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The focus of this thesis is the dynamical behaviour of linear arrays of laser oscillators with nearest-neighbour coupling. In particular, we study how laser dynamics are influenced by laser-coupling strength, $\kappa$, the natural frequencies of the uncoupled lasers, $\tilde{\Omega}_j$, and the coupling between the magnitude and phase of each lasers electric field, $\alpha$. Equivariant bifurcation analysis, combined with Lyapunov exponent calculations, is used to study different aspects of the laser dynamics. Firstly, codimension-one and -two bifurcations of relative equilibria determine the laser coupling conditions required to achieve stable phase locking. Furthermore, we find that global bifurcations and their associated infinite cascades of local bifurcations are responsible for interesting locking-unlocking transitions. Secondly, for large $\alpha$, vast regions of the parameter space are found to support chaotic dynamics. We explain this phenomenon through simulations of $\alpha$-induced stretching-and-folding of the phase space that is responsible for the creation of horseshoes. A comparison between the results of a simple {\it coupled-laser model} and a more accurate {\it composite-cavity mode model} reveals a good agreement, which further supports the use of the simpler model to study coupling-induced instabilities in laser arrays. Finally, synchronisation properties of the laser array are studied. Laser coupling conditions are derived that guarantee the existence of synchronised solutions where all the lasers emit light with the same frequency and intensity. Analytical stability conditions are obtained for two special cases of such laser synchronisation: (i) where all the lasers oscillate in-phase with each other and (ii) where each laser oscillates in anti-phase with its direct neighbours. Transitions from complete synchronisation (where all the lasers synchronise) to optical turbulence (where no lasers synchronise and each laser is chaotic in time) are studied and explained through symmetry breaking bifurcations. Lastly, the effect of increasing the number of lasers in the array is discussed in relation to persistent optical turbulence.

La volonté de produire des vues sonores est présente dès les débuts du cinéma, comme en témoignent les expérimentations d'Edison, Lioret, Messter et tant d'autres. Ce mémoire s'inscrira en continuité des études débutées il y a une vingtaine d'années déjà, tendant à montrer que l'utilisation du son in ne débute pas en 1927 avec The Jazz Singer (Alan Crosland). Il s'orientera sur les travaux de Léon Gaumont relatifs à la synchronisation du son et de l'image par l'entremise de son chronophone, et examinera en quoi cette tentative de synchronisation pourrait participer aux processus attractionnels du cinéma des premiers temps, période d'inventions et d'expérimentations multiples de la fin du XIXème siècle jusqu'aux alentours de 1914. De facto, comme ce cinéma a principalement une dimension exhibitionniste, l'ajout du son postsynchronisé semble renforcer son côté attractionnel prédominant : non seulement on « fait vivre des images », mais en plus on adjoint la possibilité de « donner à entendre », en rendant plus intrinsèquement sensitive l'expérience cinématographique. Il sera principalement question de l'apport de cette nouvelle attraction relativement à plusieurs instances : le fabricant de vues animées, le « metteur en scène », l'exhibiteur et, bien entendu, le spectateur. Ces recherches seront basées sur différents types de « vues phoniques » produites par la compagnie de Léon Gaumont qui soulèveront des questions parallèles tantôt relatives aux appareillages, tantôt relatives aux paradigmes de monstration dans lesquelles ces vues s'inscrivent. Ces divers éléments permettront alors de distinguer à quel(s) niveau(x) se situe la frontière entre « l'attraction d'attraction » et l'attraction en soi, que constitue l'adjonction d'un son synchronisé à l'image. / The desire to add sound to moving pictures can be traced back to the very beginnings of cinema, notably in the experiments conducted by Edison, Lioret, and Messter. This thesis follows the path opened twenty years ago by researchers trying to demonstrate that the use of “in” sound predates the 1927 film The Jazz Singer (Alan Crosland). It will focus on Léon Gaumont’s work on the synchronisation of image and sound through his device, the Chronophone, examining how this attempt at sound synchronisation can be understood as a part of early cinema’s attraction process, during the era of multiple inventions and experimentations, from the end of the 19th century to 1914 approximately. In fact, since early cinema is essentially an “exhibitionist” practice, the addition of post-synchronized sound appears to reinforce its predominantly attractive nature: pictures not only “come to life”, but also “make themselves heard”, making the cinematographic experience all the more intrinsically sensorial. This new attractive dimension is manifest in several instances: from the animated views manufacturer to the director, the exhibitor, and obviously, the spectator. Different types of “phonic views” produced by the Gaumont company are studied, raising parallel questions regarding, on the one hand, the apparatus involved and, on the other hand, the monstrative paradigm to which these views belong. These elements make it possible to distinguish the different levels at which the frontier between the “attraction of attractions” and the attraction of synchronized sound itself is drawn.

In this thesis, we investigate the collective electron dynamics in single and coupled superlattice systems under the influence of a DC electric field. Firstly, we illustrate that Bloch oscillations suppress electron transport and the resulting charge domains form self-sustained current oscillations. Upon the application of a tilted magnetic field, stochastic web structures are shown to form in the phase space of the electron trajectory. This occurs only when the Bloch and cyclotron frequencies are commensurate allowing the electrons to demonstrate chaotic unbounded trajectories, leading to an increase in transport. The charge domain dynamics also present additional peaks during such resonances. The rapid changes in the dynamical states found is an example of non-KAM chaos. We show then the amplitude and frequency of current oscillations in a single superlattice can be controlled. Secondly, two models are designed to mutually couple two semiconductor superlattices by a common resistive load. We examine the effects of coupling strength and frequency detuning on the collective current dynamics. The devices are considered to be arranged together on a single substrate as well as on individual substrates. Large AC power is witnessed during anti-phase and in-phase synchronization between current oscillations. Finally, two superlattices are coupled through a resonance circuit incorporating single mode resonances from external influences in the circuit. In this system, chaotic current dynamics are induced with regions of chaos separating different regions of synchronization. High frequency oscillations with minimal phase difference cause the largest power generation. In all three coupling models high frequency components are found in the Fourier power spectra. The power generated in the coupled systems is found greater and at times more than double the power generated in the autonomous superlattice. Thus this thesis provides innovative methods of enhancing and controlling powerful high-frequency signals. This effectively gives manipulation over the intensity of the electromagnetic radiation produced by the superlattice.

L'activité électrique du coeur est initiée par la génération spontanée de potentiels d'action venant des cellules pacemaker du noeud sinusal (SN). Toute dysfonction au niveau de cette région entraîne une instabilité électrique du coeur. La majorité des patients souffrant d'un noeud sinusal déficient nécessitent l'implantation chirurgicale d'un pacemaker électronique; cependant, les limitations de cette approche incitent à la recherche d'une alternative thérapeutique. La base moléculaire des courants ioniques jouant un rôle crucial dans l'activité du noeud sinusal sont de plus en plus connues. Une composante importante de l'activité des cellules pacemakers semble être le canal HCN, responsable du courant pacemaker If. Le facteur T-box 3 (Tbx3), un facteur de transcription conservé durant le processus de l'évolution, est nécessaire au développement du système de conduction cardiaque. De précédentes études ont démontré que dans différentes lignées cellulaires le Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) active l'expression du gène codant Tbx3 via des réactions en cascade partant de la protéine kinase C (PKC). L'objectif principal de cette étude est de tester si le PMA peut augmenter la fréquence et la synchronisation de l'activité spontanée du pacemaker biologique en culture. Plus précisément, nous avons étudié les effets de l'exposition chronique au PMA sur l'expression du facteur de transcription Tbx3, sur HCN4 et l'activité spontanée chez des monocouches de culture de myocytes ventriculaires de rats néonataux (MVRN). Nos résultats démontrent que le PMA augmente significativement le facteur transcription de Tbx3 et l'expression ARNm de HCN4, favorisant ainsi l'augmentation du rythme et de la stabilité de l'activité autonome. De plus, une diminution significative de la vitesse de conduction a été relevée et est attribuée à la diminution du couplage intercellulaire. La diminution de la vitesse de conduction pourrait expliquer l'effet négatif du PMA sur la synchronisation de l'activité autonome du pacemaker biologique. Ces résultats ont été confirmés par un modèle mathématique multicellulaire suggérant que des fréquences et résistances intercellulaires plus élevée pourraient induire une activité plus stable et moins synchrone. Cette étude amène de nouvelles connaissances très importantes destinées à la production d'un pacemaker biologique efficient et robuste. / The normal heartbeat is initiated by the spontaneous generation of action potentials in pacemaker cells of the sinoatrial node (SAN) region. Dysfunction of this region leads to electrical instability of the heart. The majority of the patients with sinus node dysfunction require surgical implantation of electronic pacemaker devices; however, limitations of this therapeutic approach lead to a need to search for alternatives. To date, the molecular basis of the ionic currents which play pivotal role in SAN action potential has been discovered. It is thought that an important component of the pacemaker cells are HCN channels, responsible for the funny current (If) in the SAN. Meanwhile, T-box factor 3 known as an evolutionary conserved transcription factors is necessary for development of the conduction system. In previous studies, it has been shown that Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) activates Tbx3 gene expression in a PKC-dependent manner in several cell lines. The main objective of this study is to test if PMA can increase the frequency and synchronization of spontaneous activity of cultured biopacemakers. More precisely, we studied the effects of chronic exposure to PMA on the expression of the Tbx3 transcription factor and HCN4 in neonatal rat ventricular myocytes monolayers and how spontaneous activity was altered. Our results show that PMA significantly increases the Tbx3 transcription factor and HCN4 mRNA expression favoring an increased in the rate and spatial-temporal stability of the spontaneous activity. In addition, a significant decrease in conduction velocity was found that is attributed to decrease electrical intercellular coupling of the cells. The decrease in the conduction velocity could explain the negative effect PMA has on synchronization of spontaneous activity of the biopacemaker. These findings are confirmed by a multicellular mathematical model implying that faster frequency and higher intercellular resistance of the pacemaker cells may lead to a more stable and less synchronous activity. This study provides important new knowledge to produce efficient and robust biological pacemakers.

Aujourd'hui les réseaux de capteurs sont devenus des systèmes pouvant atteindre un très grand nombre de noeuds, avec une zone de couverture déterminée et déployés d'une manière plus ou moins dense dans un environnement hétérogène dont on mesure ainsi son état global. La problématique de cette thèse consiste à concevoir une architecture pour les objets communicants à faible consommation en utilisant des antennes « intelligentes » pour l'instrumentation et la mesure. Intégrant une approche pluridisciplinaire, cette architecture couvre les services offerts depuis les couches MAC jusqu'à celles de plus haut niveau. Basés sur une partie matérielle complètement reconfigurable (amplificateur de puissance et antennes à base de MEMS RF), les services des couches supérieures sont définis en partie sur circuits numériques pour la couche physique (bande de base) et la couche MAC, et de manière logicielle pour les protocoles de routages adaptés et les services innovants. En résumé, le travail consiste à concevoir un système autonome multi capteurs, d'acquisition et de traitement avec mémorisation, communicant à travers un réseau sans fil. Les principaux problèmes à résoudre seront : le contrôle de la topologie, la précision de la synchronisation, la consommation d'énergie. / Researches in the field of sensor networks show the variety and vastness of applications in which these types of systems are used. One of their main features is the large number (up to hundreds of elements) of sensors that must be distributed in different environments. Another concern consists in making routing decisions in order to reduce the energy consumption. Depending on the application requirements, ensuring synchronous network functionality is currently a challenge. The issue addressed in this thesis is to develop an architecture for smart objects using low-power antennas for structural heald monitoring. Integrating a multidisciplinary approach, this architecture includes services from the MAC layer to those of the highest level. In summary, we will develop an autonomous system ofi sensors, for acquisition and information processing, which communicate via a wireless network. The main problems are: the control of topology, the timing accuracy and the energy consumption.

Développer un modèle de mouvement de foule capable de simuler l'évacuation d'un lieu public de moyenne ou forte affluence devient utile, voire nécessaire, afin que les futures constructions ou aménagements publics puissent offrir une qualité de sécurité optimale à leurs usagers. Les effets des piétons sur les structures du génie civil, comme l'interaction dynamique foule-structure, doivent aussi être pris en compte et modélisés. Dans le cadre de cette thèse, un modèle de foule 2D discret est proposé dans lequel les actions et les décisions de chaque piéton sont traitées individuellement. Ce modèle est aussi capable de modéliser le chargement dynamique d'un piéton sur une structure vibrante. Trois étapes sont nécessaires à l'établissement du modèle proposé. La première concerne la gestion du mouvement et des interactions piéton-piéton et piéton-obstacle. Nous nous sommes inspirés des milieux granulaires pour modéliser les interactions au sein de la foule. Nous avons étudié, implémenté et adapté dans l'environnement MATLAB, le modèle granulaire proposé par Frémond, entrant dans un cadre thermodynamique rigoureux dans lequel les interactions locales sont gérées par l'utilisation de pseudo-potentiels de dissipation, et dans lequel les collisions entre particules peuvent être élastiques ou inélastiques. Une comparaison de ce modèle à deux autres approches déjà adaptées aux mouvements de foule est présentée.La seconde étape consiste à gérer le comportement des piétons. Cette gestion du comportement se fait en plusieurs niveaux de complexité. Dans le premier niveau qui est nécessaire, une stratégie de déplacement est affectée à chaque piéton. La stratégie du chemin le plus court pour qu'un piéton se déplace d'un lieu à un autre a été choisie. Elle a été implémentée à l'aide d'un algorithme de Fast Marching et utilisée pour obtenir la direction souhaitée de chaque piéton au cours du temps. Les autres niveaux de complexité permettent de décrire des comportements plus élaborés tels que l'évitement entre piétons ou le déplacement en sous-groupe, grâce à l'introduction de forces sociales. Une approche originale permettant de former des sous-groupes de piétons à l'aide d'un pseudo-potentiel de dissipation est proposée. La dernière étape concerne le couplage piéton-structure, nous avons cherché à modéliser le chargement dynamique d'un piéton sur une structure vibrante. L'action du piéton sur le sol a été représentée par une force sinusoïdale qui modélise le mouvement d'oscillation de l'individu pendant la marche. En fixant notre attention sur les passerelles, on s'est intéressé au phénomène de synchronisation en fréquence qui peut apparaître entre la fréquence de marche de chaque piéton et la fréquence d'oscillation du système "foule-passerelle". Ce phénomène a été modélisé grâce à l'utilisation d'une équation différentielle de type Kuramoto qui gère la phase de la force de marche de chaque piéton. Un développement analytique du modèle proposé permet d'obtenir les expressions de certains paramètres liés à la synchronisation. Des simulations numériques appliquent ce modèle de foule à l'évacuation des structures du génie civil et à l'interaction foule-passerelle / The development of a model for crowd movement simulating the evacuation of public spaces becomes useful and necessary to determine the effectiveness of transportation infrastructures. The effects of pedestrians on civil engineering structures, such as crowd-structure dynamic interaction, must also be considered and modeled. In this thesis, a 2D crowd model is proposed in which the movement of each pedestrian is represented both in time and space. This model is able to take into account the dynamical pedestrians' action on a moving floor. Three steps are needed to assemble the proposed model. The first concerns the management of pedestrian-pedestrian and pedestrian-obstacle interactions. The non-smooth granular model proposed by Frémond to manage collisions between rigid particles is studied and implemented in a MATLAB environment. This discrete approach applies a rigorous thermodynamic framework in which the local interactions between particles are managed using pseudo-potentials of dissipation. A comparison between this model and two others, already adapted to the crowd, is performed. The second step concerns the management of pedestrians' behavior. A displacement strategy has to be defined for each pedestrian. The strategy of the shortest path to get from one point to another is implemented through a Fast Marching algorithm and is used to obtain the instantaneous desired direction of each pedestrian. Social forces are also introduced in order to manage the interaction between each pedestrian and his nearest environment. An original approach allowing us to create and control subgroups, using pseudo-potentials of dissipation, is implemented. The last step deals with the crowd-footbridge coupling for lateral and vertical oscillations of the structure. An alternating (sinusoidal) sideways force is used in order to take into account the pedestrian's oscillations around his trajectory. This force, due to his walking and his action on the bridge, allows one to define the acceleration of each pedestrian's oscillations around his trajectory. The synchronization of the walking frequency of each pedestrian with the oscillations frequency of the system "crowd-footbridge" is managed via a Kuramoto type differential equation which allows one to govern the evolution of the total phase of the walking force generated by each pedestrian on the bridge. An analytical study is also developed to determine the key parameters of the synchronization phenomenon. Numerical simulations using the proposed model dealing with crowd evacuation of civil engineering structures and pedestrians-footbridge interaction are finally presented

Cette recherche vise à étudier l’intégration contemporaine, dans la composition et la performance, des outils technologiques et artistiques correspondant à l’état de l’art en matière d’interaction temps-réel entre production instrumentale, production numérique du son et production de formes spatio-temporelles dans le lieu d’écoute. On souhaite notamment étudier comment cette intégration pourra constituer en retour une nouvelle modalité de l’écriture où fusionnent en cohérence une écriture du son, une écriture du temps et une écriture de l’espace informées par la technologie.Les paradigmes informatiques pour la gestion du temps et de l'interaction, les outils de synchronisation de processus, l'analyse de flux sonores et gestuels, le contrôle des paramètres à partir du son instrumental, la recherche sur la question du timbre instrumental et de ses descripteurs numériques et l’interaction interprète-ordinateur forment les éléments clefs de cette recherche.L’idée principale de ce travail est centrée sur l’interaction en temps réel avec des dispositifs informatiques avancés, dans le cadre d’une écriture particulièrement virtuose, avec des aspects spécifiques de construction temporelle et spatiale, cette situation hybride influençant en retour la nature de l’écriture elle-même. Les différents thèmes relatifs à cette exploration, tels que l’écriture du son, du temps et de l’espace, sont le point de départ pour décliner et développer, selon la nature des diverses productions envisagées, les liens possibles avec d’autres disciplines artistiques. / This research project aims to study the contemporary integration, in the composition and performance, of technological and artistic tools corresponding to the state of the art in terms of real-time interaction between instrumental production, digital sound production and production of spatio-temporal forms in the listening space. In particular, we study how this integration can in turn constitute a new modality of writing in which a coherent writing of sound, a writing of time and a writing of space informed by technology do merge together in a coherent way.Computer paradigms for time and interaction management, synchronization tools, sound and gestural flow analysis, parameter control from instrumental sound, research on the issue of instrumental timbre and its digital descriptors, and interpreter-computer interaction are key elements of this research and creation work.We focus on real-time interaction with smart computer devices in a particularly virtuoso writing with specific aspects of temporal and spatial construction, this hybrid situation in turn influencing the nature of the writing itself. The various themes relating to this exploration, such as the writing of sound, time and space, are the starting point for declining and developing, according to the nature of the various productions envisaged, the possible links with other artistic disciplines.

Le travail développé dans ce manuscrit porte sur la synchronisation des systèmes chaotiques. Il est articulé autour de deux axes principaux: la synthèse d'observateur et la détection de mode. Dans un premier temps, quelques rappels sur le chaos et les principales architectures de systèmes de chiffrement chaotiques sont effectués. Ensuite, nous montrons comment les systèmes chaotiques à non linéarité polynomiale ou affines à commutation peuvent se réécrire sous forme LPV polytopique. Une revue des principaux résultats sur la synthèse d'observateurs LPV polytopiques reposant sur l'utilisation des LMI est faite. Une extension des résultats aux observateurs polytopiques à entrées inconnues, à la fois dans le cas déterministe, bruité ou incertain est proposée. Ces observateurs assurent la synchronisation du chaos et donc le déchiffrement dans les systèmes de chiffrement "modulation paramétrique", "commutation chaotique", "transmission à deux canaux" et "chiffrement par inclusion". Pour les systèmes affines à commutation utilisés en tant que générateur du chaos, le cas où l'état discret n'est pas accessible est considéré. Une présentation unifiée des méthodes fondées sur les espaces de parité, proposées dans la littérature pour les systèmes linéaires et affines à commutation à temps discret, est réalisée. Le problème de discernabilité fait l'objet d'une étude approfondie. Une approche pour estimer les retards variables des systèmes affines et affines à commutation à temps discret, formulée en termes de détection de mode, est proposée en tant que solution à l'estimation de retard pour le chiffrement par injection de retard / The work developed in this manuscript addresses the synchronization of chaotic systems. It is organized around two main axes: the observer synthesis and the mode detection. In a first step, we recall the main architectures of chaotic encryption systems and show how chaotic systems with polynomial nonlinearities or switched affine dynamics can be rewritten in a polytopic LPV form. A review of the main LMI based results for polytopic LPV observers synthesis is made. An extension to polytopic unknown input observers, both in the deterministic case and noisy or uncertain case, is proposed. These observers ensure chaos synchronization and information recovering in the framework of the following encryption systems: "parametric modulation", "chaotic switching", "two channels transmission" and "inclusion encryption". For affine switched systems used as a generator of chaos, the case where the discrete state is not available is considered. A unified presentation of mode detection methods based on parity spaces proposed in the literature for linear and affine switched discrete time systems is proposed. The problem of discernibility is the subject of a complete study. An approach to estimate time varying delays for affine switched discrete time systems, formulated in terms of mode detection, is proposed as a solution for delay injection encryption

Cette thèse aborde les problèmes liés à la protection de maillages d'objets 3D. Ces objets peuvent, par exemple, être créés à l'aide d'outil de CAD développés par la société STRATEGIES. Dans un cadre industriel, les créateurs de maillages 3D ont besoin de disposer d'outils leur permettant de vérifier l'intégrité des maillages, ou de vérifier des autorisations pour l'impression 3D par exemple. Dans ce contexte nous étudions l'insertion de données cachées dans des maillages 3D. Cette approche permet d'insérer de façon imperceptible et sécurisée de l'information dans un maillage. Il peut s'agir d'un identifiant, de méta-informations ou d'un contenu tiers, par exemple, pour transmettre de façon secrète une texture. L'insertion de données cachées permet de répondre à ces problèmes en jouant sur le compromis entre la capacité, l'imperceptibilité et la robustesse. Généralement, les méthodes d'insertion de données cachées se composent de deux phases, la synchronisation et l'insertion. La synchronisation consiste à trouver et ordonner les éléments disponibles pour l'insertion. L'un des principaux challenges est de proposer une méthode de synchronisation 3D efficace qui définit un ordre sur les composants des maillages. Dans nos travaux, nous proposons d'utiliser les sommets du maillage, plus précisément leur représentation géométrique dans l'espace comme composants de base pour la synchronisation et l'insertion. Nous présentons donc trois nouvelles méthodes de synchronisation de la géométrie des maillages basées sur la construction d'un chemin hamiltonien dans un nuage de sommets. Deux de ces méthodes permettent de manière conjointe de synchroniser les sommets et de cacher un message. Cela est possible grâce à deux nouvelles méthodes d'insertion haute capacité (de $3$ à $24$ bits par sommet) qui s'appuient sur la quantification des coordonnées. Dans ces travaux nous mettons également en évidence les contraintes propres à ce type de synchronisation. Nous discutons des différentes approches proposées dans plusieurs études expérimentales. Nos travaux sont évalués sur différents critères dont la capacité et l'imperceptibilité de la méthode d'insertion. Nous portons également notre attention aux aspects sécurité des méthodes. / This thesis addresses issues relating to the protection of 3D object meshes. For instance, these objects can be created using CAD tool developed by the company STRATEGIES. In an industrial context, 3D meshes creators need to have tools in order to verify meshes integrity, or check permission for 3D printing for example.In this context we study data hiding on 3D meshes. This approach allows us to insert information in a secure and imperceptible way in a mesh. This may be an identifier, a meta-information or a third-party content, for instance, in order to transmit secretly a texture. Data hiding can address these problems by adjusting the trade-off between capacity, imperceptibility and robustness. Generally, data hiding methods consist of two stages, the synchronization and the embedding. The synchronization stage consists of finding and ordering available components for insertion. One of the main challenges is to propose an effective synchronization method that defines an order on mesh components. In our work, we propose to use mesh vertices, specifically their geometric representation in space, as basic components for synchronization and embedding. We present three new synchronisation methods based on the construction of a Hamiltonian path in a vertex cloud. Two of these methods jointly perform the synchronization stage and the embedding stage. This is possible thanks to two new high-capacity embedding methods (from 3 to 24 bits per vertex) that rely on coordinates quantization. In this work we also highlight the constraints of this kind of synchronization. We analyze the different approaches proposed with several experimental studies. Our work is assessed on various criteria including the capacity and imperceptibility of the embedding method. We also pay attention to security aspects of the proposed methods.