Nous présentons, ici, l'adaptation d'un procédé technologique de dépôt de par jet de matière, communément appelé jet d'encre, pour la réalisation de profil de phase sur un verre pixellisé. L'étude des phénomènes complexes, mis en jeu dans le procédé jet d'encre, nous a permis d'identifier et de comprendre les interactions fortes entre les propriétés physico-chimiques des liquides fonctionnels et les contraintes technologiques des têtes d'impression. Ainsi, le contrôle des paramètres d'impression nous a permis d'optimiser la formation des gouttes éjectées. Dans un second temps, l'étude des problématiques de remplissage des microstructures pixellisées a été abordée. Différentes stratégies d'impression ont été proposées pour limiter l'impact des défauts d'impression rencontrés. Un procédé informatique de tramage a ensuite été développé, pour définir un profil de phase et gérer spatialement la volumétrie des dépôts. Les étapes de scellement et de planarisation des films microstructurés remplis ont également été abordées ainsi que les difficultés liées à leur mise en oeuvre. Enfin, un exemple de réalisation d'une lentille de Fresnel plane par procédé jet d'encre et sa caractérisation optique ont été détaillées, montrant ainsi le travail de développement réalisé lors de la thèse. / The adaptation of a technological material deposition process, named inkjet printing, is presented, here, in order to realize refractive index profiles for the pixellisation of corrective lenses. The study of the complex phenomena, involved in inkjet process, has enabled us to identify and understand the strong interactions between the physico-chemical properties of functional liquids and the technological constraints of printheads. This work allowed us to control printing parameters and optimize the drop formation process. Secondly, the study of problems related to the filling of microstructures has been approached. Various printing strategies have been proposed to limit the impact of printing errors encountered and a software has been developed for the project, allowing to define a refractive index profile and manage spatially the ejected volumes. Then, the sealing and the "planarization" processes of the filled microstructured films have been illustrated and the difficulties connected to their implementation were detailed. Finally, an example of optical microdevice was presented. Thus, the realization by inkjet printing process and the optical characterization of a flat Fresnel lens were detailed to illustrate the development realized during these works.

Un des défis les plus pressants offerts aux écologistes des communautés actuellement consiste à prédire la réponse des assemblages d'espèces au changement environnemental global. Les études départageant la contribution de la variation observée à l'intérieur des espèces et entre les espèces à la variation fonctionnelle observée entre les communautés le long de gradients environnementaux spatiaux sont particulièrement utiles à cette fin. Elles permettent en effet d'évaluer la part que l'adaptation locale et la plasticité phénotypique (variation intraspécifique), en plus du renouvellement en espèces (variation interspécifique), pourraient jouer dans la médiation des changements environnementaux par les communautés végétales. Ce mémoire vise à évaluer la contribution de la variation intraspécifique au renouvellement en traits entre des communautés végétales le long d'un flanc de montagne, ainsi que les contextes environnementaux et écologiques dans lesquels une plus grande ou plus faible contribution de cette variation intraspécifique pourrait être attendue. Pour ce faire, j’ai quantifié la variation dans trois traits fonctionnels distincts (phénologie florale, surface foliaire spécifique et hauteur) entre, et à l'intérieur de 51 espèces végétales herbacées de sous-bois distribuées entre des communautés couvrant une transition de la forêt de feuillus à la forêt boréale (Parc national du Mont-Mégantic, Qc). Je présente également un nouveau cadre conceptuel établissant des hypothèses et prédictions sur les contextes environnementaux et écologiques pouvant déterminer la magnitude de la contribution de la variation intraspécifique à l'association trait-environnement entre les communautés végétales, que je teste à l'aide de ce jeu de données. Je rapporte que l'importance relative de la variation intraspécifique au renouvellement fonctionnel entre les communautés est dépendante de l'axe environnemental considéré, étant la plus forte le long d'axes non-climatiques, soit l'ouverture de la canopée et l'acidité du sol. Cette contribution est également déterminée de façon importante par la structure des réponses des espèces au gradient, en particulier par la direction et la magnitude de la variation intraspécifique dans l'espèce la plus abondante, la cohérence dans la direction de la réponse fonctionnelle des espèces à la variation environnementale et les patrons d'association trait-abondance à l'intérieur des espèces. Mon étude souligne l'importance de considérer les patrons sous-jacents à la contribution de la variation intraspécifique dans l'évaluation des sources de l'association trait-environnement entre les communautés végétales et propose des bases empiriques fortes pour améliorer les prédictions des réponses phénologique et végétative des communautés au changement environnemental global.

À travers ce document, je vous présente ici la synthèse de mes années d’études doctorales. Le sujet de cette étude est la conception, synthèse et caractérisation d’élastomères supramoléculaires dont les propriétés mécaniques de certains sont photo-modulables. Nous allons parler des interactions non covalentes et de leurs utilités dans le développement des élastomères thermoplastiques (ETP) et photosensibles. Après une introduction assez générale sur la chimie supramoléculaire et les élastomères, de manière plus précise, le premier chapitre est consacré à la conception et synthèse d’édifices supramoléculaires en forme de bâtonnets et de leurs utilisations dans le développement de nouveaux matériaux élastomériques. Dans ce chapitre, nous avons démontré l’importance des ponts H comme force de réticulation. Cela a été rendu possible en synthétisant deux copolymères distincts. Le premier, en incorporant des motifs téréphtalates dans des chaines acryliques (PnBA). Le copolymère ainsi obtenu n’étant pas à mesure de former des assemblés par ponts H, nous avons procédé à la synthèse du deuxième copolymère. Ce dernier est composé de chaines acryliques (PnBA) et des motifs de téréphtalamides. Ces amides aromatiques ayant la capacité de former des ponts H, ont permis l’obtention d’un film polymérique ayant des propriétés mécaniques plus intéressantes que celle du premier copolymère. Dans cette même veine nous avons introduit des triamides aromatiques en vue de renforcer la réticulation supramoléculaire des copolymères. Au chapitre deux, toujours dans l’optique du renforcement des points de réticulation, le concept de photo-réticulation réversible est abordé. Il s’agit en fait des liens covalents photo-réversibles. Pour ce faire nous avons utilisé la molécule de coumarine. Cette dernière est capable de faire des réactions de dimérisations photo-réversibles une fois exposée à certaines longueurs d’ondes. De ce fait, son introduction dans les chaines acryliques nous a permis d’avoir des élastomères dont les propriétés mécaniques sont photo-modulables. L’étude de cette réticulation beaucoup plus forte que les réticulations supramoléculaires sera une partie importante de cette partie de la thèse. Au dernier chapitre, le troisième, nous nous pencherons sur la conception et la synthèse menant à des nanotubes peptidiques. Ces derniers étant constitués de macrolactames avec de nombreux sites de formation de ponts H seraient des candidats idéals pour l’obtention d’élastomères supramoléculaires avec des points de réticulation beaucoup plus renforcés. Ce chapitre porte essentiellement sur les différentes tentatives de synthèse de ces peptides cycliques. L’utilisation des nanotubes dans le développement de nouveaux matériaux fonctionnels est une des choses que ce chapitre aborde avec grand intérêt.

Les systèmes pédagogiques sont apparus récemment à propos des calculs propositionnels (jusqu'à l'ordre supérieur), et consistent à donner systématiquement des exemples des notions (hypothèses) introduites. Formellement, cela signifie que pour mettre un ensemble Delta de formules en hypothèse, il est requis de donner une substitution sigma telle que les instances de formules sigma(Delta) soient démontrables. Cette nécessité d'exemplification ayant été pointée du doigt par Poincaré (1913) comme relevant du bon sens: une définition d'un objet par postulat n'ayant d'intérêt que si un tel objet peut être construit. Cette restriction appliquée à des systèmes formels intuitionnistes rejoint l'idée des mathématiques sans négation défendues par Griss (1946) au milieu du siècle dernier, et présentées comme une version radicale de l'intuitionnisme. À travers l'isomorphisme de Curry-Howard (1980), la contrepartie calculatoire est l'utilité des programmes définis dans les systèmes fonctionnels correspondant: toute fonction peut être appliquée à un argument clos. Les premiers résultats concernant les calculs propositionnels jusqu'au second ordre ont été publiés récemment par Colson et Michel (2007, 2008, 2009). Nous exposons dans ce rapport une tentative d'uniformisation et d'extension au Calcul des Constructions (CC) des précédents résultats. Tout d'abord une définition formelle et précise de sous-système pédagogique du Calcul des Constructions est introduite, puis différents tels sous-systèmes sont déclinés en exemple / Pedagogical formal systems have appeared recently for propositional calculus (up to the higher order), and it consists of systematically give examples of introduced notions (hypotheses). Formally, it means that to use a set Delta of formulas as hypotheses, one must first give a substitution sigma such that all the instances of formulas sigma(Delta) can be proved. This neccesity of giving examples has been pointed out by Poincaré (1913) as a common-sense practice: a definition of an object by means of assumptions has interest only if such an object can be constructed. This restriction applied to intuitionistic formal systems is consistent with the idea of negationless mathematics advocated by Griss (1946) in the middle of the past century, and shown as a more radical view of intuitionism. Through the Curry-Howard isomorphism (1980), the computational counterpart is the utility of programs defined in the associated functional systems: every function can be applied to a closed value. First results concerning propositional calculi up to the second-order has recently been published by Colson and Michel (2007, 2008, 2009). In this thesis we present an attempt to standardize and to extend to the Calculus of Constructions (CC) those previous results. First a formal and precise definition of pedagogical sub-systems of the Calculus of Constructions is introduced, and different such sub-systems are exhibited as examples

Ce travail s’inscrit au sein du projet régional de recherche BEMA (Bois Eco Matériaux Aquitaine) qui allie partenaires universitaires et industriels afin de valoriser, à travers la filière panneaux de particules, des ressources abondantes en Aquitaine : le maïs et le Pin Maritime. L’objectif de cette thèse est de greffer de manière covalente des chaînes de polymère à la surface de fibres de bois afin de modifier leur état de surface et de favoriser leur comptabilisation avec un liant naturel et/ou synthétique. Pour atteindre cet objectif, nous avons choisi d’utiliser une technique de polymérisation particulière, la polymérisation radicalaire contrôlée. Le contexte scientifique international du début de la thèse montre la faisabilité du projet de par la réalisation de plusieurs études sur de la cellulose modèle de type papier filtre. Le défi de cette thèse consiste à transposer ce mécanisme sur des fibres de bois brutes afin de leur conférer de nouvelles propriétés (résistance à l’eau, caractère fongicide, meilleure comptabilisation…). Afin d’atteindre l’objectif énoncé ci-dessus, nous avons développé plusieurs aspects de la chimie des polymères en mettant en oeuvre différentes techniques de synthèse (RAFT, NMP) mais aussi de caractérisation adaptées à la présence de fibres de bois brutes (Mesure d’angle de contact, TGA, XPS). Enfin, nous avons valorisé la présence de polymères fonctionnels en insérant à la surface des fibres de bois des nanoparticules d’oxyde de silice ou de métaux de manière contrôlée. / This work is part of the regional research project BEMA (Bois Eco Matériaux Aquitaine) which combines academic and industrial partners to develop, through the wood pannel industry, abundant resources in Aquitaine: corn and Maritime Pine. The objective of this thesis is to covalently graft polymer chains on the surface of wood fibers in order to modify their surface properties and to facilitate their compatibilization with natural and/or synthetic binders. To achieve this goal, we chose to use a special polymerization technique, the controlled radical polymerization. The international scientific context of the beginning of the thesis shows the feasibility of the project through several studies carried out on model cellulose, such as filter paper. The challenge of this thesis is to implement this mechanism on raw wood fibers to give them new properties (water resistance, fungicidal character, best compatibilization ...). To achieve the objective stated above, we investigated several polymer synthetic pathways (RAFT, NMP) but also characterization techniques (Contact angle measurements, TGA, XPS) suitable with the presence of raw wood fibers. What’s more, we have valued the presence of functional polymers by inserting at the wood fibers surface oxide nanoparticles of silica or metal in a controlled manner.

Le déclin actuel de la biodiversité a poussé un grand nombre d’études à s’intéresser aux relations entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. La diversité intraspécifique est une facette centrale de la biodiversité qui permet aux espèces de s’adapter aux variations environnementales et dont l’importance écologique est de plus en plus examinée. A l’aide d’une méta-analyse synthétisant des données sur plusieurs espèces et écosystèmes, nous avons démontré qu’un changement de la diversité intraspécifique peut avoir des conséquences écologiques aussi fortes qu’un changement de la diversité spécifique. Ensuite, au travers d’études empiriques nous avons étudié la diversité fonctionnelle et trophique de populations sauvages de vairons (Phoxinus phoxinus), une espèce de poisson abondante en rivière. Une forte variabilité fonctionnelle et trophique a été montrée entre populations de vairons. Cette diversité était structurée de manière complexe du fait de l’action jointe des conditions environnementales, de facteurs évolutifs et des multiples liens existants entre les traits et la niche trophique. Par ailleurs, nous avons montré expérimentalement que les différences fonctionnelles entre populations de vairons pouvaient engendrer des conséquences écologiques aussi fortes qu’une augmentation de la température. De plus, des populations plus diversifiées génétiquement soutenaient des diversités spécifiques élevées puis augmentaient l’intensité des processus écosystémiques. Ces travaux mettent en évidence que la diversité intraspécifique est une composante essentielle de la biodiversité qui doit être considérée comme un facteur majeur affectant la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes

La préservation de propriétés établies sur le programme source jusqu'au code exécutable est un point important dans les méthodes formelles. Cette propriété de préservation est établie par la vérification formelle du proccessus de compilation. Un compilateur est formellement vérifié s'il est accompagné d'une preuve de préservation sémantique : "si la compilation réussit, le code compilé se comporte comme le code source le prédit." Le projet CompCert étudie la vérification formelle de compilateurs réalistes utilisable dans l'embarqué-critique. Il s'agit de développer et formellement vérifier de tels compilateur via l'assistant de preuve Coq. Un compilateur pour le langage C vers l'assembleur PowerPC a déjà ainsi été produit. Le code exécutable du compilateur a été obtenu en deux étapes non vérifiés : la génération automatique de code Ocaml par le mécanisme d'extration de Coq et la compilation du de ce code extrait par le système Objective Caml. En fait, cette lacune est commune à tous les développements spécifiés dans l'assistant de preuve Coq et destinés à produire un éxécutable. Cette thèse décrit l'étude, le développement et la vérification formelle, dans l'assistant de preuve Coq, d'un compilateur pour le fragment purement fonctionnel du langage ML : le langage cible du mécanisme d'extraction de Coq. Concrètement, il s'git d'une chaîne de compilation en amont pour mini-ML (lambda calcul, let, letrec et filtrage) vers le premier langage intermédiaire de la chaîne de compilation en aval du compilateur CompCert. Ce langage, Cminor, est un langage de bas niveau à la C. L'expressivité du langage source traité rend ce compilateur réaliste. Il comporte aussi des optimisations classiques propre à la compilation de langages fonctionnels : la décurryfication, comme celle implémentée dans le compilateur OCaml ; la représentation uniforme des données, explicitation des fermetures, numérotation des constructeurs et une mise en style par passage de continuation (CPS) optimisée. Le point fort de ce compilateur et que, comme les compilateurs modernes pour langage de haut niveau, il peut interagir avec un gestionnaire de mémoire automatique. Cette interaction a aussi été formellement vérifiée.

Dans le cadre de la diversification des sources énergétiques, les piles à combustible apparaissent comme une technologie prometteuse. La pile à combustible est un système électrochimique qui convertit l'énergie chimique d'une réaction d'oxydoréduction en énergie électrique, avec production simultanée d'eau et de chaleur. La membrane électrolyte polymère est l'un des verrous technologiques sur lesquels bute le développement des piles à combustible, avec des impératifs de performance, de longévité, de recyclage et de coût. Des études précédentes proposaient comme alternative au Nafion®, le matériau utilisé actuellement, des membranes à base d'un polyélectrolyte thermoplastique polyéthersulfone, associé éventuellement à une charge inorganique. L'objectif de ce travail était d'élaborer à partir de ce matériau des membranes par extrusion alors que les polymères fonctionnels de ce type sont généralement mis en forme par des techniques de coulée-évaporation polluantes, ce qui les rend difficilement transposables à l'échelle industrielle. L'extrusion, procédé largement utilisé dans l'industrie de transformation des matériaux, n'avait pas été utilisée jusqu'à présent pour la mise en forme de polymères ioniques porteurs de fonctions arylsulfoniques. Pour extruder ce type de polymère sans risque de dégradation, il a fallu vérifier l'adéquation entre le matériau et le procédé de mise en forme. Plusieurs types de polysulfones, commerciaux, sulfonés ou synthétisés par les partenaires du projet, ont été caractérisés d'un point de vue physico-chimique par la détermination des masses molaires, des transitions thermiques, et d'un point de vue rhéométrique sur une large gamme de températures et de gradients de cisaillement, de manière à connaître leur comportement en écoulement et prévoir les conditions d'extrusion. Des films ont été extrudés, leurs conductivités sont similaires à celles des membranes élaborées par coulée-évaporation et proches de celle du Nafion®. Par ailleurs, nous avons montré que l'incorporation d'une charge conductrice protonique permet de moins sulfoner le polysulfone pour un même niveau de conductivité, tout en maintenant un niveau de viscosité suffisamment faible pour permettre d'extruder ces matériaux composites. L'incorporation de charges de renfort a été également envisagée, l'extrusion de ces composites a été validée. Ce travail pourra être étendu à d'autres polymères conducteurs protoniques, comme les polyétheréthercétones et les polyétherimides, dont les membranes réalisées par coulée-évaporation ont déjà démontré leurs performances en pile à combustible.

Mes travaux de thèse s'articulaient autour de la validation de modèles et de programmes. En ce sens, les modèles sont validés par animation, de manière à s'assurer qu'ils décrivent le bon comportement du système qu'ils représentent. Il s'agit d'un processus semi-automatique, car l'utilisateur sélectionne les actions du système à exécuter et effectue la comparaison entre les descriptions informelles données dans le cahier des charges et les résultats produits par le modèle. Un modèle validé est ensuite utilisé dans l'objectif de produire des cas de tests fonctionnels destinés à être joués sur une implantation ou un système sous test. Le modèle formel est ainsi utilisé à deux niveaux : d'une part, il permet de calculer de manière automatique les suites de tests, et, d'autre part, il sert d'oracle pour établir le verdict du test.<br />Au cours de ces travaux, nous nous sommes intéressés à la validation de programmes Java par l'intermédiaire de son langage de modélisation associé, nommé JML. Suite aux expériences et aux savoirs-faire accumulés au sein de l'équipe Techniques Formelles et à Contraintes du Laboratoire d'Informatique de Franche-Comté, nous avons choisi d'appliquer une représentation logico-ensembliste des modèles JML, reposant sur des solveurs de contraintes pour gérer les valeurs des variables des modèles objets que nous traitons. A partir de cette représentation symbolique, nous avons exprimé l'animation symbolique d'un modèle objet basé sur la sémantique de Java, utilisant les descriptions formelles contenues dans les pré- et postconditions des spécifications des méthodes.<br />Nous nous sommes ensuite appuyés sur la définition symbolique des états du système objet pour extraire des cibles de tests, liées aux comportements issus des méthodes, définies par un prédicat obtenu par conjonction de la condition d'activation du comportement et de la mise aux limites des attributs des objets du système et des paramètres de la méthode sous test. L'animation symbolique du modèle entre en jeu pour la construction des cas de tests. Un algorithme de parcours de l'espace d'états effectue la recherche d'un chemin d'exécution menant à la cible. Les cas de tests sont ensuite concrétisés pour produire un pilote de test Java. Une étude de cas a été menée sur une modélisation fonctionnelle d'un porte-monnaie électronique.<br />Ces travaux ont été implantés dans un prototype, nommé JML-Testing-Tools, qui permet l'animation symbolique d'un modèle JML et la génération de cas de tests pour l'implantation Java qui lui est associée. Ce prototype est composé d'un compilateur traduisant une spécification JML et des signatures de classes Java dans un format logico-ensembliste. Le modèle décrit dans ce format est ensuite animé par un interpréteur rétablissant la sémantique opérationnelle du Java/JML.

PRATIQUE DES LANGAGES FONCTIONNELS TYPES Dans l'approche conception on s'intéresse à l'évolution de la compilation de ML en l'illustrant par la description de deux compilateurs : CeML un compilateur de ML vers C et OCamil un compilateur d'O'CAML vers .net. On montre ensuite les capacités d'extensions (parallèle et objet) au niveau des constructions du langage ML. Cela autorise de le choisir comme langage cible de compilation pour d'autres langages. Les capacités d'interopérer entre ML d'autres langages sont alors explorées pour plusieurs plates-formes d'exécution en conservant la sûreté du typage statique. Dans l'approche développement d'applications on s'intéresse aux outils de développement de l'édition structurée à la mise au point et à l'intégration de ces outils dans une même interface. On discute ensuite sur la formation du programmeur en montrant le cadre confortable du typage statique et l'intérêt de comprendre le modèle fonctionnel avant d'aborder le modèle objet. Le déploiement d'application est illustré par plusieurs applications embarquant un compilateur ML en tant que composant de l'application.