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

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

La respiration est une activité motrice autonome rythmique au cours de laquelle de nombreux muscles se contractent de manière coordonnée afin de produire des mouvements ventilatoires adaptés aux contraintes environnementales et aux exigences de l'organisme. Cette fonction vitale doit être fiable et adaptable à très court terme, c’est pourquoi elle est influencée, entre autres, par un grand nombre d’activités motrices. Par exemple, lors d’exercices physiques, le rythme respiratoire peut se coupler au rythme locomoteur. Les objectifs de ce travail doctoral sont centrés sur l’exploration des mécanismes neurogènes à la base du couplage entre ces deux fonctions motrices chez le rat nouveau-né. Pour une grande partie, cette étude a été réalisée sur préparation isolée in vitro de tronc cérébral-moelle épinière de rat nouveau-né (0 à 3 jours), ce modèle permettant de conserver dans leur intégrité les centres responsables des rythmes respiratoire et locomoteur. Compte tenu de l’accessibilité directe aux réseaux neuronaux, les mécanismes de couplage et d'entraînement respiratoire ont été abordés par des approches combinées électrophysiologique, neuroanatomique, pharmacologique et lésionnelle. Dans ce contexte, un des principaux résultats de ce travail doctoral est le rôle crucial joué par les informations sensorielles en provenance des membres antérieurs et postérieurs dans l'entraînement respiratoire observé lors de séquences locomotrices. Ainsi, les afférences proprioceptives spinales capables de réinitialiser et d'entraîner l’activité des centres respiratoires bulbaires via un relais pontique, établissent également des connexions sur l’ensemble des populations de motoneurones spinaux respiratoires phréniques, intercostaux et abdominaux. / Respiration is an autonomous rhythmic motor activity that requires the coordinated contractions of diverse muscles to produce ventilatory movements adapted to organismal needs. This crucial physiological function must be reliable and adaptable on a short-term basis, and requires coordianted movements with various other motor activities. For instance, respiratory rhythmicity becomes coupled to locomotion during physical exercise. My doctoral work aimed to explore the neurogenic mechanisms underlying the interactions between these two motor functions in the neonatal rat. This work was mainly conducted on isolated in vitro brain stem-spinal cord preparations of newborn rats (0-3 days), an experimental model that allows the maintenance of the still functional respiratory and locomotor CPGs in vitro. Due to the easy access to the neuronal networks in these preparations, locomotor-respiratory coupling and respiratory entrainment mechanisms were investigated by combined electrophysiological, neuroanatomical, pharmacological and lesional approaches. A major finding was the crucial played by sensory information from fore- and hindlimb in respiratory entrainment induced by locomotor rythmicity. Spinal sensory afferents can reset and entrain the activity of the medullary respiratory centres via a pontine relay, as well as making direct connections with the various spinal respiratory motoneuron (phrenic, intercostal and abdominal) populations.

Le couplage du procédé essorage séchage présente de multiples avantages : l’apport thermique pouvant aider les filtrations difficiles, le mouvement rotatif de l’essoreuse homogénéisant le champ électromagnétique et donc le chauffage. Nous avons retenu le modèle d’écoulement diphasique en milieu poreux le plus général et le plus complet, il s’agit du modèle de Darcy généralisé. Cependant, nous avons modifié la formulation du modèle proposée par Wakeman et Vince (1986). La formulation en pression que nous proposons respecte la cinétique de drainage et permet d’introduire deux paramètres importants dont l’un deux est la résistance hydraulique du média filtrant. Afin de vérifier la validité du modèle proposé, nous avons fait des essais expérimentaux sur une colonne de billes de verre en drainage gravitaire et sur une essoreuse instrumentée. Les cinétiques de drainage simulées et expérimentales sont en bon accord. Nous pouvons donc déterminer les cinétiques d’essorage et ainsi nous pouvons savoir à quel moment il est judicieux de démarrer le chauffage micro-ondes pour terminer la déshydratation. / Abstract

Cette thèse a été effectuée dans un contexte industriel de forte concurrence en lien avec les capteurs miniatures en silicium, destinés au gigantesque marché dit "consumer", dont l'application phare est le "Smartphone", pour laquelle les fonctionnalités accrues engendrent un besoin en matière de multi-capteurs inertiels dits 10-axes (accéléromètre 3-axes, magnétomètre 3-axes, gyromètre 3-axes et capteur de pression). Tout comme les circuits intégrés, les contraintes de coût de tels capteurs se traduisent par une exigence en termes de densité d'intégration. La technologie M&NEMS (Micro- & Nano- Electro Mechanical Systems) a été développée pour répondre à cette attente. Elle repose sur l'intégration de jauges de contraintes de dimensions nanométriques (~250 nm) avec des structures électromécaniques micrométriques, ce qui prodigue une compacité hors-pair des capteurs, ouvrant la voie à la co-intégration de multi-capteurs sur la même puce de silicium. Toutefois, la nature différente des grandeurs physiques à mesurer impose des contraintes supplémentaires, parfois opposées, ce qui rend leur co-intégration difficile. Partant de ce constat, nous avons exploré et développé, des solutions devant permettre le fonctionnement sous une même pression environnante, d'accéléromètres et de gyromètres à force de Coriolis. Cette problématique de co-intégration, s'étend au-delà du couple accéléromètre-gyromètre. Des questions inhérentes au capteur de pression ainsi qu'aux 3 axes de mesure d'un accéléromètre, sont également traitées dans cette thèse / This thesis was carried out in an industrial context of strong competition in connection with miniature silicon sensors for the huge so-called “consumer” market, where the “Smartphone” is the killer application; its increasing functionality creates a need for the so-called ‘10-axis' inertial multi-sensors (3-axis accelerometer, 3-axis magnetometer, 3-axis gyro sensor and pressure). Similarly to integrated circuits, cost constraints on such sensors translate into a requirement in terms of integration density. The M & NEMS (Micro- & Nano- Electro-Mechanical-Systems) technology has been developed to meet this expectation. It is based on the integration of nanoscale (~ 250 nm) strain gauges together with micrometric electromechanical structures, which ensure unrivaled compactness, paving the way for the co-integration of multiple inertial sensors on the same silicon chip. However, the different nature of the physical quantities to be measured imposes additional constraints, sometimes conflicting, which leads to a difficult co-integration. Based on this observation, we have explored and developed solutions to allow operation under the same ambient pressure, of accelerometers together with Coriolis force based gyroscopes. This issue of co-integration extends beyond the accelerometer-gyroscope couple. Issues inherent to the pressure sensor and to the 3-axis accelerometer measurements, are also addressed in this thesis

La th´eorie de la complexit´e permet de classifier les probl`emes en fonction de leur difficult´e. Le cadre classique dans lequel elle s’applique est celui d’un algorithme centralis´e qui dispose de toutes les informations. Avec l’essor des r´eseaux et des architectures d´ecentralis´ees, l’algo- rithmique distribu´ee a ´et´e ´etudi´ee. Dans un grand nombre de probl`emes, en optimisation et en ´economie, les d´ecisions et les calculs sont effectu´es par des agents ind´ependants qui suivent des objectifs diff´erents dont la r´ealisation d´epend des d´ecisions des autres agents. La th´eorie des jeux est un cadre naturel pour analyser les solutions de tels probl`emes. Elle propose des concepts de stabilit´e, le plus classique ´etant l’´equilibre de Nash.Une mani`ere naturelle de calculer de telles solutions est de “ faire r´eagir “ les agents ; si un agent voit quelles sont les d´ecisions des autres joueurs ou plus g´en´eralement un “ ´etat du jeu “, il peut d´ecider de changer sa d´ecision pour atteindre son objectif faisant ainsi ´evoluer l’´etat du jeu. On dit que ces algorithmes sont des “ dynamiques “.On sait que certaines dynamiques convergent vers un concept de solution. On s’int´eresse `a la vitesse de convergence des dynamiques. Certains concepts de solutions sont mˆeme complets pour certaines classes de complexit´e ce qui rend peu vraisemblable l’existence de dynamiques simples qui convergent rapidement vers ces solutions. On a utilis´e alors trois approches pour obtenir une convergence rapide : am´eliorer la dynamique (en utilisant par exemple des bits al´eatoires), restreindre la structure du probl`eme, et rechercher une solution approch´ee.Sur les jeux de congestion, on a ´etendu les r´esultats de convergence rapide vers un ´equilibre de Nash approch´e aux jeux n´egatifs. Cependant, on a montr´e que sur les jeux sans contrainte de signe, calculer un ´equilibre de Nash approch´e est PLS-complet. Sur les jeux d ’appariement, on a ´etudi´e la vitesse de dynamiques concurrentes lorsque les joueurs ont une information partielle param´etr´ee par un r´eseau social. En particulier, on a am´elior´e des dynamiques naturelles afin qu’elles atteignent un ´equilibre enO(log(n)) tours (avec n le nombre de joueurs). / Complexity theory allows to classify problems by their algorithmic hardness. The classical framework in which it applies is the one of a centralized algorithm that knows every informa- tion. With the development of networks and decentralized architectures, distributed dynamics was studied. In many problems, in optimization or economy, actions and computations are made by independant agents that don’t share the same objective whose realization depends on the actions of other agents. Game theory is a natural framework to study solutions of this kind of problem. It provides solution concepts such as the Nash equilibrium.A natural way to compute these solutions is to make the agents “react” ; if an agent sees the actions of the other player, or more generally the state of the game, he can decide to change his decision to reach his objective and updates the state of the game. We call �dynamics� this kind of algorithms.We know some dynamics converges to a stable solution. We are interested by the speed of convergence of these dynamics. Some solution concepts are even complete for some complexity classes which make unrealistic the existence of fast converging dynamics. We used three ways to obtain a fast convergence : improving dynamics (using random bits), finding simple subcases, and finding an approximate solution.We extent fast convergence results to an approximate Nash equilibria in negative congestion games. However, we proved that finding an approximate Nash equilibrium in a congestion games without sign restriction is PLS-complete. On matching game, we studied the speed of concurrent dynamics when players have partial information that depends on a social network. Especially, we improved natural dynamics for them to reach an equilibrium inO(log(n)) rounds (with n is the number of players).

L’interprétation structurale de sections de Sismique Réflexion Multitrace-2D acquises pendant la campagne SISTEUR sur la marge de l’Équateur Central et migrées en profondeur avant sommation (PSDM) a été combinée avec la bathymétrie multifaisceaux, des modèles tomographiques de sismique grand-angle OBS, un modèle d’inversion GPS, et 13 années de sismicité relocalisée, afin de déchiffrer les causes de la variabilité de la sismicité et du Couplage Inter Sismique (CIS) le long de la subduction. La partie marine de cette marge est étroite et érosive. Elle chevauche vers l’Ouest, à 4.7 cm/an, la Ride de Carnégie. Le segment nord de la zone d’étude est bloqué, et aucun chenal de subduction n’est identifié. Ce segment révèle la présence d’un important (50 X 40+ km) massif océanique (MO) subduit, haut de ~2.5 km, et dont le flanc arrière plonge vers le continent de 2-4°, et coïncide avec la zone de CIS bloquée, et avec le socle océanique résistant (Vp= 5 km/s) de la marge. Le flanc avant du MO déduit de notre étude coïncide avec une zone de CIS partiel et des essaims de séismes chevauchant déformant le socle de la marge. A l’inverse, le segment sud est découplé, et affiche une pente sous-marine très perturbée avec des escarpements abrupts. Le contact interplaque plonge de 6-7° sous le continent et porte des monts sous-marins isolés séparés par un chenal de subduction de ~1km d’épaisseur qui agit comme lubrifiant. Un scénario en 3 étapes est proposé pour la subduction d’un MO de forme émoussée sous la marge résistante de l’Ile La Plata. Un modèle cinématique est proposé pour rendre compte de la surrection de l’île de La Plata en réponse au MO au cours des derniers 1.3-1.4 Ma. / The structural interpretation of 2D-Pre-stack Depth Migrated Multichannel Seismic Reflection sections collected during the SISTEUR cruise across the Ecuadorian margin was combined with multibeam bathymetry, OBS wide-angle tomographic models, a GPS inversion model, and 13 years of relocated seismicity to decipher the causes of the along-trench variability of the seismicity and Inter-Seismic Coupling (ISC). The margin submarine part is narrow and dominated by subduction erosion. It is underthrust eastward at 4.7 cm/yr by Carnegie Ridge, and figures a decoupled subduction centered over La Plata Island region. Our study shows that the Central Ecuador margin divides in two contrasting segments with dissimilar long-lived physical properties that may account for their specific ISC and seismicity patterns. The locked northern segment shows a smooth outer-wedge slope scalloped by a gentle re-entrant. No subduction channel is detected across this segment that reveals a broad 50 X 40+ km, ~2.5-km-high subducted Oceanic Massif (OM), which dips landward 2-4°, which coincides with the strong (Vp= 5 km/s) oceanic margin basement. In contrast, the decoupled southern segment shows a highly disrupted outer-wedge seafloor. The plate interface dips landward ~6-7°, and is spotted by isolated seamounts separated by a ~1 km-thick subduction channel that may act as a lubricant favoring inter-plate decoupling. A 3-step scenario is put forward for the subduction of a low-drag shaped OM beneath the resistant margin wedge of La Plata Island. Moreover, a kinematic model accounting for the uplift history of La Plata Island is proposed as a result of the OM subduction over the last 1.3-1.4 Myr.

Cette thèse traite des propriétés des glaces de spins artificielles de type kagomé. Il s'agit de réseaux de nano-aimants magnétiques que nous avons fabriqués par dépôt d'un film mince, lithographie électronique et gravure ionique. Les éléments de la maille appelés brins possèdent des tailles typiques que 500 nm de long, 100 nm de large et 10nm d'épaisseur. L'intérêt de ces brins mésoscopiques repose sur la possibilité d'en déterminer la configuration magnétique par imagerie. Les caractérisations réalisées après désaimantation nous ont permis de mettre en évidence l'impact des différents types de désaimantation et de faire apparaître pour la première fois un polycristal de charges. Pour approfondir notre compréhension de ce système, nous avons aussi réalisé une étude numérique. Nous avons montré que les brins ne se comportent pas comme des spins d'Ising. En effet, la configuration d'aimantation d'un brin peut s'apparenter à une configuration homogène avec un domaine de fermeture aux deux extrémités. Nous avons étudié l'impact de ces configurations de bout de brins dans le renversement de l'aimantation des réseaux. Nous montrons également expérimentalement que le renversement peut être très anisotrope. L'origine de cette anisotropie a été étudiée. Enfin, nous montrons numériquement que lorsqu'une configuration interdite est stabilisée, les domaines de fermeture ferment le flux laissant apparaître deux chiralités qui possèdent des champs de disparition différents lorsque le champ est appliqué hors axe de la nanostructure. D'un point de vue expérimental, nous avons tenté de mettre en évidence l'existence de cette chiralité des monopoles / The subject of this thesis is the study of artificial kagome spin ices which are frustrated networks of nanomagnets. These arrays are made using thin film deposition, electron beam lithography and ion beam etching. The typical sizes of each nanomagnet are a length of 500nm, a width of 100nm and a thickness of 10nm with a separation between nanomagnets of 50nm. The interest of these frustrated networks relies on the possibility to measure the magnetic configurations by imagery and extract the macrospin configurations. In this work we have especially compared different demagnetization procedures (field and thermal) that allowed us to highlight their impact on the configurations and we have shown for the first time an emergent polycristal of charges. To have a better understanding of our system, we have also conducted a numerical study using finite difference methods. We have shown that nanomagnets do not behave like Ising spin. Indeed, the magnetic configuration is shown to be homogeneous with domains at extremities. In the array, the domains close the flux at a vertex and the effects of those domains on the magnetization reversal of our networks have been studied. We have also shown experimentally that the reversal can be anisotropic. The origin of this anisotropy has been studied. Finally, we have numerically shown that, when a forbidden configuration is stabilized, the closure of the flux at the vertex leads to chiralities of the forbidden state. These chiralities possess different annihilation fields when the fields are applied out of the nanostructure axis. From an experimental point of view, we tried to show the existence of this monopole chirality using adapted field histories

L’objectif de cette thèse est d’étudier les apports et les limitations des dispositifs double grille à grilles indépendantes (IDGMOS) dans la conception de circuits analogiques fonctionnant à basses fréquences. Ce dispositif compte parmi les structures à l’étude pour le remplacement des transistors MOS à substrat massif. Ce remplacement deviendra nécessaire dès lors que ceux-ci auront atteint leurs limites physiques suite à la diminution géométrique dictée par les besoins de l’industrie du semiconducteur. Bien que cette technologie soit conçue pour ses potentialités quant à la réalisation de circuits numériques et RF, le fait de pouvoir déconnecter les deux grilles et de les contrôler séparément ouvre également la voie à de nouvelles solutions pour la conception des systèmes analogiques futurs. Ce travail se focalise tout d’abord sur l’étude du comportement de l’IDGMOS et notamment sur les effets du couplage existant entre les deux interfaces du composant. Cette étude s’appuie sur les caractéristiques du transistor ainsi que sur son modèle. Celui-ci est ensuite simplifié afin d’extraire des lois élémentaires régissant le fonctionnement dynamique de l’IDGMOS. Dans un second temps, ce manuscrit précise l’environnement futur du transistor ainsi que les solutions existantes, conçues à base de dispositifs à substrat massif et permettant de palier les détériorations fonctionnelles futures. Une brève étude comparative est présentée ensuite entre une technologie MOS standard avancée et un modèle IDGMOS ajusté sur les prévisions de l’ITRS. Néanmoins, les paramètres ajustés sont à ce point idéaux qu’il est difficile de conclure. Il reste donc préférable de se cantonner aux considérations analogiques données par la suite du chapitre, celles-ci se basant principalement sur les équations du modèle de l’IDGMOS ainsi que sur sa structure. La troisième partie de se chapitre met en œuvre le transistor IDGMOS au sein de circuits représentant les blocs de base de l’électronique analogique. Chacun de ces blocs est étudié afin de mettre en valeur un apport fonctionnel particulier du composant. Cette étude se termine par une comparaison entre les résultats simulés d’un amplificateur complet IDGMOS et ceux d’un autre circuit réalisé quant à lui en utilisant l’accès substrat de transistors MOS standard, tous deux fonctionnant sous une tension d’alimentation de 0; 5V. / The aim of this thesis is to study the contributions and the limitations of Independently Driven Double Gate MOS transistors in regard of the low frequency analog design. This device is one of the candidates for the replacement of the current bulk MOS technology since the gate length of the transistors cannot be efficiently decreased under 30nm. Even if the IDGMOS technology is mainly designed for digital and radio frequency applications, the independent drive of the gates should also improve the design of analog circuits ant it would provide solutions to the future circuits issues. First, this work focuses upon the IDGMOS’s behaviour, going a little deeper into the effects of the coupling that exists between its interfaces. Using the electrical characteristics of the transistor and simplifying its model, this report then reviews the static and dynamic laws of the component in order to extract a simple description of its operation modes. Secondly, a state of the art concerning both the future environment and issues is presented, followed by the solutions which currently exist using the standard MOS technology. A brief comparison between an advanced MOS technology and an IDGMOS model fitted on the ITRS parameters is given. However, these ideal parameters prevent this work from establishing a practical conclusion whereas the aforementioned theoretical studies can be used for providing a better understanding of the IDGMOS contributions. Those are reviewed just before the last part of the report which presents some basic analog circuits and their enhancement using double gate transistors. This chapter first emphasizes each important aspect of the device operating within the circuits and it thus concludes on an interesting comparison between two complete low supply voltage amplifiers, the first one designed using IDGMOS transistors and the other one based on bulk driven MOS devices.

Dans cette thèse, nous présentons l’étude de l'alliage Fe1−xGax en couche mince monocristallins et d’épaisseur nanométrique. Le travail, de nature expérimentale, a consisté à réaliser une caractérisation magnétique qui inclut l’étude des anisotropies magnétiques, des coefficients de couplages magnéto-élastiques et des domaines magnétiques. Pour cela j’ai utilisé principalement les techniques de résonance ferromagnétique, de mesure du couplage magnétoélastique par déflexion d’un cantilever et de microscopie à force magnétique (MFM). Les anisotropies ont été étudiées en fonction de l’épaisseur du film, de la concentration en Gallium et de la structure atomique, donnant lieu à une description très complète du système. On observe que les couches minces de Fe1−xGax conservent une grande partie des caractéristiques du matériau massif mais présentent également des spécificités. En particulier, on mesure une forte anisotropie hors plan (de l’ordre de dix fois supérieure à l’anisotropie dans le plan) à la fois d’origine magnétocristalline et magnétoélastique, et impliquant une autre contribution d’origine inconnue. Pour expliquer cette dernière contribution, nous avons émis l’hypothèse d’une anisotropie dans la distribution des paires de Ga (qui seraient plus nombreuses hors plan que dans le plan). Nous avons pu modéliser le phénomène en adaptant le modèle phénoménologique de Cullen. Comme conséquence de cette anisotropie hors plan, des domaines magnétiques en forme de bandes ou stripes apparaissent pour des épaisseurs de film supérieures à une épaisseur critique. Ces domaines, peuvent être retournés dans la direction du champ magnétique appliqué. / In this thesis we have introduced the study of the Fe1−xGax alloy grown as monocrystalline thin films of nanometric thicknesses. Our work was of experimental nature and consisted in a magnetic characterization that included the study of magnetic anisotropies, magneto-elastic coupling coefficients and magnetic domains. For this work we principally used three techniques: ferromagnetic resonance, magnetoelastic coupling measurement by deflection of cantilever and magnetic force microscopy . Anisotropies were studied in function of thickness, concentration and atomic structure, achieving an extensive description of the system. It was observed that the films conserved many of the bulk material characteristics, but at the same time they present some singularities that make them different. Particularly, a strong out of plane anisotropy was detected (ten times larger than the anisotropy inside the plane), which has a magnetocrystalline contribution, a magnetoelastic contribution and another one of unknown origin. To explain this last term which we put forward the hypothesis of an anisotropic distribution of Ga pairs (more Ga pairs out of plane than in plane). This last contribution could be modeled by adapting Cullen’s phenomenological model. As a consequence of this out of the plane anisotropy, magnetic domains with stripe pattern appear, for adequate thicknesses. These domains can rotate in the direction of the saturation applied magnetic field.