A partir d'une réflexion conceptuelle et méthodologique pour un réel couplage des automates cellulaires et des modèles multi-agents, le modèle de simulation VisualSimores a été conçu pour répondre, en partie, aux problématiques de simulation de la mobilité résidentielle en milieu urbain. L'intérêt majeur de cette approche réside dans la mise en exergue, dans une perspective d'aide à la décision en aménagement et urbanisme, des rapports qu'entretiennent entre eux, deux phénomènes séparément observables : la mobilité résidentielle des ménages d'une part et les changements urbains d'autre part. La difficulté de l'exercice apparaît immédiatement : il s'agit de cerner les liens qui, à certains types de ménages font correspondre des catégories de logements et vise versa. Plus largement, il s'agit d'identifier les logiques selon lesquelles les ménages expriment et concrétisent leur choix résidentiels. Dans cette perspective, et en raison de la nature complexe du système urbain, la combinaison d'un modèle d'automates cellulaires contraint par un modèle bayésien du comportement des ménages et le paradigme multi agents se révèle plus appropriée.

Une fois déposé, un sédiment est affecté au cours de son enfouissement par un ensemble de processus, regroupé sous le terme diagenèse, le transformant parfois légèrement ou bien suffisamment pour le rendre méconnaissable. Ces modifications ont des conséquences sur les propriétés pétrophysiques qui peuvent être positives ou négatives, c'est-à-dire les améliorer ou bien les détériorer. Une voie alternative de représentation numérique des processus, affranchie de l'utilisation des réactions physico-chimiques, a été adoptée et développée en mimant le déplacement du ou des fluides diagénétiques. Cette méthode s'appuie sur le principe d'un automate cellulaire et permet de simplifier les phénomènes sans sacrifier le résultat et permet de représenter les phénomènes diagénétiques à une échelle fine. Les paramètres sont essentiellement numériques ou mathématiques et nécessitent d'être mieux compris et renseignés à partir de données réelles issues d'études d'affleurements et du travail analytique effectué. La représentation des phénomènes de dolomitisation de faible profondeur suivie d'une phase de dédolomitisation a été dans un premier temps effectuée. Le secteur concerne une portion de la série carbonatée de l'Urgonien (Barrémien-Aptien), localisée dans le massif du Vercors en France. Ce travail a été réalisé à l'échelle de la section afin de reproduire les géométries complexes associées aux phénomènes diagénétiques et de respecter les proportions mesurées en dolomite. De plus, la dolomitisation a été simulée selon trois modèles d'écoulement. En effet, la dédolomitisation étant omniprésente, plusieurs hypothèses sur le mécanisme de dolomitisation ont été énoncées et testées. Plusieurs phases de dolomitisation per ascensum ont été également simulées sur des séries du Lias appartenant aux formations du groupe des Calcaire Gris, localisées au nord-est de l'Italie. Ces fluides diagénétiques empruntent le réseau de fracturation comme vecteur et affectent préférentiellement les lithologies les plus micritisées. Cette étude a permis de mettre en évidence la propagation des phénomènes à l'échelle de l'affleurement.

Ce travail de thèse traite de la modélisation et du contrôle des maladies infectieuses à l’aide des automates cellulaires. Nous nous sommes d’abord focalisés sur l’étude d’un modèle de type SEIR. Nous avons pu monter d’une part qu’un voisinage fixe pouvait entrainer une sous-évaluation de l’incidence et de la prévalence et d’autre part que sa structure a un impact direct sur la structure de la distribution de la maladie. Nous nous sommes intéressés également la propagation des maladies vectorielles à travers un modèle de type SIRS-SI multi-hôtes dans un environnement hétérogène.Les hôtes y étaient caractérisés par leur niveau de compétence et l’environnement par la variation du taux de reproduction et de mortalité. Son application à la maladie de Chagas, nous a permis de montrer que l’hétérogénéité de l’habitat et la diversité des hôtes contribuaient à faire baisser l’infection. Cependant l’un des principaux résultats de notre travail à été la formulation du nombre de reproduction spatiale grâce à deux matrices qui représentent les coefficients d’interactions entre les différentes cellules du réseau. / This PhD thesis considers the general problem of epidemiological modelling and control using cellular automata approach.We first focused on the study of the SEIR model. On the one hand, we have shown that the traditionnal neighborhood contribute to underestimate the incidence and prevalence of infection disease. On the other hand, it appeared that the spatial distribution of the cells in the lattice have a real impact on the disease spreading. The second study concerns the transmission of the vector-borne disease in heterogeneous landscape with host community. We considered a SIRS-SI with various level of competence at witch the environnment heterogeneity has been characterized by the variation of the birth flow and the death rate. We simulated the Chagas disease spreading and shown that the heterogeneity of habitat and host diversity contribute to decrease the infection. One of the most important results of our work, was the proposition of the spatial reproduction number expression based on two matrices that represent the interaction factors between the cells in the lattice.

Les insectes ravageurs constituent depuis longtemps une menace sérieuse pour l’agriculture dans plusieurs régions du monde. En particulier, les criquets pèlerins (Schistocerca Gregaria) sont les plus redoutés à cause des dégâts colossaux qu’ils peuvent infliger à une large variété de cultures. Ces derniers, dans leur milieu de reproduction et un ensemble de paramètres climatiques, peuvent être assimilés à un système biophysique. Un système biophysique associe plusieurs composants caractérisés par leur complexité propre et celle de leurs interactions. Par exemple la pluie apporte de l’humidité et le développement du couvert végétal qui sont critiques dans la dynamique de population du criquet pèlerin. Ces systèmes biophysiques peuvent être contrôlés par divers moyens, dont un réseau de surveillance couplant des capteurs sans fil. L’intégration des systèmes biophysiques et des réseaux d’observation peut être un des faits majeurs de cette décennie. Elle permet un échange entre les processus cycliques physiques et les systèmes d’information. Ces derniers permettent de collecter et de traiter les données de terrain et peuvent aussi agir sur le système physique par le biais de boucles rétro-actives. Cette intégration a été possible grâce aux avancées technologiques notées dans les domaines de la micro électronique et de la transmission sans fil. On la trouve dans des domaines émergents tels que l’agriculture fine. Cette thèse est consacrée à la modélisation cellulaire et à la simulation de systèmes physiques. Pour cela, un échantillonnage spatial et temporel d’une zone de reproduction des criquets pèlerins a été réalisé à l’aide d’outils spécifiques avec différentes résolutions, dans le but de générer les systèmes cellulaires. Ces systèmes cellulaires contiennent des informations telles que le vent, la température, l’humidité relative et la pluviométrie. L’échantillonnage spatial permet une représentation de migration et l’échantillonnage temporel permet de suivre l’évolution locale des individus dans une cellule.Les systèmes cellulaires sont transcrits en réseaux de processus communicant et évoluent de manière synchrone afin de reproduire et de simuler le phénomène de migration intercellulaire et le cycle de vie du criquet pèlerin dans une cellule. La construction de ces systèmes a été explorée en profondeur, en faisant varier leur contexte géographique, les critères de classification, la dimension des cellules, la connectivité entre les processus, les comportements collectifs. L’exploration a porté sur la génération de codes parallèles et les performances à l’exécution, essentiellement pour le cas des processus légers.Ce travail a abouti à la production de deux simulateurs paramétriques, le premier est destiné à la dynamique de population des criquets pèlerins en vue d’évaluer l’état de la situation acridienne par un couplage entre les réseaux de surveillance synchrones et les systèmes biophysiques. Le second permet de planifier le déploiement de réseaux de capteurs sans fil dans une zone afin de déterminer l’emplacement des capteurs. / Insect pests have long been a serious threat to agriculture in many parts of the world. In particular, desert locusts (Schistocerca Gregaria) are the most feared because of the colossal damage they can inflict on a wide variety of crops.The latter, in their breeding environment and a set of climatic parameters, can be assimilated to a biophysical system. A biophysical system associates several components characterized by their own complexity and that of their interactions. For example, rain brings moisture and canopy development that is critical in Desert Locust population dynamics. These biophysical systems can be controlled by various means, including a monitoring network coupling wireless sensors. The integration of biophysical systems and observation networks can be one of the major events of this decade. It allows an exchange between physical cyclical processes and information systems. These can collect and process field data and can also act on the physical system through feedback loops. This integration has been made possible thanks to technological advances noted in the fields of microelectronics and wireless transmission. It is found in emerging fields such as fine agriculture. This thesis is devoted to cellular modeling and simulation of physical systems. For this, a spatial and temporal sampling of a Desert Locust breeding area was carried out using specific tools with different resolutions, in order to generate the cellular systems. These cellular systems contain information such as wind, temperature, relative humidity and rainfall. Spatial sampling allows a migration representation and temporal sampling can track the local evolution of individuals in a cell.Cellular systems are transcribed into communicating process networks and evolve synchronously to reproduce and simulate the phenomenon of intercellular migration and the life cycle of the Desert Locust in a cell. The construction of these systems has been explored in depth, making vary their geographical context, the criteria for classification, the cells, connectivity between processes, collective behaviors.Exploration has focused on the generation of parallel codes and performance at the execution, mainly for the case of lite processes.This work has led to the production of two parametric simulators, the first of which is aimed at Desert Locust population dynamics with a view to assessing the state of the locust situation through coupling between synchronous monitoring networks and biophysical systems. The second allows you to plan the deployment of wireless sensor networks in an area to determine the location of the sensors.

Une fois déposé, un sédiment est affecté au cours de son enfouissement par un ensemble de processus, regroupé sous le terme diagenèse, le transformant parfois légèrement ou bien suffisamment pour le rendre méconnaissable. Ces modifications ont des conséquences sur les propriétés pétrophysiques qui peuvent être positives ou négatives, c'est-à-dire les améliorer ou bien les détériorer. Une voie alternative de représentation numérique des processus, affranchie de l'utilisation des réactions physico-chimiques, a été adoptée et développée en mimant le déplacement du ou des fluides diagénétiques. Cette méthode s'appuie sur le principe d'un automate cellulaire et permet de simplifier les phénomènes sans sacrifier le résultat et permet de représenter les phénomènes diagénétiques à une échelle fine. Les paramètres sont essentiellement numériques ou mathématiques et nécessitent d'être mieux compris et renseignés à partir de données réelles issues d'études d'affleurements et du travail analytique effectué. La représentation des phénomènes de dolomitisation de faible profondeur suivie d'une phase de dédolomitisation a été dans un premier temps effectuée. Le secteur concerne une portion de la série carbonatée de l'Urgonien (Barrémien-Aptien), localisée dans le massif du Vercors en France. Ce travail a été réalisé à l'échelle de la section afin de reproduire les géométries complexes associées aux phénomènes diagénétiques et de respecter les proportions mesurées en dolomite. De plus, la dolomitisation a été simulée selon trois modèles d'écoulement. En effet, la dédolomitisation étant omniprésente, plusieurs hypothèses sur le mécanisme de dolomitisation ont été énoncées et testées. Plusieurs phases de dolomitisation per ascensum ont été également simulées sur des séries du Lias appartenant aux formations du groupe des Calcaire Gris, localisées au nord-est de l'Italie. Ces fluides diagénétiques empruntent le réseau de fracturation comme vecteur et affectent préférentiellement les lithologies les plus micritisées. Cette étude a permis de mettre en évidence la propagation des phénomènes à l'échelle de l'affleurement. / Once deposited, sediment is affected by diagenetic processes during their burial history. These diagenetic processes are able to affect the petrophysical properties of the sedimentary rocks and also improve as such their reservoir capacity. The modelling of diagenetic processes in carbonate reservoirs is still a challenge as far as neither stochastic nor physicochemical simulations can correctly reproduce the complexity of features and the reservoir heterogeneity generated by these processes. An alternative way to reach this objective deals with process-like methods, which simplify the algorithms while preserving all geological concepts in the modelling process. The aim of the methodology is to conceive a consistent and realistic 3D model of diagenetic overprints on initial facies resulting in petrophysical properties at a reservoir scale. The principle of the method used here is related to a lattice gas automata used to mimic diagenetic fluid flows and to reproduce the diagenetic effects through the evolution of mineralogical composition and petrophysical properties. This method developed in a research group is well adapted to handle dolomite reservoirs through the propagation of dolomitising fluids and has been applied on two case studies. The first study concerns a mid-Cretaceous rudist and granular platform of carbonate succession (Urgonian Fm., Les Gorges du Nan, Vercors, SE France), in which several main diagenetic stages have been identified. The modelling in 2D is focused on dolomitisation followed by a dedolomitisation stage. For the second study, data collected from outcrops on the Venetian platform (Lias, Mont Compomolon NE Italy), in which several diagenetic stages have been identified. The main one is related to per ascensum dolomitisation along fractures. In both examples, the evolution of the effects of the mimetic diagenetic fluid on mineralogical composition can be followed through space and numerical time and help to understand the heterogeneity in reservoir properties.

La gestion agroécologique durable des paysages agricoles constitue un très fort enjeu social, écologique et économique. Favoriser les différents services écosystémiques que fournissent ces systèmes complexes, caractérisés par une forte variabilité spatio-temporelle liée aux activités anthropiques, est désormais crucial. Le travail développé dans cette thèse s’est focalisé sur les services de régulation des populations de ravageurs, en développant des modèles spatialisés destinés à identifier les interactions entre paysage et populations dans l’optique d’une gestion intégrée du paysage agricole. L’approche conceptuelle utilisée s’est appuyée sur une réflexion sur les choix de niveaux d’organisation et d’échelles spatio-temporelles pertinentes qui a conduit au développement de deux modèles imbriqués : un simulateur de paysages agricoles (ATLAS) reproduisant la variabilité spatio-temporelle des habitats et un automate cellulaire décrivant les dynamiques pluriannuelles d’un puceron des céréales : Rhopalosiphum padi. Une analyse statistique des résultats a permis d’identifier l’effet des différents paramètres du paysage (composition et climat) sur les densités de pucerons à différentes échelles spatiales au cours des saisons. Ont également été évalués les effets potentiels de différents scénarios de gestion plausibles au sein du paysage agricole étudié. Parmi nos résultats, nous identifions que le remplacement du maïs par le sorgho dans le sud-ouest de la France pourrait conduire à une augmentation des densités de R.padi au sein du paysage au printemps, période particulièrement sensible aux infestations. Nous replaçons ce travail dans le cadre plus large de la favorisation des services écosystémiques et apportons des premiers éléments de réflexion pour une gestion durable du paysage agricole; / Sustainable management of agricultural landscapes is a strong social, ecological and economic challenge. Favouring the different ecosystem services provided by these complex systems, characterized by a strong spatio-temporal variability linked to human activity, is by now crucial. The work developed in this thesis has focused on pest population regulation services, by developing spatialized models in order to identify the interactions between the landscape and populations in the context of an integrated management of the agricultural landscape. The conceptual approach we used is based on careful selection of the levels of organization and spatio-temporal scales which lead to the development of two embedded models: an agricultural landscape simulator (ATLAS) reproducing the spatial-temporal variability of habitats and a cellular automaton describing thepluriannual dynamics of a cereal aphid: Rhopalosiphum padi. A statistical analysis of the results highlighted the effects of different landscape parameters (composition and climate) on aphid densities at different spatial scales throughout the seasons. The potential effects of plausible management scenarios were also evaluated. Amongst our results, we identify the replacement of corn by sorghum in the south-western part of France to potentially lead to higher aphid densities within the landscape in spring, which is a season specifically sensible to infestations. We replace this work in the larger context of favouring ecosystem services and propose new ideas for a sustainable management of agricultural landscapes;

L'objet de ce travail est de mieux comprendre ce qui se produit lorsque l'on perturbe un système complexe, en utilisant les automates cellulaires comme modèle. Nous nous intéressons principalement à deux perturbations. La première concerne l'écoulement du temps : contrairement au modèle habituel, nous utilisons des mises à jour asynchrones, c'est-à-dire que, à chaque étape, seulement une partie des cellules sont mises à jour. L'autre perturbation concerne la topologie, c'est-à-dire le graphe d'interaction entre les cellules.<br>Une première partie étudie expérimentalement l'apparition de la percolation dirigée dans les automates cellulaires, notamment dans le cadre du "damage spreading". Le dernier chapitre de cette partie prouve une équivalence entre une classe d'automates cellulaires probabilistes et les automates cellulaires asynchrones.<br>La seconde partie étudie dans un premier chapitre l'interaction des deux perturbations évoquées: asynchronisme et topologie. Alors que le modèle habituel utilise une grille Zd, nous étudions une grille où certains liens sont temporairement coupés. Puis un second chapitre démontre des propriétés théoriques sur la règles minorité lorsque la topologie est un arbre.<br>Nous avons dans cette thèse mené à la fois des études expérimentales et des études théoriques. Une préoccupation transversale est la simulation formelle entre modèles. L'enjeu de ces travaux est, à terme, de savoir comment obtenir des systèmes ayant un comportement global prédéfini, ou bien comment rendre robuste à certaines perturbations un système complexe donné.

Les automates cellulaires, composes d'un grand nombre de processeurs élémentaires, permettent un traitement rapide et efficace de certaines algorithmes. Le présent travail étudie la possibilité d'une implantation parallèle d'un tel automate sur un circuit intégré avec des entrées optiques en utilisant des photodiodes intégrées et un illuminateur de tableaux et des sorties optoélectroniques avec des modulateurs a puits quantiques multiples. Différents composants ont été étudiés et réalisés dans ce but: illuminateur de tableaux réalisé sur un hologramme en utilisant l'effet d'imagerie de talbot. Une amélioration des aberrations chromatiques est proposée en changeant les conditions d'enregistrement; circuit électronique intégrée VLSI contenant un seul processeur élémentaire avec des photodiodes intégrées pour les entrées optiques et les plots de sortie spéciaux pour les modulateurs; modulateurs opto-électroniques a puits quantiques multiples. Un montage expérimental a été réalisé en éclairant une photodiode avec une diode laser a 999 nm. L'estimation des performances de l'automate propose montre sa haute capacité de calcul et de connexion.

Dans cette thèse, on s'intéresse aux automates cellulaires en tant que modèle de calcul permettant de reconnaître des langages. Dans un tel domaine, il est toujours difficile d'établir des résultats négatifs, typiquement de prouver qu'un langage donné n'est pas reconnu en une certaine fonction de temps par une certaine classe d'automates. On se focalisera en particulier sur les classes de faible complexité comme le temps réel, au sujet desquelles de nombreuses questions restent ouvertes.Dans une première partie, on propose plusieurs manières d'affaiblir encore les classes de langages étudiées, permettant ainsi d'obtenir des exemples de résultats négatifs. Dans une seconde partie, on montre un théorème d'accélération par automate cellulaire d'un modèle séquentiel, les automates finis oublieux. Ce modèle est une version a priori affaiblie, mais non triviale, des automates finis à plusieurs têtes de lecture. / This document deals with cellular automata as a model of computation used to recognise languages. In such a domain, it is always difficult to provide negative results, that is, typically, to prove that a given language is not recognised in some function of time by some class of automata. The document focuses in particular on the low-complexity classes such as real time, about which a lot of questions remain open since several decades.In a first part, several techniques to weaken further still these classes of languages are investigated, thereby bringing examples of negative results. A second part is dedicated to the comparison of cellular automata with another model language recognition, namely multi-head finite automata. This leads to speed-up theorem when finite automata are oblivious, which makes them a priori weaker than in the general case but leaves them a nontrivial power.

Le glioblastome est une tumeur cérébrale maligne particulièrement agressive et le pronostic vital des patients atteints par cette tumeur est très mauvais. La médiane de survie est de l'ordre de 12 mois même lorsqu'une stratégie thérapeutique a pu être mise en place. Un des facteurs qui pourrait expliquer la dificulté à traiter ces tumeurs par voie chirurgicale est l'invasion des cellules tumorales dans le tissu sain environnant. De plus, les mécanismes à l'origine de ce phénomène sont, en partie, méconnus. L'objectif que nous nous étions fixé pour mon travail de thèse était de s'intéresser à ces mécanismes d'invasion en étudiant la migration in vitro de cellules tumorales issues de glioblastomes. Pour cela, nous avons créé un modèle de migration microscopique, basé sur un automate cellulaire, reproduisant la migration de cellules tumorales sur deux substrats différents : substrat de collagène et monocouche d'astrocytes. Les cellules migrent selon des règles prédéfinies et dépendant des interactions (de contact ou à plus longue portée) introduites. La confrontation des simulations avec les expériences a permis de valider le modèle et de mettre en évidence deux phénomènes : une communication par contact entre cellules tumorales et entre cellules tumorales et astrocytes (cette dernière favoriserait l'invasion des cellules tumorales) et la sécrétion à partir de la masse tumorale d'une substance chimio-répulsive favorisant sur la migration des cellules. Afin de décrire l'évolution d'une masse tumorale plus réaliste, nous avons construit et validé un modèle macroscopique (équation de diffusion non linéaire) à partir de l'automate, en tenant compte des interactions entre cellules tumorales.