La thématique générale de cette thèse essentiellement méthodologique est l'utilisation des trajectoires quantiques, définies par de Broglie et Bohm, dans l'étude de processus dynamiques moléculaires. Deux types d'études seront présentés. Dans la première, nous avons utilisé les trajectoires quantiques pour résoudre la forme hydrodynamique de l'équation de Schrödinger. Une méthode numérique qui combine l'utilisation d'une grille fixe et de grilles mobiles dans le temps a été développée et appliquée à la photodissociation de la molécule H2. Cette méthode peut permettre un gain de temps de calcul et d'espace mémoire, surtout dans des processus comme la dissociation directe. Deuxièmement, nous avons utilisé les trajectoires quantiques pour établir une nouvelle méthode mixte classique / quantique. Ce type de méthode s'avère utile pour traiter la dynamique de systèmes trop grands pour avoir accès à des résultats quantiques exacts, et dans lesquels certains degrés de liberté nécessitent néanmoins un traitement quantique. Dans notre méthode, les positions des trajectoires quantiques interviennent dans les équations des variables classiques du système dans la force que ces dernières ressent. Les résultats obtenus par cette méthode lors de l'étude de trois systèmes suffisamment simples pour avoir accès aux résultats exacts, ont été comparés à ceux obtenus par d?autres méthodes mixtes déjà largement utilisées.

Prospection de pétrole utilise un équipement appelé tube de forage pour forer le sol jusqu'au le niveau du réservoir. Cet équipement est une longue colonne rotative, composée par une série de tiges de forage interconnectées et les équipements auxiliaires. La dynamique de cette colonne est très complexe parce que dans des conditions opérationnelles normales, elle est soumise à des vibrations longitudinales, latérales et de torsion, qui présentent un couplage non linéaire. En outre, cette structure est soumise à effets de frottement et à des chocs dûs aux contacts mécaniques entre les paires tête de forage/sol et tube de forage/sol. Ce travail présente un modèle mécanique-mathématique pour analyser un tube de forage en configuration horizontale. Ce modèle utilise la théorie des poutres qui utilise l'inertie de rotation, la déformation de cisaillement et le couplage non linéaire entre les trois mécanismes de vibration. Les équations du modèle sont discrétisées par la méthode des éléments finis. Les incertitudes des paramètres du modèle d'interaction tête de forage/sol sont prises en compte par l'approche probabiliste paramétrique, et les distributions de probabilité des paramètres aléatoires sont construits par le principe du maximum d'entropie. Des simulations numériques sont réalisées afin de caractériser le comportement dynamique non linéaire de la structure, et en particulier, de l'outil de forage. Des phénomènes dynamiques non linéaires par nature, comme le slick-slip et le bit-bounce, sont observés dans les simulations, ainsi que les chocs. Une analyse spectrale montre étonnamment que les phénomènes slick-slip et bit-bounce résultent du mécanisme de vibration latérale, et ce phénomène de choc vient de la vibration de torsion. Cherchant à améliorer l'efficacité de l'opération de forage, un problème d'optimisation qui cherche à maximiser la vitesse de pénétration de la colonne dans le sol, sur ses limites structurelles, est proposé et résolu / Oil prospecting uses an equipment called drillstring to drill the soil until the reservoir level. This equipment is a long column under rotation, composed by a sequence of connected drill-pipes and auxiliary equipment. The dynamics of this column is very complex because, under normal operational conditions, it is subjected to longitudinal, lateral, and torsional vibrations, which presents a nonlinear coupling. Also, this structure is subjected to friction and shocks effects due to the mechanical contacts between the pairs drill-bit/soil and drill-pipes/borehole. This work presents a mechanical-mathematical model to analyze a drillstring in horizontal configuration. This model uses a beam theory which accounts rotatory inertia, shear deformation, and the nonlinear coupling between three mechanisms of vibration. The model equations are discretized using the finite element method. The uncertainties in bit-rock interaction model parameters are taken into account through a parametric probabilistic approach, and the random parameters probability distributions are constructed by means of maximum entropy principle. Numerical simulations are conducted in order to characterize the nonlinear dynamic behavior of the structure, specially, the drill-bit. Dynamical phenomena inherently nonlinear, such as slick-slip and bit-bounce, are observed in the simulations, as well as shocks. A spectral analysis shows, surprisingly, that slick-slip and bit-bounce phenomena result from the lateral vibration mechanism, and that shock phenomena comes from the torsional vibration. Seeking to increase the efficiency of the drilling process, an optimization problem that aims to maximize the rate of penetration of the column into the soil, respecting its structural limits, is proposed and solved

Il est essentiel d’étudier la dynamique non linéaire en mathématiques et nous permet d’interpréter des phénomènes aussi irréguliers et imprévisibles à la suite de processus déterministes, et non de simples erreurs ou chances statistiques.La dynamique du système est une méthodologie ainsi qu’une méthode pour implémenter des mouvements dynamiques non linéaires. Par ces deux méthodes,nous capturons la crise dans les cycles économiques et testons l’accumulation de capital, et les changements techniques dans le cadre du modèle Macro Stock Management et les appliquons à ceux de l’économie sud-coréenne. Divers outils d’analyse des séries chronologiques sont utilisés pour estimer les effets de l’investissement sur les taux de profit et les effets de l’inégalité salariale et de la dette des consommateurs sur la demande intérieure depuis la crise financière mondiale de 2008. Le Structural Vector Auto-Regressive model impose des restrictions à long terme ou à court terme sur le système VAR, il utilise pour distinguer deux variables avec des caractéristiques similaires. Perron (1989) fait valoir que les tests de racine unitaire traditionnels tels que le test Augmenté Dickey-Fuller sont susceptibles de ne pas détecter la stationnarité ou la non stationnarité des données si elles ont des ruptures structurelles. Zivot et Andrews(1992) et Lumsdaine et Papell (1997) proposent le modèle de test racine unitaire avec ruptures structurelles endogènes. Le test Gregory-Hansen fournit des informations sur une rupture structurelle dans un test de co-intégration. Le modèle ARDL (Auto Regressive Distributed Lags) est utilisé pour capturer les relations à long terme entre les variables. / It is essential to study nonlinear dynamics in mathematics, and it gives us room to interpret such irregular and unpredictable phenomena as a result of deterministic processes, not mere statistical errors or chances. System dynamics is a methodology as well as a method to implement nonlinear dynamic movements.By these two methods, we capture the crisis in the business cycles and test capital accumulation, and technical changes within the framework of the Macro Stock Management model and apply them to those of the Korean economy. In the latter part of this study, various time series analysis tools are used to estimate the effects of investment on the rates of profit and the effects of wage inequality and consumers’ debt on domestic demand since the global financial crisis of2008. Because the Structural Vector Auto-Regressive (SVAR) model impose on the long run or short run restrictions on the VAR system, it uses to distinguish two variables with similar characteristics, such as the after-tax rate of profit and the rate of profit after payment of interests and dividends excluding taxes (the after-payment rate of profit). Perron (1989) argues that the traditional unit root tests such as the Augmented Dickey-Fuller test are likely to fail to detect the stationarity or non-stationarity of the data if it has structural breaks. Zivot and Andrews (1992) and Lumsdaine and Papell (1997) propose the unit root test of the time series data with a single or two breaks in the time series. The Gregory-Hansen test provides information about a structural break in a cointegration test. The Auto Regressive Distributed Lags (ARDL) model is used to capture long-run relationships between variables.

La mise à jour dynamique des programmes consiste en la modification de ceux-ci sans en arrêter l'exécution. Cette caractéristique est primordiale pour les applications critiques en continuelles évolutions et nécessitant une haute disponibilité. Le but de notre travail est d'effectuer la vérification formelle de la correction de la mise à jour dynamique d'applications Java Card à travers l'étude du système EmbedDSU. Pour ce faire, nous avons premièrement établi la correction de la mise à jour du code en définissant une sémantique formelle des opérations de mise à jour sur le code intermédiaire Java Card en vue d'établir la sûreté de typage des mises à jour. Nous avons ensuite proposé une approche pour vérifier la sémantique du code mis à jour à travers la définition d'une transformation de prédicats. Nous nous sommes ensuite intéressés à la vérification de la correction concernant la détection de points sûrs de la mise à jour. Nous avons utilisé la vérification de modèles. Cette vérification nous a permis de corriger d'abord un problème d'inter blocage dans le système avant d'établir d'autres propriétés de correction : la sûreté d'activation et la garantie de mise à jour. La mise à jour des données est effectuée à travers les fonctions de transfert d'état. Pour cet aspect, nous avons proposé une solution permettant d'appliquer les fonctions de transfert d’état tout en préservant la consistance du tas de la machine virtuelle Java Card et en permettant une forte expressivité dans leurs écritures. / Dynamic Software Updating (DSU) consists in updating running programs on the fly without any downtime. This feature is interesting in critical applications that are in continual evolution and that require high availability. The aim of our work is to perform formal verification the correctness of dynamic software updating in Java Card applications by studying the system EmbedDSU. To do so, we first established the correctness of code update. We achieved this by defining formal semantics for update operations on java Card bytecode in order to ensure type safety. Then, we proposed an approach to verify the semantics of updated programs by defining a predicate transformation. Afterward, we were interested in the verification of correction concerning the safe update point detection. We used model checking. This verification allowed us first to fix a deadlock situation in the system and then to establish other correctness properties: activeness safety and updatability. Data update is performed through the application of state transfer functions. For this aspect, we proposed a solution to apply state transfer functions with the preservation of the Java Card virtual machine heap consistency and by allowing a high expressiveness when writing state transfer functions.

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier analytiquement et numériquement le comportementdynamique non-linéaire des rotors, en prenant en compte des effets significatifs comme les grandesdéformations en flexion, les non-linéarités géométriques et le cisaillement. Le manuscrit est diviséen trois parties principales. Dans la première partie, le principe de Hamilton est utilisé pour formulerles équations du mouvement qui prennent en compte un ensemble d’effets non-linéaires comme desdéformations d'ordre supérieur en flexion et le cisaillement. De plus, si les supports du rotor nepermettent pas à l'arbre de se déplacer dans la direction axiale, il y a alors une force dynamiqueharmonique agissant axialement sur le rotor en fonctionnement. Ces modèles se composentd’équations différentielles non-linéaires du deuxième et du quatrième ordre.Les deux parties suivantes sont consacrées à la résolution des différents modèles non-linéairesdéveloppés dans la première partie. Des méthodes analytiques et numériques sont appliquées afin detraiter les équations non-linéaires du mouvement. Une méthode basée sur des développementsasymptotiques, la méthode des échelles multiples (MEM) est utilisée. Les courbes de réponse sonttracées pour différentes résonances possibles et l'effet de la non-linéarité est discuté par rapport àl'analyse linéaire. La réponse forcée du système provoquée par un balourd est également présentéepour plusieurs configurations du rotor. Lorsque les déformations de cisaillement sont prises encompte, l'analyse est effectuée pour différents élancements afin de mettre en évidence cet effet sur ladynamique d’un système arbre-disque / The objective of the present work is to investigate the nonlinear dynamic behavior of the rotorsystems analytically and numerically, taking into account the significant effects, for example, higherorder large deformations in bending, geometric nonlinearity and shear effects.This thesis is dividedinto two major parts. In the first part, Hamilton’s principle is used to derive the equations of motionwhich take into account various effects, for example, nonlinearity due to higher order largedeformations in bending and shear effects. In addition, if the supports of the rotor do not allow theshaft to move in the axial direction, then there will be a dynamical force acting axially on the rotoras it operates. The mathematical models are composed of coupled nonlinear differential equations ofthe 2nd and the 4th order.In the second part, the resolution of various nonlinear models developed in the first part isaddressed. Analytical and numerical methods are applied for treating the nonlinear equations ofmotion. A method based on asymptotic developments, the method of multiple scales (MMS) is used.The response curves are plotted for different possible resonance conditions and the effect ofnonlinearity is discussed with respect to the linear analysis. The forced response of the system due toa mass unbalance is also presented for various configurations of the rotor. When shear deformationsare taken into account, the analysis is performed for various slenderness ratios to highlight sheareffects on the dynamics of the shaft-disk rotor systems

Les robots industriels représentent un moyen de production sophistiqués pour l'industrie manufacturière d'aujourd'hui. Ces manipulateurs sont plus agiles, plus flexibles et moins coûteux que les machines-outils spécialisées. L'exploitation de ces avantages fait l'objet d'une demande croissante de l'industrie. La dynamique de ces manipulateurs est soumise à des nombreuses sources d'imprécision. En effet les défauts de la chaîne de transmission, ou encore les éléments de liaisons peuvent être le siège de déformations et de vibrations dégradant sensiblement leur précision. Ces phénomènes physiques sont d'autant plus difficiles à compenser que seul un sous ensemble des états du système est mesuré par les codeurs moteurs. La structure de commande industrielle actuelle d'un robot n'agit donc pas directement sur ces phénomènes. Il est nécessaire alors de progresser sur le front de l'amélioration de la précision par l'adaptation de la commande à ces nouvelles exigences. Un état de l'art met en évidence un manque de travaux qui traitent de l'élaboration d'anticipations adaptées aux axes d'un robot et intégrant les phénomènes de déformation. En outre, la planification de trajectoire n'est classiquement pas remise en cause et peu évoquée. Elle représente pourtant un moyen d'action éprouvé afin d'améliorer les performances dynamiques en suivi de profil. L'approche proposée dans ce mémoire se veut une alternative à ces méthodes. Elle est basée sur une exploitation d'un modèle dynamique représentatif et détaillé. Il intègre les principaux phénomènes physiques mis en évidence tels que les effets de la gravité, les systèmes mécaniques de compensation, les forces de frottement et la flexibilité articulaire. Cette modélisation associée à des méthodes d'identification expérimentale est exploitée afin de déduire une structure de commande. Elle permet la réduction des déformations élastiques et des vibrations par une action sur la précommande et sur la loi de mouvement adaptée. Ainsi, nous introduisons une méthode d'estimation non asymptotique appliquée en robotique, afin d'estimer rapidement les paramètres vibratoires de ce dernier et contribue à une réactualisation des modèles exploités. Des résultats expérimentaux montrent que cette méthodologie mène à une amélioration des performances de positionnement par rapport à la commande industrielle. / Anthropomorphic robots are widely used in many fields of industry to carry out repetitive tasks such as pick and place, welding, assembling, and so on. Due to their flexibility and ability to perform complex tasks in a large workspace, industrial robots are finding their way to realize continuous operations. Then, high level pose accuracy is required to achieve a good path tracking. Unfortunately these systems were designed to have a good repeatability but not a good accuracy. The dynamics of these manipulators is subject to many sources of inaccuracy. Indeed, friction, kinematic errors and joint flexibilities may be the seat of deformation and vibration which degrade the position performance. These physical phenomena are even more difficult to manage even only a subset of states of the system is measured by motor encoders. Hence, the structure of current industrial control does not act directly on these phenomena. Nevertheless, there is a growing interest from industry for an improved path tracking accuracy with standard robots controllers. A state of the art highlights a lack of works considering the development of expectations adapted to the axes of an industrial robot and incorporating deformation phenomena. The approach proposed in this PhD. Thesis is meant to be an alternative to such techniques by proposing a methodology based on exploitation of detailed physical modeling and associated to experimental identification methods. This model incorporates the main highlighted physical phenomena. It is then exploited to obtain adapted control structures and tuning methods allowing enhancing the system's performance. It is integrated in our trajectory planner in order to realize a compensation scheme of joint errors. Thus, we introduce a new non-asymptotic estimation method applied in robotics, to on-line estimate the vibration parameters and to update operated models. Experimental results show that the proposed methodology leads to an improved motion control of the point-tool.

Correspondance de forme est un problème fondamental dans de nombreuses disciplines de recherche, tels que la géométrie algorithmique, vision par ordinateur et l'infographie. Communément définie comme un problème de trouver injective/ multivaluée correspondance entre une source et une cible, il constitue une tâche centrale dans de nombreuses applications y compris le transfert de attributes, récupération des formes etc. Dans récupération des formes, on peut d'abord calculer la correspondance entre la forme de requête et les formes dans une base de données, puis obtenir le meilleure correspondance en utilisant une mesure de qualité de correspondance prédéfini. Il est également particulièrement avantageuse dans les applications basées sur la modélisation statistique des formes. En encapsulant les propriétés statistiques de l'anatomie du sujet dans le model de forme, comme variations géométriques, des variations de densité, etc., il est utile non seulement pour l'analyse des structures anatomiques telles que des organes ou des os et leur variations valides, mais aussi pour apprendre les modèle de déformation de la classe d'objets. Dans cette thèse, nous nous intéressons à une enquête sur une nouvelle méthode d'appariement de forme qui exploite grande redondance de l'information à partir des ensembles de données dynamiques, variables dans le temps. Récemment, une grande quantité de recherches ont été effectuées en infographie sur l'établissement de correspondances entre les mailles statiques (Anguelov, Srinivasan et al. 2005, Aiger, Mitra et al. 2008, Castellani, Cristani et al. 2008). Ces méthodes reposent sur les caractéristiques géométriques ou les propriétés extrinsèques/intrinsèques des surfaces statiques (Lipman et Funkhouser 2009, Sun, Ovsjanikov et al. 2009, Ovsjanikov, Mérigot et al. 2010, Kim, Lipman et al., 2011) pour élaguer efficacement les paires. Bien que l'utilisation de la caractéristique géométrique est encore un standard d'or, les méthodes reposant uniquement sur l'information statique de formes peuvent générer dans les résultats de correspondance grossièrement trompeurs lorsque les formes sont radicalement différentes ou ne contiennent pas suffisamment de caractéristiques géométriques. [...] / 3D geometry modelling tools and 3D scanners become more enhanced and to a greater degree affordable today. Thus, development of the new algorithms in geometry processing, shape analysis and shape correspondence gather momentum in computer graphics. Those algorithms steadily extend and increasingly replace prevailing methods based on images and videos. Non-rigid shape correspondence or deformable shape matching has been a long-studied subject in computer graphics and related research fields. Not to forget, shape correspondence is of wide use in many applications such as statistical shape analysis, motion cloning, texture transfer, medical applications and many more. However, robust and efficient non-rigid shape correspondence still remains a challenging task due to fundamental variations between individual subjects, acquisition noise and the number of degrees of freedom involved in correspondence search. Although dynamic 2D/3D intra-subject shape correspondence problem has been addressed in the rich set of previous methods, dynamic inter-subject shape correspondence received much less attention. The primary purpose of our research is to develop a novel, efficient, robust deforming shape analysis and correspondence framework for animated meshes based on their dynamic and motion properties. We elaborate our method by exploiting a profitable set of motion data exhibited by deforming meshes with time-varying embedding. Our approach is based on an observation that a dynamic, deforming shape of a given subject contains much more information rather than a single static posture of it. That is different from the existing methods that rely on static shape information for shape correspondence and analysis.Our framework of deforming shape analysis and correspondence of animated meshes is comprised of several major contributions: a new dynamic feature detection technique based on multi-scale animated mesh’s deformation characteristics, novel dynamic feature descriptor, and an adaptation of a robust graph-based feature correspondence approach followed by the fine matching of the animated meshes. [...]

Les domaines de recherche actuels, tels que l'informatique ubiquitaire et l'informatique en nuage (cloud computing), considèrent que ces environnements d’exécution sont en changement continue. Les applications dynamiques, où les composants peuvent être ajoutés et supprimés pendant l'exécution, permettent à un logiciel de s'adapter et de s'ajuster à l'évolution des environnements, et de tenir compte de l’évolution du logiciel. Malheureusement, les applications dynamiques soulèvent des questions de conception et de développement qui n'ont pas encore été pleinement explorées.Dans cette thèse, nous montrons que le dynamisme est une préoccupation transversale qui rompt avec un grand nombre d’hypothèses que les développeurs d’applications classiques sont autorisés à prendre. Le dynamisme affecte profondément la conception et développement de logiciels. S'il n'est pas manipulé correctement, le dynamisme peut « silencieusement » corrompre l'application. De plus, l'écriture d'applications dynamiques est complexe et sujette à erreur. Et compte tenu du niveau de complexité et de l’impact du dynamisme sur le processus du développement, le logiciel ne peut pas devenir dynamique sans (de large) modification et le dynamisme ne peut pas être totalement transparent (bien que beaucoup de celui-ci peut souvent être externalisées ou automatisées).Ce travail a pour but d’offrir à l’architecte logiciel le contrôle sur le niveau, la nature et la granularité du dynamisme qui est nécessaire dans les applications dynamiques. Cela permet aux architectes et aux développeurs de choisir les zones de l'application où les efforts de programmation des composants dynamiques seront investis, en évitant le coût et la complexité de rendre tous les composants dynamiques. L'idée est de permettre aux architectes de déterminer l'équilibre entre les efforts à fournir et le niveau de dynamisme requis pour les besoins de l'application. / Current areas of research, such as ubiquitous and cloud computing, consider execution environments to be in a constant state of change. Dynamic applications—where components can be added, removed and substituted during execution—allow software to adapt and adjust to changing environments, and to accommodate evolving features. Unfortunately, dynamic applications raise design and development issues that have yet to be fully addressed. In this dissertation we show that dynamism is a crosscutting concern that breaks many of the assumptions that developers are otherwise allowed to make in classic applications. Dynamism deeply impacts software design and development. If not handled correctly, dynamism can silently corrupt the application. Furthermore, writing dynamic applications is complex and error-prone, and given the level of complexity and the impact dynamism has on the development process, software cannot become dynamic without (extensive) modification and dynamism cannot be entirely transparent (although much of it may often be externalized or automated). This work focuses on giving the software architect control over the level, the nature and the granularity of dynamism that is required in dynamic applications. This allows architects and developers to choose where the efforts of programming dynamic components are best spent, avoiding the cost and complexity of making all components dynamic. The idea is to allow architects to determine the balance between the efforts spent and the level of dynamism required for the application's needs. At design-time we perform an impact analysis using the architect's requirements for dynamism. This serves to identify components that can be corrupted by dynamism and to—at the architect's disposition—render selected components resilient to dynamism. The application becomes a well-defined mix of dynamic areas, where components are expected to change at runtime, and static areas that are protected from dynamism and where programming is simpler and less restrictive. At runtime, our framework ensures the application remains consistent—even after unexpected dynamic events—by computing and removing potentially corrupt components. The framework attempts to recover quickly from dynamism and to minimize the impact of dynamism on the application. Our work builds on recent Software Engineering and Middleware technologies—namely, OSGi, iPOJO and APAM—that provide basic mechanisms to handle dynamism, such as dependency injection, late-binding, service availability notifications, deployment, lifecycle and dependency management. Our approach, implemented in the Robusta prototype, extends and complements these technologies by providing design and development-time support, and enforcing application execution consistency in the face of dynamism.

Les suspensions colloïdales ont été étudiées par simulations numériques à partir de deux modèles : la dynamique Brownienne (BD) et la SRD-MD (Stochastic Rotation Dynamics - Molecular Dynamics). Ces études ont consisté à reprendre des travaux existants pour les porter sur GPU, tout en cherchant différentes optimisations possibles adaptées à ces simulations. Une amélioration de la recherche de voisinage de la littérature a pu être utilisée pour toutes ces simulations de type BD. Une simulation de SRD-MD avec couplage de force qui n'avait pas encore été parallélisée sur GPU dans la littérature, a été implémentée en utilisant un nouveau schéma de décomposition adapté à cette simulation, améliorant considérablement les performances. Ces simulations ont pu donner lieu par la suite à des études sur des suspensions colloïdales plus complexes : une hétéroagrégation entre deux suspensions avec des particules de même taille, une hétéroagrégation entre deux populations de colloïdes de tailles très différentes, et en dehors des suspensions colloïdales, une simulation de nanoalliages. Enfin, le modèle de SRD a été adapté afin d'être utilisé dans le cadre d'animation physique de fluide réaliste dans le contexte de l'informatique graphique. Des adaptations du modèle pour y incorporer des notions comme la gestion de la compressibilité, de la tension de surface ont dues être apportées. Des premiers résultats ont pu permettre de réaliser quelques simulations, dont une chute d'eau dans une verre. / Colloïdal suspensions have been studied by means of numerical simulation, using two physical models : Brownian dynamics and Stochastic Rotation Dynamics - Molecular Dynamics. These studies consist in parallizing colloïdal simulations from previous studies on GPU, and find some new optimisations for these specific simulations. An improvement of the neigborhood search has been implemented in all our BD type simulations. A SRD-MD with force coupling have been implemented for the first time in the literature, using a new decomposition scheme, which improves significantly its performances. Then, theses simulations have been adapted to study more complex colloidal suspensions : an interfacial heteroaggregation of colloidal suspensions, a heteroaggregation between two types of particles with a large size ratio, and outside this context, a nanoalloy simulation. Finally, the SRD model has been adapted to realistic fluid animtion from computer science context. Theses adaptations require to add to SRD model, the notion of compressibility and surface tension. First results have been released, like a pouring water into a glass simulation.

Les systèmes naturels ont montré l'intérêt de la multiplication des interactions pour une cible, permettant d'améliorer l'affinité et de moduler la spécificité de reconnaissance. Il est ainsi important pour des applications biologiques de concevoir des systèmes multivalents et biocompatibles. Le travail entreprit au cours de ce doctorat porte sur le développement de nouvelles méthodologies pour accéder à des systèmes multivalents originaux.Ainsi, nous avons conçu, par synthèse multi-étapes, une nouvelle plate-forme fonctionnalisée, basée sur un châssis α-PNA pour la reconnaissance multivalente d'oligonucléotides. Ce nouveau système peut potentiellement être impliqué dans la reconnaissance sélective multipoint d'ADN.En parallèle, nous avons préparé des clusters multivalents d'iminosucres sur des châssis peptidiques, construits à partir de ligations click sans métaux, pour l'inhibition enzymatique de glycosidases. En effet, des systèmes multivalents ont été récemment développés en tant qu'inhibiteurs de glycosidases. Cependant, leur méthodologie de synthèse repose quasiment exclusivement sur la ligation azoture-alcyne catalysée au cuivre, ce qui limite son application biologique en raison de sa toxicité. Nos travaux ont ainsi conduit à l'identification d'inhibiteurs efficaces d'α-mannosidases par une approche synthétique sans métaux.Dans le contexte de la vectorisation d'oligonucléotides, il existe un besoin de concevoir des systèmes dynamiques qui permettent un relargage contrôlé. Nous avons appliqué une stratégie d'auto-assemblage, par ligation click de type acylhydrazone, pour la génération in situ de clusters biomoléculaires à partir de châssis peptidiques et de ligands d'acides aminés modifiés. Etant donné le caractère dynamique de la ligation qui confère une adaptabilité au système, nous avons démontré que a) la présence d'une cible permet d'assister la formation des clusters par sélection de certains composants et b) l'ADN peut être relargué par échange de ligands. Cette technique efficace et rapide d'auto-assemblage de fragments a ensuite permis de réaliser un criblage pour sonder l'effet de l'architecture et de la valence sur la complexation. Ce projet a finalement conduit à l'identification de vecteurs efficace pour la transfection de siARN sur cellules.Enfin, dans un dernier projet, nous avons exploité diverses techniques orthogonales et chimiosélectives de ligations click dans le but de générer des nanostructures peptidiques. Deux cages ont ainsi été obtenues par la formation de ligations acylhydrazones et thiol-maléimides selon une approche one-pot.En résumé, ces travaux d'ingénierie et d'auto-assemblage de systèmes biomoléculaires multivalent ont permis le développement de méthodes innovantes pour répondre à des besoins d'actualité et permettre la construction de systèmes multivalents destinés à la reconnaissance d'oligonucléotides, la vectorisation et l'inhibition enzymatique. / Natural systems are inspiring in showing that the combination of multiple interactions enables improvement in binding affinity and selectivity for a target. Thus, the design of synthetic and biocompatible multivalent systems is of great importance for biological applications. The work described in this PhD thesis aims at developing novel methodologies for generating functional multivalent systems.In order to engineer multivalent systems for the recognition of oligonucleotides, we elaborated a multi-step synthesis of functionalized α-PNA scaffolds bearing side-groups. This new scaffold can potentially serve for the multi-point sequence-selective recognition of DNA.Multivalent nanoconstructs are emerging tools for enzyme inhibition. In this context, we prepared multivalent clusters of iminosugars – by metal-free click ligations on peptide scaffolds – as candidates for glycosidases inhibition. Although such enzyme inhibitors based on iminosugar clusters were recently reported, their synthesis relies almost exclusively on copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition, which notorious toxicity represents a serious limitation for biological applications. Our approach demonstrates that iminosugar clusters can be prepared in a metal-free fashion and exhibit strong multivalent effects for the inhibition of α-mannosidases. Multivalent biomolecular systems are also candidates for gene delivery application. In this context, the design of dynamic systems is of interest for achieving controlled release. We implemented a self-assembly strategy, using the acylhydrazone click ligation, for the in situ generation of biomolecular clusters starting from peptide scaffolds and modified amino acids building blocks. We showed that, whereas both compounds are ineffective for DNA complexation, the mixed system spontaneously expresses cationic clusters that effectively complex DNA. We further demonstrated that, given the dynamic character of the acylhydrazone ligation, the system is able to a) adapt to the presence of the DNA target by selecting the optimal building blocks for the cluster self-assembly, and b) trigger DNA release by component exchange. This modular and versatile self-assembly approach was further exploited to perform a fragments screening varying molecular structure and valency. Thereby, we identified new and effective vectors for the transfection of siRNA in living cells.The last project described in this manuscript deals with the generation of cage-type peptide nanoconstructs by using a set of orthogonal and chemoselective click ligations. Two cages, based on acylhydrazone ligation on one side and thiol-maleimide on the other, were obtained successfully in one-pot.In summary, this work has led to the development of novel methodologies for the engineering and self-assembly of multivalent biomolecular nanoconstructs for diverse biological applications such as oligonucleotide recognition, delivery and enzyme inhibition.