La dernière décennie a vu l'émergence d'Internet et l'apparition des applications multimédia qui requièrent de plus en plus de bande passante, ainsi que des utilisateurs qui exigent une meilleure qualité de service. Dans cette perspective, beaucoup de travaux ont été effectués pour améliorer l'utilisation du spectre sans fil.Le sujet de ma thèse de doctorat porte sur l'application de la théorie des jeux, la théorie des files d'attente et l'apprentissage dans les réseaux sans fil,en particulier dans des environnements partiellement observables. Nous considérons différentes couches du modèle OSI. En effet, nous étudions l'accès opportuniste au spectre sans fil à la couche MAC en utilisant la technologie des radios cognitifs (CR). Par la suite, nous nous concentrons sur le contrôle de congestion à la couche transport, et nous développons des mécanismes de contrôle de congestion pour le protocole TCP.

La thèse porte sur les effets d'anisotropie induits par croissance d'interface rugueuse en solidification directionnelle. Ceux-ci se manifestent notamment par des directions de croissance variables des structures et des phénomènes morphologiques associés importants : dissymétrie, long cortège de branchements, instabilités. Cette étude est menée dans un premier temps sur des structures homogènes avant d'être étendue à des situations inhomogènes. Lorsque la vitesse de croissance augmente, la direction de croissance des dendrites s'oriente depuis une direction macroscopique donnée par le gradient thermique jusqu'à une direction microscopique fixée par les symétries cristallines. Leur étude expérimentale exhaustive a fourni ici un grand nombre de données dont le traitement a révélé une symétrie interne. Celle-ci conduit à la sélection d'une loi d'orientation fonction du nombre de Péclet et de l'écart entre les directions fixes macroscopique et microscopique du problème. Une nouvelle définition de la taille caractéristique des structures a cependant permis d'exprimer l'orientation relative des dendrites en fonction du seul nombre de Péclet par une courbe devenue indépendante de l'angle entre les deux directions fixes. La nouvelle loi ainsi obtenue est universelle car elle est indépendante de l'intensité du gradient thermique, des caractéristiques d'anisotropie et même de la nature de l'alliage solidifié. Enfin, l'application locale aux fronts inhomogènes des résultats obtenus sur les fronts homogènes permettent de comprendre la dynamique propre engendrée par des variations de taille de structures, d'orientation et d'intensité du gradient thermique.

L'étude des processus intervenant dans la réalisation d'auto-assemblages moléculaires est au centre de nombreuses recherches en physique, chimie ou biologie. Dans ce cadre les organisations de surface formant des structures mono-couche constituent des systèmes particulièrement attractifs autant pour leur utilisation potentielle, que pour la simplification apparente des processus d'organisation liés à la réduction de la dimensionnalité. En outre, ces systèmes peuvent être étudiés directement à l'échelle de la molécule unique à partir de microscopes en champ proche. Ces techniques permettent également d'investiguer en temps réel les processus dynamiques intervenant au cours des processus d'assemblages. Les résultats de microscopie à effet tunnel rapportés dans cette thèse décrivent tout d'abord, et dans le détail, les mécanismes régulant l'organisation d'une famille de molécules modèles sur une surface de graphite HOPG. Dans ce cadre, nous verrons de manière quantitative les contributions respectives des interactions (ici non-covalentes\ de type Van der Waals) intervenant entre molécules et entre molécules et substrat. Cette étape constituera la base d'une étude dédiée à l'observation et la compréhension des mécanismes dynamiques intervenant à la surface de l'échantillon, au cours, et après l'organisation des molécules sur la surface de graphite. Ces deux chapitres nous permettrons de tirer les enseignements nécessaires à la réalisation en surface d'auto-assemblages nano-poreux aux propriétés originales. Ceux-ci se révèlerons en effet, suffisamment stables pour exister à température ambiante et permettre le piégeages de molécules hôtes au sein de leurs pores, tout en présentant des propriétés dynamiques particulières permettant un contrôle circonstancié et originale du déplacement en surface de ces hôtes de cavités en cavités. Nous montrerons que ces assemblages sont assimilables à des tamis moléculaires de surface dont nous décrirons le fonctionnement et les propriétés en détails. Des résultats, rapportant l'influence d'un champ optique incident sur ces monocouches de molécules, concluent cette thèse. Ils constituent une première étape en vue d'un contrôle externe et local de la dynamique des molécules en surface

Le sujet de thèse concerne l'étude de réseaux réguliers de nanofils magnétiques auto-organisés. Deux approches ont été utilisées pour la fabrication : 1) Préparation de réseaux planaires de nanofils alternés (Fe,Ag) sur Mo(110). Ce mode de croissance est attribué au caractère non miscible des deux métaux et à un mécanisme modulé de relaxation des contraintes d'épitaxie. 2) Préparation de nanofils de Fer sur une surface déjà structurée en tranchées périodiques. Ces tranchées se forment spontanément lors de la croissance homoépitaxiale d'un métal cc de W(110) (ou Mo) à température modérée. La période de la structuration unidimensionnelle est contrôlable par la température de dépôt. La deuxième étape consiste à déposer le Fer sur ce gabarit. Pour une température définie, Fe croît au fond des tranchées pour former des fils régulièrement espacés. Des réseaux de fils en trois dimensions ont aussi été fabriqués. Du point de vue magnétique, les deux systèmes présentent une forte anisotropie uniaxiale avec l'axe de facile aimantation planaire, le long des fils. A température ambiante les systèmes sont superparamagnétiques. L'évolution de la coercitivité en fonction de la température s'interprète selon un processus de renversement d'aimantation thermiquement activé par nucléation/propagation. Le renversement met en jeu plusieurs fils couplés pour le premier système et s'effectue au sein des fils individuels dans le deuxième.

Cette thèse vise à réaliser un asservissement sensori-moteur, en vue<br />de l'employer dans le domaine de la robotique, en utilisant des<br />algorithmes s'inspirant de la biologie corticale. Nous espérons, en<br />agissant ainsi, reproduire au mieux les qualités de robustesse,<br />d'uniformité de structure et d'adaptabilité dont le cortex est<br />pourvu. Nous avons basé notre modèle, au niveau computationnel, sur le<br />principe des automates cellulaires étendus, ce qui nous amène à<br />programmer des unités au sein de cartes, qui représentent chacune<br />l'équivalent, en biologie, d'une carte corticale. Nous orientons<br />l'évolution de ces unités afin d'obtenir des effets émergents, au<br />niveau des cartes, qui les amènent à former une boucle<br />perceptivo-motrice.<br /><br />Par ailleurs, nous considérons que percevoir, c'est se préparer à<br />agir. Cela nous conduit à devoir concilier notre conception holistique<br />de la perception avec le fait que les multiples modalités de la<br />perception sont chacune représentées par une carte séparée dans notre<br />modèle, comme dans le cortex. Le c{\oe}ur de cette thèse est ainsi<br />consacré à la réalisation d'une liaison entre modalités, qui doit<br />\^{e}tre limitée afin de préserver la faisabilité computationnelle de<br />notre modèle, ce qui nous amène à contraindre fortement l'organisation<br />et l'apprentissage dans nos modules modaux. Tout en employant des<br />calculs locaux, nous nous sommes attachés à ce que chaque unité, dans<br />chaque carte de notre modèle, réalise un compromis entre les<br />influences propres à la modalité à laquelle elle appartient et les<br />influences des autres cartes permettant de maintenir la cohérence<br />multimodale de notre modèle.

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

Les deux principales limitations des mémoires non-volatiles de type Flash à stockage de charges dans des nanocristaux en silicium sont la faible fenêtre mémoire et la dispersion des caractéristiques électriques due à la dispersion en taille des nanocristaux. Dans cette thèse, plusieurs solutions sont étudiées afin de remédier à ces deux défauts. Afin d'augmenter la fenêtre de programmation, une première approche consiste à augmenter la densité de stockage de charges grâce à l'utilisation d'une double couche de nanocristaux en silicium. Le fonctionnement et les performances électriques de ces dispositifs mémoires sont étudiés puis interprétés grâce à un modèle analytique. Une seconde approche, plus amont, consiste à utiliser des nanocristaux métalliques pour augmenter la quantité de charges piégées dans les nanocristaux. Le dépôt, la passivation et l'intégration de nanocristaux à caractère métallique (Pt, TiN, W) en tant que grille flottante dans un dispositif mémoire sont ainsi réalisés. Enfin, l'organisation " bottom-up " des nanocristaux est proposée comme une solution à la dispersion des caractéristiques électriques des dispositifs mémoires. Un procédé original de transfert et de gravure d'un masque auto-organisé à base de copolymères diblocs est développé.

Ces dernières années, nous avons assisté à l'apparition des réseaux sans fil multi-sauts. Avec des capacités distinctes, des caractéristiques différentes et des applications cibles variées, nous pouvons identifier les réseaux de capteurs (WSNs) et plus récemment les réseaux de capteurs et actionneurs (WSANs). Ces derniers sont des réseaux auto-organisés et ils sont constitués d'un grand nombre de noeuds capteurs autonomes à faible ressources (capacité de calcul, de mémoire, de puissance d'émission, etc...) et un nombre moins important de noeuds actionneurs disposant généralement d'une source d'énergie abondante. Les fonctions de calcul et de communication au niveau des actionneurs peuvent donc profiter de cette richesse en énergie : par conséquent les capacités de calcul et de stockage ainsi que la puissance de transmission au niveau des actionneurs sont plus importantes. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux réseaux urbains considérés par le projet ANR ARESA2 qui sont principalement des réseaux de capteurs et actionneurs hétérogènes : l'hétérogénéité est causée par la coexistence des noeuds capteurs à faibles ressources et des noeuds actionneurs riches en ressources. Ces derniers devraient être utilisés de manière différenciée par le réseau. C'est dans ce contexte que se déroule cette thèse dans laquelle nous avons étudié des algorithmes d'autoorganisations et de routage s'appuyant sur l'hétérogénéité. Au début, nous nous sommes intéressés à l'auto-organisation dans un contexte hétérogène. Se basant sur l'idée que les ressources au niveau des noeuds actionneurs doivent être exploitées afin de réduire la charge de communication au niveau des noeuds capteurs, nous avons proposé un protocole d'auto-organisation appelée Far-Legos. Far-Legos permet de profiter de la puissance d'émission des actionneurs pour apporter une information de gradient au niveau des capteurs. Les actionneurs initient et construisent une topologie logique. Cette dernière sera utilisée pour faciliter la phase de collecte de données à partir des noeuds capteurs vers les noeuds actionneurs. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux liens asymétriques causés par la présence de différents types de noeuds avec différentes portées de transmission. Ces liens asymétriques, causés par l'hétérogénéité au niveau des noeuds constituant le réseau, peuvent détériorer les performances des protocoles de routage qui ne tiennent pas compte de ce type de liens. Pour éviter la dégradation de ces protocoles de routage, nous introduisons une nouvelle métrique de calcul de gradient ou de rang. Celle-ci sera utile pour détecter et éviter les liens asymétriques au niveau de la couche réseau pour le protocole de routage RPL. Nous présentons aussi une adaptation du protocole de collecte de données basé sur Legos pour détecter et éviter ces liens asymétriques. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'exploitation de ces liens asymétriques. Nous proposons ainsi un protocole de collecte de données dédiés aux réseaux hétérogènes contenant des liens asymétriques appelé AsymRP. AsymRP est un protocole de routage dédié au trafic de collecte de données basé sur une connaissance de voisinage à 2-sauts combinée avec l'utilisation des messages d'acquittements (ACKs) implicites et une technique de routage de messages ACKs explicites. Cette proposition tire profit des liens asymétriques afin d'assurer une collecte de données fiable.

Le microenvironnement apporte une multitude d'informations aux cellules régulant ainsi leurs fonctions et leur organisation. L'objectif de cette thèse a été de contrôler différents paramètres du microenvironnement cellulaire in vitro afin de moduler l'autorenouvellement et la destinée des cellules souches embryonnaires (CSE).Cette thèse comporte 3 parties. Premièrement, des films de polyélectrolytes multicouches à base de poly(L-lysine) et de hyaluronane ont été utilisés comme substrats modulables. Les propriétés mécaniques ainsi que la chimie des films régulent la proportion de sous-populations de CSE qui reflètent soit le stade masse cellulaire interne, soit le stade épiblaste.Dans un deuxième temps, un équilibre entre l'expression des marqueurs embryonnaires de l'axe proximodistal a été mis en évidence dans la culture de CSE. L'emploi de micro-patrons adhésifs permettant de contrôler la géométrie des colonies a révélé l'importance des contraintes topologiques sur la distribution des cellules exprimant le marqueur proximal Brachyury. Enfin, l'action combinée de BMP2 et de wnt3a mimant l'environnement biochimique du stade tardif de la ligne primitive a permis d'isoler une population pure et très précoce de progéniteurs cardiaques SSEA1+ multipotents. / The microenvironment provides stem cells with numerous pieces of information. Biochemical and mechanical cues synergize to regulate cell function and organization. The aim of this PhD thesis was to control specific microenvironmental parameters to modulate embryonic stem cell (ESC) self-renewal and fate.First, poly(L-lysine) and hyaluronan based polyelectrolyte multilayer films were used as tunable substrates. Both mechanical and chemical properties of the films influenced the balance between ESC subpopulations reflecting different embryonic stages (inner cell mass versus epiblast)Second, a dynamic equilibrium was found between the expression of embryonic proximal and distal markers within ESC culture. The uses of micropatterned substrates to control colony shape uncovered a key role for geometrical constraints in the distribution of Brachyury expression.Last, BMP2 was used together with secreted wnt3a to mimic the late streak stage of the embryo and to trigger the differentiation of pluripotent cells towards the cardiogenic mesoderm. Responsive cells could be sorted out based on SSEA1 expression. This purified population represents the earliest ESC derived multipotent cardiac progenitor population identified to date.

La dynamique et la rhéologie d'une suspension 2D confinée de vésicules (un modèle de RBCs (globules rouges) ) sont étudiées numériquement en utilisant une méthode de Boltzmann sur réseau frontière immergée. Nous analysons d'abord les situations dans lesquelles les vésicules effectuent le mouvement de chenille de char. Des paires de vésicules se placent dans un état d'équilibre avec une distance relative constante et régulée par le confinement. La distance d'équilibre augmente avec l'intervalle entre les parois suivant une relation linéaire. Cependant, aucune distance d'équilibre stable entre deux vésicules en mouvement de tumbling n’est observée. La présence ou l'absence d'une distance d'équilibre entre deux vésicules dicte l'organisation spatio-temporelle de la suspension. L’organisation de la suspension s’accompagne d’assez amples oscillations de la viscosité normalisée variant en fonction de la concentration, tandis que la viscosité effective ne varie pas.Les interactions dans la direction verticale par rapport au plan de cisaillement sont analysées par des simulations en 3D de capsules et des expériences. Nous montrons que dans une suspension confinée de sang, les RBCs s’organisent spontanément en une structure cristalline sous le seul effet de l'interaction hydrodynamique. Il est en outre démontré que lorsque les RBCs sont remplacés par des particules rigides, l'ordre disparait pour laisser place au désordre. Différents ordres cristallins peuvent apparaître selon la concentration et le confinement. La distance intercellulaire de la structure cristalline est une fonction linéaire du confinement. L’ordre apparaît comme une interaction subtile entre la force de portance qui pousse les RBCs des murs vers le centre et l'interaction hydrodynamique dans la verticale du plan d'écoulement de cisaillement. Cette étude introduit un nouveau paradigme dans le domaine des suspensions non-colloïdales diluées où la prévalence des désordres était mise à jour la règle.La répartition des RBCs au niveau d’une bifurcation est abordée dans nos simulations sur ordinateur ainsi que dans des expériences in vitro. Ces études révèlent que la répartition de RBCs dépend fortement du contraste de viscosité entre la viscosité de l'hémoglobine du RBC et le fluide suspendant, tant que l'hématocrite est inférieure à 20%. Pour des dilutions importantes, nos résultats montrent un nouveau phénomène : la branche de faible débit peut recevoir une concentration plus élevé que la branche de haut débit, en opposition à l'effet Zweifach-Fung. Ce phénomène est observé sous confinement modéré et est le résultat d'une structuration particulière de la suspension cellulaire. Nos résultats suggèrent que les différentes propriétés des RBCs doivent être prises en compte et soigneusement analysées afin d'avoir une bonne compréhension de la distribution de RBCs dans la microcirculation et donc de la livraison de l'oxygène dans la microcirculation en général.Enfin, nous réalisons des simulations numériques d'une grande quantité de RBCs, circulant dans un réseau qui est structuré selon un motif en nid d'abeilles. Nos résultats montrent que tant que l'hématocrite est inférieure à 20%, les RBCs dont la membrane est plus rigide présentent un déplacement latéral plus important dans le réseau. En plus, nous découvrons une différence par rapport à la circulation de RBCs dans un tube droit où le débit pour des globules rigides est plus petit. Au contraire, un débit plus important est observé pour les RBCs plus rigides dans le réseau. Enfin, nous présentons la manifestation d'une diffusion longitudinale plus rapide d’une suspension dense de RBCs de faible déformabilité dans le réseau. Nos résultats fournissent des informations intéressantes sur la livraison de RBCs dans le réseau, ce qui pourrait être important non seulement sur la compréhension de la perfusion du sang et le transit de RBC dans la microcirculation, mais aussi sur des applications pratiques. / Dynamics and rheology of a 2D confined suspension of vesicles (a model for RBCs) is studied numerically by using an immersed boundary lattice Boltzmann method (IB-LBM). We pay a special attention to the link between the spatiotemporal organization of the suspension and rheology. We first analyze situations in which vesicles perform tank-treading. The pair of vesicles settles into an equilibrium state with constant relative distance, which is regulated by the confinement. The equilibrium distance increases with the gap between walls following a linear relationship. However, no stable equilibrium distance between two tumbling vesicles is observed. The presence or the lack thereof of an equilibrium distance between two vesicles dictates the spatiotemporal organization of the suspension (order or disorder). Ordering of the suspension is accompanied with quite ample oscillation of normalized viscosity as a function of concentration, while the effective viscosity exhibits plateau. The oscillations amplitude of normalized viscosity is suppressed when disordered pattern prevails.Beside the interactions in the shear plane discussed in 2D framework, the interactions in the vertical direction to the shear plane are also analyzed by 3D simulations of capsules (a model for RBCs) and experiments. We show that in a confined blood suspension RBCs spontaneously organize in a crystalline-like structure under the sole effect of hydrodynamic interaction. It is further shown that when RBCs are substituted by rigid particles order disappears in favor of disorder. Various crystalline orders take place depending on concentration and confinement. The intercellular distance of the crystalline structure is a linear function of confinement. Order appears as a subtle interplay between the lift force that pushes RBCs away from walls towards the center and hydrodynamics interaction in the vertical of shear flow plane. This study introduces a new paradigm in the field of dilute non-colloidal suspensions where the prevalence of disorder was up-to date the rule.The partition of RBCs at the level of bifurcations is addressed in our computer simulations and in vitro experiments, which reveal that the hematocrit partition depends strongly on the viscosity contrast between the viscosities of the RBC hemoglobin and the suspending fluid, as long as hematocrit is less than 20% (which is the normal range in microcirculation). In the extreme hemodilution, our results exhibit a new phenomenon: the low flow rate branch may receive higher hematocrit than the high flow rate branch in opposition to the known Zweifach-Fung effect. This phenomenon is observed under moderate confinement and is the result of a peculiar structuring of the cell suspension. Our findings suggest that the various RBCs properties must be taken into consideration and carefully analyzed in order to have a firm understanding of RBC distribution in microcirculation and thus oxygen delivery in the microcirculation in general.Finally, we carry out numerical simulations of a large number of RBCs flowing in a network that is structured in a honeycomb pattern. Our results reveal that as long as the hematocrit is less than 20% the RBCs with higher membrane rigidity show a larger lateral displacement in the network. Furthermore, we discover a deviation of RBC flux in network from that in straight tube where the more rigid RBCs get the smaller flux. Oppositely, the larger RBC flux is observed for the more rigid RBCs in the network. Finally, we report on the manifestation of a faster longitudinal diffusion of crowded RBCs with smaller deformability in the network. Our results provide interesting information on the RBC delivery in the network, which should be significant not only in the understanding of the blood perfusion and the RBC transit in the microcirculation but also in practical applications such as cell sorting and chemical analysis.