différents types de substrats (amorphe : SiO2 et cristallins Si ou SOI). Certain de ces substrats furent nano-structurés en utilisant un faisceau d'ions focalisés de type Gallium ou Or-Silicium. De plus nous avons pu utiliser des surfaces différentes telle que le TiO2 ou le Silicium poreux, afin d'étudier l'organisation de la matière sur des pores de petites tailles (inférieurs à 50nm). / The following works are base on the study of self assembly structures at the nanometric scale. At this scale the surface energy have a major impact in this organization. For a better understanding of this mechanism we studied different Silicon-Germanium base structures. We experimentally studied the crystalline or amorphous growth on different types of substrates (amorphous: SiO2, crystalline: Si or SOI). Some of these substrates were nano-structured using a focused ion beam using gallium source or gold-silicon source. In addition, we were able to use different surfaces such as TiO2 or porous silicon to study the organization of the material small size pore(less than 50nm).

Cette thèse présente des résultats originaux sur les phtalocyanines (Pc), un groupe de molécules d'inspiration biologique. En raison de l'utilisation grandissante de films moléculaires de phtalocyanine dans des dispositifs ayant des applications technologiques variées, de nombreuses études ont été consacrées à ces molécules au cours des dernières décennies.Les spectroscopies de photoélectron sur les niveaux de c¿ur ou de valence (PES), la spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) et la microscopie à effet tunnel (STM) ont été utilisées pour étudier ces molécules en phase gazeuse et adsorbées sur l'or Au (111) et le silicium Si (100)-2x1 . Des calculs théoriques utilisant la fonctionnelle de la densité (DFT) sont utilisés pour obtenir des informations complémentaires sur leur structure électronique. Le but de nos études est d'obtenir une meilleure compréhension des interactions molécule - molécule et molécule - surface, pour améliorer les dispositifs à base de phtalocyanine.Grâce à des calculs DFT et des mesures PSE en phase gazeuse, il a été possible de mettre en évidence l'influence de l'ion métallique sur la bande de valence. Ainsi FePc présente les états 2p du carbone alors que ce sont les états 3d du manganèse qui dominent pour MnPc. Les études PES et STM sur H2Pc et LuPc2 déposés sur Au (111) ont révélé la formation de monocouche et de bicouche respectivement. La comparaison entre l'adsorption de LuPc2 sur Si(100) nu ou passivé a confirmé la différence de réactivité sur ces deux surfaces : sur Si passivé, LuPc2 conserve un caractère moléculaire, en revanche sur Si nu, une interaction importante est mise en évidence. / The thesis presents fundamental studies of phthalocyanines (Pc), a group of organic macro-cycle molecules, similar to systems found in nature. The use of phthalocyanine molecular films in devices with a variety of possible technological applications has been the reason of the many studies during the last decades. Core and valence photoelectron spectroscopies (PES), X-ray absorption spectroscopy (XAS) and scanning tunneling microscopy (STM) techniques are used to study Pc molecules in gas phase and adsorbed on gold Au(111) and silicon Si(100)-2x1 substrates. Density function theory (DFT) is used to obtain further insights in the electronic structure of the phthalocyanines.We aim to obtain a deeper understanding of the molecule-molecule and molecule-substrate interactions, a fundamental requirement for improving devices based on organic materials. Gas phase PES experiments and DFT calculations performed on different Pcs show the influence of the metal atom on the valence band spectra, where FePc and H2Pc HOMO is formed from C2p states, whereas MnPc has mainly Mn3d character.PES and STM studies of H2Pc and LuPc2 on Au(111) show a formation of a monolayer for H2Pc and a bi-layer of LuPc2 at lower thicknesses. XAS studies show a parallel to surface orientation of both H2Pc and LuPc2 with a change in tilt angle of the molecules with increasing thickness.A comparison of LuPc2 adsorbed on pristine and passivated Si surfaces show a bulk-like LuPc2 character on passivated Si, whereas a surface induced difference in adsorption geometry is evidenced on pristine Si and two energetically different adsorption geometries are proposed.

Les neurones dans les zones corticales sup´erieures, telles que le cortex pr´efrontal, r´epondent `a unelarge gamme de variables sensorielles et motrices et affichent donc ce qu’on appelle une s´electivit´emixte. L’information repr´esent´ee par ces zones, ainsi que la fa¸con dont elles la repr´esentent, sonttr`es mal comprises du fait de la diversit´e et de la complexit´e des r´eponses unicellulaires. Dansla premi`ere partie de la pr´esente th`ese, nous introduisons une nouvelle technique de r´eductionde dimensionnalit´e, l’analyse en composantes principales dissoci´ees (demixed principal componentanalysis, dPCA). Cette m´ethode permet une extraction automatique des caract´eristiques essentiellesde l’activit´e complexe d’une population. Nous r´eanalysons quatre ensembles de donn´eesenr´egistr´ees dans des esp`eces diff´erentes (rats et macaques), des zones corticales diff´erentes (cortexpr´efrontal et cortex orbitofrontal), et lors de tˆaches exp´erimentales diff´erentes (m´emoire de travailtactile et visuo-spatiale, discrimination et cat´egorisation d’odeurs). Dans chacun de ces cas, ladPCA permet de fournir une visualisation compacte des donn´ees qui synth´etise les caract´eristiquespertinentes de la r´eponse de la population neuronale dans une seule figure. L’activit´e de la populationest d´ecompos´ee en peu de composantes dissoci´ees qui repr´esentent la plus grande partiede la variance des donn´ees et r´ev`elent l’accord dynamique de la population aux stimuli, d´ecisions,r´ecompenses etc. Par rapport aux approches traditionnelles, la dPCA simplifie nettement la visualisationdes donn´ees et r´ev`ele des caract´eristiques essentielles souvent masqu´ees, comme descomposantes majeur de l’activit´e neuronale ind´ependantes de la tˆache sp´ecifique, et le passagesuccessif de composantes en composantes de l’information essentielle `e la tˆache tout au long del’essai.La dPCA confirme donc la pr´esence de r´eponses neuronales fortement structur´ees. Pourtant,il reste `e d´emontrer comment de telles r´eponses peuvent ´emerger de grands r´eseau de neuronesbruyants et non-lin´eaires. Dans la seconde partie, nous nous appuyons sur l’hypoth`ese que lecode de population optimal soit robuste par rapport aux perturbations (comme le mort neuronalou l’´echec de la g´en´eration de potentiels d’action) autant qu’il soit m´etaboliquement efficace. Cecode optimal peut tre r´ealis´e dans des r´eseaux ´equilibrant finement les courants excitatoires etinhibitoires. Nous fixons cet ´equilibre comme cible d’apprentissage et d´erivons alors des r`eglesde plasticit´e synaptique biologiquement plausibles pour les connexions r´ecurrentes ainsi que feedforward,autant dans les r´eseaux avec codage par taux de d´echarge que dans ceux avec codagetemporel. De ces r`egles d’apprentissage, nous obtenons des r´eseaux r´ecurrents auto-organis´es avecune r´eponse de population structur´ee et robuste `e de fortes perturbations. Ces r´eseaux pr´esententnotamment de nombreuses propri´et´es qui sont caract´eristiques d’enregistrements physiologiquesdans les zones corticales sup´erieures, y compris l’irregularit´e des d´echarges selon la loi de Poisson.Cette variabilit´e, loin d’tre du bruit, permet en fait, grˆace `e une coop´eration optimale entreneurones, que les stimuli soient repr´esent´es le mieux possible au niveau de la population. Cesr´esultats sugg`erent que l’´equilibre entre excitation et inhibition, l’hom´eostasie, la plasticit´e enfonction du temps d’occurrence des impulsions, et les statistiques de d´echarge selon Poisson sonttous interd´ependants, et qu’il s’agit de traits caract´eristiques d’un codage optimal et non-redondantprenant en compte chacun des potentiels d’actions sans exception. / Neurons in higher cortical areas, such as the prefrontal cortex, are known to be tuned to avariety of sensory and motor variables, and are therefore said to display mixed selectivity.The diversity and complexity of the respective single-cell responses often obscures whatinformation these areas represent, or how it is represented. The first half of this thesisintroduces a novel dimensionality reduction technique, demixed principal componentanalysis (dPCA), which automatically discovers and highlights the essential features ofcomplex population activities. We reanalyse population data from four datasets comprisingdifferent animals (rats and monkeys), different higher cortical areas (prefrontal cortex,orbitofrontal cortex) and different experimental tasks (tactile and visuospatial workingmemory tasks, odour discrimination and categorization tasks). In each case, dPCA providesa concise way of data visualization that summarizes the relevant features of thepopulation response in a single figure. The population activity gets decomposed into afew demixed components that capture most of the variance in the data, and that highlightthe dynamic tuning of the population to stimuli, decisions, rewards, etc. Comparedwith traditional approaches, dPCA considerably simplifies the visualization of the data.Moreover, dPCA reveals important, but inconspicuous, features that remained unnoticedwith more conventional approaches: these include strong, condition-independent componentsof the neural activity, and the shifting of task-relevant information between differentcomponents, i.e. between firing rate subspaces.How such highly structured population responses, as exposed by dPCA, can emerge inlarge populations of noisy and non-linear single cells is still an open question. In the secondhalf of this thesis we start with the assumption that the optimal neural population code isboth robust to perturbations (like neuronal death or spike failures) and computationallyefficient. Such optimal codes can emerge in networks that exhibit a tight balance betweenexcitatory and inhibitory currents. We use this balance as a target for learning and derivebiologically plausible synaptic plasticity rules in rate- and spiking neural networks for boththe feed-forward and recurrent synaptic connections. The resulting self-organized recurrentneural networks display a highly structured population response, are robust to largedegrees of perturbations and show many signatures of physiological recordings in highercortical areas, including irregular spike-trains with Poisson-like statistics. This variability,however, is not noise: optimal cooperation within the network ensures that input stimuliare perfectly tracked, spike-by-spike, at the level of the population. This result suggeststhat excitatory/inhibitory balance, homeostasis, spike-time dependent plasticity rules andPoisson firing statistics go hand in hand and are signatures of an optimal, non-redundantpopulation code where each single spike counts.

Nous apprenons très jeunes une quantité de règles nous permettant d'interagir avec d'autres personnes: des conventions sociales. Elles diffèrent des autres types d'apprentissage dans le sens où les premières personnes à les avoir utilisées n'ont fait qu'un choix arbitraire parmi plusieurs alternatives possibles: le côté de la route où conduire, la forme d'une prise électrique, ou inventer de nouveaux mots. À cause de celà, lorsqu'une nouvelle convention se crée au sein d'une population d'individus interagissant entre eux, de nombreuses alternatives peuvent apparaître et conduire à une situation complexe où plusieurs conventions équivalentes coexistent en compétition. Il peut devenir difficile de les retenir toutes, comment faisons-nous pour trouver un accord efficacement ? Nous exerçons communément un contrôle actif sur nos situations d'apprentissage, en par exemple sélectionnant des activités qui ne soient ni trop simples ni trop complexes. Il a été montré que ce type de comportement, dans des cas comme l'apprentissage sensori-moteur, aide à apprendre mieux, plus vite, et avec moins d'exemples. Est-ce que de tels mécanismes pourraient aussi influencer la négociation de conventions sociales? Le lexique est un exemple particulier de convention sociale: quels mots associer avec tel objet ou tel sens? Une classe de modèles computationels, les Language Games, montrent qu'il est possible pour une population d'individus de construire un langage commun via une série d'interactions par paires. En particulier, le modèle appelé Naming Game met l'accent sur la formation du lexique reliant mots et sens, et montre une typique explosion de la complexité avant de commencer à écarter les conventions synonymes ou homonymes et arriver à un consensus. Dans cette thèse, nous introduisons l'idée de l'apprentissage actif et du contrôle actif de la croissance de la complexité dans le Naming Game, sous la forme d'une politique de choix du sujet de conversation, applicable à chaque interaction. Différentes stratégies sont introduites, et ont des impacts différents sur à la fois le temps nécessaire pour converger vers un consensus et la quantité de mémoire nécessaire à chaque individu. Premièrement, nous limitons artificiellement la mémoire des agents pour éviter l'explosion de complexité locale. Quelques stratégies sont présentées, certaines ayant des propriétés similaires au cas standard en termes de temps de convergence. Dans un deuxième temps, nous formalisons ce que les agents doivent optimiser, en se basant sur une représentation de l'état moyen de la population. Deux stratégies inspirées de cette notion permettent de limiter les besoins en mémoire sans avoir à contraindre le système, et en prime permettent de converger plus rapidement. Nous montrons ensuite que la dynamique obtenue est proche d'un comportement théorique optimal, exprimé comme une borne inférieure au temps de convergence. Finalement, nous avons mis en place une expérience utilisateur en ligne sous forme de jeu pour collecter des données sur le comportement d'utilisateurs réels placés dans le cadre du modèle. Les résultats suggèrent qu'ils ont effectivement une politique active de choix de sujet de conversation, en comparaison avec un choix aléatoire.Les contributions de ce travail de thèse incluent aussi une classification des modèles de Naming Games existants, et un cadriciel open-source pour les simuler. / Social conventions are learned mostly at a young age, but are quite different from other domains, like for example sensorimotor skills. The first people to define conventions just picked an arbitrary alternative between several options: a side of the road to drive on, the design of an electric plug, or inventing a new word. Because of this, while setting a new convention in a population of interacting individuals, many competing options can arise, and lead to a situation of growing complexity if many parallel inventions happen. How do we deal with this issue?Humans often exhert an active control on their learning situation, by for example selecting activities that are neither too complex nor too simple. This behavior, in cases like sensorimotor learning, has been shown to help learn faster, better, and with fewer examples. Could such mechanisms also have an impact on the negotiation of social conventions ? A particular example of social convention is the lexicon: which words we associated with given meanings. Computational models of language emergence, called the Language Games, showed that it is possible for a population of agents to build a common language through only pairwise interactions. In particular, the Naming Game model focuses on the formation of the lexicon mapping words and meanings, and shows a typical burst of complexity before starting to discard options and find a final consensus. In this thesis, we introduce the idea of active learning and active control of complexity growth in the Naming Game, in the form of a topic choice policy: agents can choose the meaning they want to talk about in each interaction. Several strategies were introduced, and have a different impact on both the time needed to converge to a consensus and the amount of memory needed by individual agents. Firstly, we artificially constrain the memory of agents to avoid the local complexity burst. A few strategies are presented, some of which can have similar convergence speed as in the standard case. Secondly, we formalize what agents need to optimize, based on a representation of the average state of the population. A couple of strategies inspired by this notion help keep the memory usage low without having constraints, but also result in a faster convergence process. We then show that the obtained dynamics are close to an optimal behavior, expressed analytically as a lower bound to convergence time. Eventually, we designed an online user experiment to collect data on how humans would behave in the same model, which shows that they do have an active topic choice policy, and do not choose randomly. Contributions from this thesis also include a classification of the existing Naming Game models and an open-source framework to simulate them.

Le couplage entre processus physico-chimiques et le transfert de matière ou de chaleur peuvent donner lieu à des structures spatio-temporelles induites par des flux convectifs. Ces flux peuvent résulter de gradients de densité ou de tension superficielle et sont l'expression de la conversion d'énergie chimique en énergie mécanique. Quand la tension superficielle est à l'origine de ces mouvements, les effets correspondants sont connus sous le nom d'effet Marangoni. Ils jouent un rôle dans de nombreuses applications comme les procédés industriels d'extraction en amplifiant notablement la vitesse des processus de transfert. Les systèmes réels, trop complexes, doit être simplifiés par le développement de systèmes modèles afin d'établir au niveau fondamental la théorie sous-jacente à de telles dynamiques. Une succession de régimes dynamiques est observée lors de la dissolution d'une goutte de dichlorométhane (DCM) déposée sur une solution aqueuse de tensioactif (bromure de céthytriméthylammonium, CTAB). La succession remarquable de formes et de mouvements induits est déterminée par la concentration du tensioactif qui joue le rôle de paramètre de contrôle. A faible concentration en CTAB, un mouvement de translation ou des pulsations. Aux concentrations plus élevées, la goutte entre en rotation ou forme des structures polygonales. Bien que chimiquement simple, le système est complexe et implique plusieurs processus physico-chimiques : évaporation, solubilisation, transfert de tensioactifs, adsorption aux interfaces et agrégation. Les effets thermiques et de transport qui en résultent sont à l'origine des variations locales de tension interfaciale donnant lieu aux effets Marangoni. Nous nous sommes concentrés sur le comportement de la goutte quand la concentration en tensioactif conduit au régime de pulsation. Nous avons tout d'abord analysé le comportement de la goutte pendant la période d'induction qui précède le régime instable. L'analyse de la forme de la goutte corrélée à des mesures d'Imagerie par Vélocimétrie de Particules (PIV), ont montré que les flux créés par la dissolution du DCM limitent dans un premier temps l'adsorption du CTAB à l'interface eau/huile. L'instabilité ne démarre que lorsque la dissolution est réduite et que l'adsorption devient effective. La phase d'induction apparait comme une transition lente entre un coefficient d'étalement négatif (goutte ayant la forme d'une lentille) vers un coefficient d'étalement positif qui entraine l'expansion du film et les pulsations suivantes. Ces pulsations sont accompagnées par l'éjection de gouttelettes qui se forment à partir d'un bourrelet apparaissant au bord du film pendant la phase d'expansion. La rupture de ce bourrelet ressemble au phénomène connu sous le nom d'instabilité de Rayleigh-Plateau (RP). Cependant, la longueur d'onde caractéristique de formation des gouttelettes est deux fois plus faible que celle attendue dans le cas d'une instabilité de RP classique. L'origine de cet écart réside dans la modulation du bourrelet avant sa rupture. Cette modulation est en fait déterminée par des ondulations apparaissant à la surface du film et formant des rides en direction radiale. Ces rides pourraient être attribuées à un effet Marangoni thermique connu sous le nom d'instabilité de Bénard-Marangoni. Elles jouent également un rôle important dans la formation de la structure de démouillage hautement organisée décrite dans le dernier chapitre. L'ajout de CTAB dans la phase organique (goutte) donne lieu à des oscillations plus rapides qui, après une phase d'expansion de grande amplitude et l'éjection d'une couronne parfaite de gouttelettes, résultent lors de la phase de démouillage en une structure dont la forme rappelle une fleur. Une interprétation qualitative permettant d'identifier les principaux processus à l'œuvre et basée sur des mesures indépendantes de tension interfaciale apporte une explication des pulsations observées et de l'auto-organisation induite. / Far-from-equilibrium systems exhibit a wide variety of spatial and temporal patterns known as dissipative structures. The interplay between physico-chemical processes and mass or heat transfer can give rise to spatio-temporal structures induced by convective flows. These flows may result from density or surface tension gradients. They are the expression of the conversion from chemical into mechanical energy. When surface tension is the driving force, the corresponding effects are known as Marangoni effects. They are at play in numerous applications as extraction processes, oil recovery, and chemical reactors at all scales and noticeably modify transfer rates. The complexity of real systems deserves the development of model systems, essentials to settle, on a fundamental level, the theory governing the related dynamics. A succession of dynamical regimes is observed during the dissolution of a dichloromethane drop deposited on aqueous solutions of a cationic surfactant (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB). The remarkable range of shapes and motion patterns that emerges is related to the surfactant concentration, which is used as a control parameter. For low surfactant concentrations, we observe translational motion and pulsations of the drop. At intermediate concentrations the drop transforms and starts to rotate. At higher concentrations polygonal shapes are observed. Although chemically simple and of easy implementation, the system is relatively complex and involves several processes: evaporation, solubilization, surfactant mass transfer, interfacial adsorption and self-aggregation. Thermal and transport effects induced are at the origin of local variations of interfacial tension leading to the Marangoni flows. In this thesis, we focused on the behavior of the dichloromethane drop when the aqueous surfactant concentration (0.5 mM) leads to the pulsating regime. At this concentration, we have first analyzed the behavior of the drop during the induction period that precedes the instable regime. Drop shape analysis, correlated to Particle Image Velocimetry (PIV) measurements, showed that dissolution flows initially hinder adsorption of CTAB at the water/oil interface. The instability is only triggered when dissolution is reduced and water/oil adsorption becomes effective. The induction period appears as a slow transition from an initial negative spreading coefficient (a lens shape drop) towards a positive spreading coefficient that triggers film expansion and following pulsations. These pulsations are accompanied by the ejection of smaller droplets which are formed from a toroidal rim that is created during the expanding phase of the drop. The break-up of this toroidal rim, resembles to what is known as the Rayleigh-Plateau (RP) instability. Nevertheless, the observed characteristic wavelength is a factor of 2 too small in respect to the classical RP instability. We have found the origin of this discrepancy in the fact that modulations that appear on the rim before it transforms into droplets are settled by deformations arising at the surface of the expanding film. They appear as wrinkles that form in the film and may be related to thermal Marangoni effects known as Benard-Marangoni instability. These wrinkles play an important part in the highly organized dewetting structure described in the last chapter of the thesis. The addition of CTAB also in the organic (drop) phase leads to faster pulsations which, after a very high amplitude expanding stage and the ejection of a perfect crown of droplets, result during the film receding stage in the formation of a pattern which symmetry is reminiscent of a flower. A qualitative interpretation aimed at identifying the main processes at play and based on independent surface tension data gives a consistent explanation of the observed pulsations and related self-organized patterns.

Cette thèse a pour sujet la biologie cellulaire, et plus particulièrement l'organisation interne des cellules eucaryotes. Bien que les différents acteurs régissant cette organisation aient été en grande partie identifiées, on ignore encore comment une architecture si complexe et dynamique peut émerger de simples interactions entres molécules. Un des objectifs des différentes études présentées dans cette thèse est de construire un cadre théorique permettant d'appréhender cette auto-organisation. Pour cela, nous étudions des problèmes spécifiques à différentes échelles allant du nanomètre (dynamique des hétérogénéités dans les membranes biologiques) au micromètre (organisation des organelles cellulaires), en utilisant des simulations numériques stochastiques et des méthodes analytiques. Le texte est organisé pour présenter les résultats des plus petites au plus grandes échelles. Dans le premier chapitre, nous étudions l'organisation de la membrane d'un seul compartiment en modélisant la dynamique d'hétérogénéités membranaires. Dans le second chapitre, nous étudions la dynamique d'un compartiment unique échangeant des vésicules avec le milieu extérieur. Nous étudions également comment deux compartiments différents peuvent être générés par les mêmes mécanismes d'échanges de vésicules. Enfin, dans le troisième chapitre, nous développons un modèle global de la dynamique des organelles cellulaires, dans le contexte particulier de la biogenèse de l'appareil de Golgi. / This thesis deals with cell biology, and particularly with the internal organization of eukaryotic cells. Although many of the molecular players contributing to the intra-cellular organization have been identified, we are still far from understanding how the complex and dynamical intra-cellular architecture emerges from the self-organization of individual molecules. One of the goals of the different studies presented in this thesis is to provide a theoretical framework to understand such self-organization. We cover specific problems at different scales, ranging from membrane organization at the nanometer scale to whole organelle structure at the micron scale, using analytical work and stochastic simulation algorithms. The text is organized to present the results from the smallest to the largest scales. In the first chapter, we study the membrane organization of a single compartment by modeling the dynamics of membrane heterogeneities. In the second chapter we study the dynamics of one membrane-bound compartment exchanging vesicles with the external medium. Still in the same chapter, we investigate the mechanisms by which two different compartments can be generated by vesicular sorting. Finally in the third chapter, we develop a global model of organelle biogenesis and dynamics in the specific context of the Golgi apparatus