De part sa nature multi-physique, un pyromécanisme est un système complexe à modéliser et sa simulation nécessite la mise en oeuvre de plusieurs ressources de calcul spécifiques couplées. Le but de ce travail est de fournir un outil numérique capable de modéliser un pyromécanisme et de simuler son fonctionnement en intégrant les interfaces nécessaires au pilotage des différentes ressources de calcul. La faisabilité d'un tel outil est illustrée pour un pyromécanisme spécifique : l'enrouleur pyrotechnique de ceinture. La conception de l'outil numérique proposé est basée sur l'approche Orienté Objet (OO) pour modéliser la structure technologique du pyromécanisme et l'interfaçage avec les ressources de calcul externes. Le modèle OO technologique est construit par héritage des modèles Core Product Model (CPM) et Open Assembly Model (OAM) développés au NIST (National Institute of Standards and Technology). Grâce aux modèles CPM-OAM, un système mécanique peut être décrit comme une hiérarchie d'assemblages et de pièces, reliés par des liaisons cinématiques. La simulation complète du pyromécanisme enrouleur de ceinture requiert des ressources de calcul spécifiques : Un module simulant le fonctionnement du générateur de gaz de l'enrouleur a été développé, implémenté sous Scilab. Ce module calcule la pression exercée par le générateur de gaz sur la chaîne cinématique chargée de transmettre le mouvement jusqu'à la bobine enroulant la ceinture. L'une d'une bibliothèque C++ de calcul dynamique de solides rigides existante, Chrono::Engine, permet la simulation de la chaîne cinématique soumise à cette pression. L'outil numérique fournit l'ensemble des paramètres nécessaires aux ressources de calcul et pilote la co-simulation entre ces ressources (programme Scilab de combustion et calcul mécanique Chrono::Engine). L'identification des paramètres des modèles mis en oeuvre nécessite de caractériser expérimentalement le comportement des sous-systèmes, comme le générateur de gaz, et des composants déformables (barre de torsion intégrée dans la chaîne cinématique et ceinture de sécurité). Des dispos tifs d'essais conçus spécifiquement permettent l'identification le comportement de ces composants, soumis à des sollicitations dynamiques. La validation du démonstrateur réalisé en C++ est basée sur la comparaison des résultats des simulations avec les résultats d'essais expérimentaux du système entier l'enrouleur de ceinture. / The simulation of a pyromechanism is a complex task because of its multi-physics intrinsic nature. Consequently, various computing resources are needed to simulate each physical aspect. The goal of this project is to provide a numerical tool able to model a pyromechanism and to interface the different computing resources in order to simulate an equipment. Feasibility of such a tool is illustrated with a specific pyromechanism : pyrotechnic belt retractor. The design of the numerical tool is based on an Object Oriented Approach (OOA) to model both the technological aspects of the pyromechanism and the interfaces with computing resources. The technological OO model is based on “Core Product Model” (CPM) and on “Open Assembly Model” (OAM) of the NIST (National Institute of Standards and Technology). Thanks to CPM-OAM model, any mechanism can be described as a hierarchy of assemblies and parts, linked by associations (connections, kinematic link,...). The full simulation of the pyromechanism requires external computing resources: - a model for simulating a gas generator implemented under Scilab. It computes the pressure produced by the gas generator, coupled with displacement of the mechanical load. - a C++ library for mechanical simulation of rigid bodies : ChronoEngine the response of the mechanical system computed kinematic response under pressure from gas generator. The resulting software provides all parameters needed by these external computing resources and drives the ballistic and mechanical co-simulation. Parameter identifications of models ask for experimental characterization of sub-system, as gas generator and deformable part (torsion bar and safety belt). Experimental devices has been developed for identifying behavioral law under dynamic load. Validation of demonstrator, written in C++, is based on comparison between simulation results and experimental results of the pyrotechnic retractor.

La locomotion se définit par des mouvements répétés et coordonnés des membres droits et gauches et des muscles antagonistes d’une même articulation. L’activité locomotrice des rongeurs est générée par des groupes de neurones localisés dans la partie antérieure de l’élargissement lombaire; ce réseau de cellules est appelé Central Pattern Generator (CPG). Au cours de cette thèse, les études entreprises chez le rat nouveau-né ont eu pour but d’étudier les mécanismes cellulaires impliqués dans la genèse du rythme locomoteur. Le courant sodique persistant (INaP) joue un rôle important dans la genèse d’activités rythmiques de plusieurs structures supraspinales et notamment celles impliquées dans la mastication et la respiration. Curieusement, son existence et son implication dans la genèse d’activités rythmiques dans les structures du CPG locomoteur spinal n’ont jamais été abordées. A l’aide d’études électrophysiologiques, la thèse démontre l’existence de INaP et le caractérise pour la première fois au sein du CPG locomoteur. Ce courant est indispensable à la genèse du rythme locomoteur et joue un rôle fondamental dans l’émergence d’activités pacemakers au sein du CPG. Ces activités pacemakers émergent dans un contexte physiologique où des fluctuations dans la composition ionique du milieu extracellulaire interviennent au cours d’une activité locomotrice. L’ensemble de ces données suggère que le « cœur » du générateur de rythme pourrait être composé d’interneurones présentant une activité pacemaker dépendante de INaP dont la modulation pourrait être un élément fondamental à la fois dans le déclenchement et la modulation de l’activité locomotrice. / Identification of the cellular mechanisms underlying the generation of the locomotor rhythm is of longstanding interest to physiologists. Hindlimb locomotor movements are generated by lumbar neuronal networks, referred to as central pattern generators (CPG). Although rhythm generation mechanisms within the CNS can vary, the activation of a subthreshold depolarizing conductance is always needed to start the firing of individual neurons. Among various subthreshold membrane conductances, the persistent sodium current (INaP) is involved in rhythmic activity of numerous supraspinal neurons such as those involved in the generation of masticatory and respiratory rhythm. The thesis was aimed at identifying and characterizing INaP in the neonatal rodent locomotor CPG, determining its importance in shaping neuronal firing properties and its role in the operation of the locomotor circuitry. Using electrophysiological studies the thesis has characterized INaP for the first time in the locomotor CPG. This current is essential to the generation of the locomotor rhythm and plays a fundamental role in the emergence of pacemaker activity within the CPG. These pacemaker activities emerge in a physiological context in which fluctuations in the ionic composition of the extracellular environment occur during locomotion. This study provides evidence that INaP generates pacemaker activities in CPG interneurons and new insights into the operation of the locomotor network with a critical implication of INaP in stabilizing the locomotor pattern.

La génération aléatoire d'objets combinatoires est un problème qui se pose dans de nombreux domaines de recherche (réseaux de communications, physique statistique, informatique théorique, combinatoire, etc.). Couramment, la distribution des échantillons est définie comme la distribution stationnaire d'une chaîne de Markov ergodique. En 1996, Propp et Wilson ont proposé un algorithme permettant l'échantillonnage sans biais de la distribution stationnaire. Ce dernier appelé aussi algorithme de simulation parfaite, requiert la simulation en parallèle de tous les états possibles de la chaîne. Plusieurs stratégies ont été mises en œuvre afin de ne pas avoir à simuler toutes les trajectoires. Elles sont intrinsèquement liées à la structure de la chaîne considérée et reposent essentiellement sur la propriété de monotonie, la construction de processus bornants qui exploitent la structure de treillis de l'espace d'états ou le caractère local des transitions. Dans le domaine des réseaux de communications, on s'intéresse aux performances des réseaux de files d'attente. Ces derniers se distinguent en deux groupes : ceux dont la distribution stationnaire possède une forme produit qui est facile à évaluer par le calcul et les autres. Pour ce dernier groupe, on utilise la génération aléatoire pour l'évaluation de performances. De par la structure des chaînes qui leurs sont associées, les réseaux ouverts de files d'attente se prêtent bien à la simulation via l'algorithme de simulation parfaite mais pas les réseaux fermés. La difficulté réside dans la taille de l'espace des états qui est exponentielle en le nombre de files à laquelle s'ajoute une contrainte globale à savoir le nombre constant de clients. La contribution principale de cette thèse est une nouvelle structure de données appelée diagramme. Cette structure est inspirée de la programmation dynamique et introduit une nouvelle technique de construction de processus bornant. La première partie du manuscrit est consacrée à la mise en œuvre de l'algorithme de Propp et Wilson pour des réseaux fermés n'étant pas nécessairement à forme produit. La représentation des états par un diagramme et l'opération de transition pour le processus bornant a dès lors une complexité polynomiale en le nombre de files et de clients. Cette technique est ensuite étendue aux réseaux fermés multiclasses ainsi qu'aux réseaux possédant des synchronisations. Une spécification des ensembles d'objets pouvant être représentés par un diagramme ainsi que des algorithmes agissant sur cette structure de données sont également proposés dans cette thèse. La méthode de Botzmann est une autre technique de simulation sans biais. Basée sur la combinatoire analytique, elle permet l'échantillonnage uniforme d'objets appartenant à une même classe combinatoire. Elle est employée dans la seconde partie de cette thèse afin d'échantillonner la distribution stationnaire de réseaux fermés à forme produit et pour la génération des multi-ensembles de taille fixe. Dans ce cadre, les diagrammes sont une nouvelle fois mis à profit. Enfin, la troisième partie présente les logiciels découlant des travaux présentés tout au long de ce travail, et qui implémentent les diagrammes et mettent en œuvre la simulation parfaite de réseaux fermés de files d'attente. / Random generation of combinatorial objects is an important problem in many fields of research (communications networks, theoretical computing, combinatorics, statistical physics, ...). This often requires sampling the stationary distribution of an ergodic Markov chain. In 1996, Propp and Wilson introduced an algorithm to produce unbiased samples of the stationary distribution, also called a perfect sampling algorithm. It requires parallel simulation of all possible states of the chain. To avoid simulating all the trajectories, several strategies have been implemented. But they are related to the structure of the chain and require a monotonicity property, or a construction of a bounding chain that exploits the lattice structure of the state space or the local character of the transitions.In the field of communications networks, attention is paid to the performance of queueing networks, that can be distinguished into two groups: the networks that have a product form stationary distribution which is easy to compute. Random generation can be used for the others. Perfect sampling algorithms can be used for open queueing networks, thanks to the lattice structure of their state space. Unfortunately, that is not the case for closed queueing networks, due to the size of the state space which is exponential in the number of queues and a global constraint (a constant number of customers). The main contribution of this thesis is a new data structure called a diagram. It is inspired by dynamic programming and allows a new technique of construction of bounding processes. The first part of the manuscript is devoted to the implementation of the Propp and Wilson algorithm for closed queueing networks. The representation of a set of states by a diagram and the transition operation for the bounding process has a polynomial complexity in the number of queues and customers. This technique is extended to closed multi-class networks and to networks with synchronizations. Specification of sets of objects that can be represented by a diagram and generic algorithms that use this data structure are proposed in this manuscript. The Boltzmann method is another unbiased sampling technique. It is based on analytical combinatorics and produces uniform samples from objects that belong to the same combinatorial class. It is used in the second part of this thesis in order to sample the stationary distribution of closed networks with product form and for the generation of multisets of fixed cardinality. Diagrams are used again in this context. Finally, the third part presents the software produced during this thesis, implementing diagrams and perfect simulation of closed queueing networks.

Les cryo-aimants supraconducteurs sont des sources de champs magnétiques intenses, compactes et peu gourmandes en énergie. Il existe diverses méthodes d’aimantation mais seule l’aimantation par champ magnétique pulsé (PFM) permet d’obtenir des champs excitateurs élevés sans recourir à des bobines supraconductrices refroidies.Basé sur une collaboration industrielle, ce travail a été consacré dans un premier temps à la conception d’un générateur de courant pulsé compact et évolutif générant des rampes de pulse de polarité réglage pouvant atteindre 3000A.Dans un second temps, nous avons mis en place les différents systèmes permettant l’aimantation des cryo-aimants refroidis soit à 77 K, soit dans un cryostat refroidi par un cryo-générateur.Enfin, l’aimantation par pulses de champ des cryo-aimants supraconducteurs a montré la possibilité de piéger un champ magnétique de l’ordre du tesla, réversible et reproductible. Les résultats obtenus répondent aux impératifs industriels de l’étude. Ils sont très encourageants pour le développement d’un dispositif de champ magnétique réversible à base de cryo-aimants supraconducteurs pour l’instrumentation scientifique ou pour les applications électrotechniques. / Superconducting cryomagnets are high magnetic fields sources that are both compact and energy efficient. There are various magnetization technics but only the magnetization by pulsed magnetic field (PFM) results in high excitation fields, that otherwise could only be obtained with large superconducting coils.This work was done in the framework of an industrial collaboration. In a first step, a compact and innovative pulse current generator enabling the generation of pulses with a 3000 Amps maximum intensity was designed and fabricated. Secondly, different systems for the magnetization of cryo-magnets either cooled down to 77 K or cooled in a cryostat by a cryo-generator were implemented. Finally, the pulsed field magnetization of superconducting cryo-magnets has shown that reversible and reproducible magnetic field in the one Tesla range could be generated by the set up.The results obtained are consistent with the industrial goals of this study. They are very encouraging for the development of reversible magnetic field devices based on superconducting cryo-magnets and dedicated to scientific instrumentation or for electrotechnical applications.

Cette thèse fait une étude sur deux moyens d'enrichir l'environnement flottant courant : le premier est d'obtenir plusieurs versions d'implantation pour chaque fonction mathématique, le deuxième est de fournir des opérations de la norme IEEE754, qui permettent de mélanger les entrées et la sortie dans les bases différentes. Comme la quantité de versions différentes pour chaque fonction mathématique est énorme, ce travail se concentre sur la génération du code. Notre générateur de code adresse une large variété de fonctions: il produit les implantations paramétrées pour les fonctions définies par l'utilisateur. Il peut être vu comme un générateur de fonctions boîtes-noires. Ce travail inclut un nouvel algorithme pour le découpage de domaine et une tentative de remplacer les branchements pendant la reconstruction par un polynôme. Le nouveau découpage de domaines produit moins de sous-domaines et les degrés polynomiaux sur les sous-domaines adjacents ne varient pas beaucoup. Pour fournir les implantations vectorisables il faut éviter les branchements if-else pendant la reconstruction. Depuis la révision de la norme IEEE754 en 2008, il est devenu possible de mélanger des nombres de différentes précisions dans une opération. Par contre, il n'y a aucun mécanisme qui permettrait de mélanger les nombres dans des bases différentes dans une opération. La recherche dans l'arithmétique en base mixte a commencé par les pires cas pour le FMA. Un nouvel algorithme pour convertir une suite de caractères décimaux du longueur arbitraire en nombre flottant binaire est présenté. Il est indépendant du mode d'arrondi actuel et produit un résultat correctement arrondi. / This work investigates two ways of enlarging the current floating-point environment. The first is to support several implementation versions of each mathematical function (elementary such as $\exp$ or $\log$ and special such as $\erf$ or $\Gamma$), the second one is to provide IEEE754 operations that mix the inputs and the output of different \radixes. As the number of various implementations for each mathematical function is large, this work is focused on code generation. Our code generator supports the huge variety of functions: it generates parametrized implementations for the user-specified functions. So it may be considered as a black-box function generator. This work contains a novel algorithm for domain splitting and an approach to replace branching on reconstruction by a polynomial. This new domain splitting algorithm produces less subdomains and the polynomial degrees on adjacent subdomains do not change much. To produce vectorizable implementations, if-else statements on the reconstruction step have to be avoided. Since the revision of the IEEE754 Standard in 2008 it is possible to mix numbers of different precisions in one operation. However, there is no mechanism that allows users to mix numbers of different radices in one operation. This research starts an examination ofmixed-radix arithmetic with the worst cases search for FMA. A novel algorithm to convert a decimal character sequence of arbitrary length to a binary floating-point number is presented. It is independent of currently-set rounding mode and produces correctly-rounded results.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le courant d'alimentation d'une carte à puce présente des corrélations significatives avec les données traitées par son microcontrôleur. Les techniques de cryptanalyse dites « par analyse en courant » exploitent ces corrélations pour déterminer les clés secrètes des cryptosystèmes embarqués. Cette étude traite de la conception d'un système d'alimentation sur puce destiné à protéger les microcontrôleurs encartables contre les attaques par analyse en courant. Le nouveau système proposé permet de réguler la tension d'alimentation interne du microcontrôleur à partir de la tension d'alimentation externe fournie par le lecteur, tout en décorrélant le courant d'alimentation externe du courant d'alimentation interne. Sa surface et son rendement respectent les contraintes imposées par le support. De plus, son architecture inclut un nouveau générateur d'horloge aléatoire basé, entre autres, sur un attracteur chaotique de type « double-scroll ». Le système a été simulé avec Eldo et les paramètres MM9 d'un procédé CMOS 0.18 µm standard de la société STMicroelectronics; les résultats des simulations témoignent de son efficacité. Par ailleurs, l'oscillateur chaotique a été fabriqué suivant le procédé CMOS 0.35 µm 2P/4M du fondeur AMS; les mesures expérimentales confirment les résultats théoriques.

Cette thèse porte sur le développement d’un cogénérateur résidentiel constitué d’un générateur linéaire asynchrone entraîné par deux moteurs Stirling fonctionnant en mode ‘piston libre double effet’. Les critères caractérisant un tel cogénérateur sont décrits ainsi que ses différents modes d’utilisation dans le domaine résidentiel. Les différentes technologies sont passées en revue.Les équations de la mécanique sur lesquelles se fondent le contrôle du couplage thermoélectrique du cogénérateur et sa stabilité y sont définies. Le générateur électrique est modélisé en vue de calculer les grandeurs électriques des équations à bobines couplées et les grandeurs du schéma électrique équivalent, ce schéma permet d’inverser le modèle.Les résultats des modèles analytiques sont validés par des mesures faites sur des maquettes spécialement conçues. Une étude paramétrique de la structure du générateur a permis d’optimiser ses performances. Les équations de la mécanique et le modèle électrique sont utilisés pour poser les bases d’une optimisation ‘système’ du cogénérateur. / This thesis focuses on the development of a residential cogenerator which consists of a linear induction generator driven by two Stirling engines, free-piston double-acting operating mode. The criteria characterizing such cogenerator are described and its various modes of use in the residential sector. The various technologies are reviewed.The equations of mechanics that underlie the control of the coupling of thermoelectric cogeneration and stability are defined.The electric generator is modeled to calculate the electrical coil coupled equations and the magnitudes of the equivalent circuit, this scheme allows us to reverse the pattern. The results of analytical models are validated by measurements on specially designed models. A parametric study of the structure of the generator has optimized its performances. The equations of mechanical and electrical model are used to lay the groundwork for optimization of all the cogenerator, considered as a system.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La communication entre les neurones est fondée sur leur capacité à changer leur patron de décharge pour l’encodage de différents messages. Pour plusieurs fonctions vitales, comme la respiration et la mastication, les neurones doivent pouvoir générer des patrons d’activité répétitifs, et les groupes de neurones responsables de ces décharges rythmiques sont des générateurs de patron central (GPC). En dépit de recherches soutenues, les mécanismes précis qui sous-tendent la rythmogénèse dans les GPCs ne sont pas bien définis. Le plus souvent, la potentielle contribution des astrocytes demeure grandement inexplorée, même si ces cellules sont aujourd’hui connues pour leur implication dans la modulation synaptique neuronale. Pour nos travaux, le noyau sensoriel principal du trijumeau (NVsnpr) a été pris comme modèle à cause de son rôle central dans les mouvements rythmiques de la mastication. Dans ce noyau, des travaux antérieurs ont montré que la décharge en bouffées rythmiques est déclenchée dans les neurones lorsque la concentration de calcium extracellulaire ([Ca2+]e) est artificiellement baissée. Nous fondant sur cette observation, notre première hypothèse a postulé que la baisse de la [Ca2+]e pouvait survenir de façon physiologique en lien avec des stimulations sensorielles pertinentes. Deuxièmement, parce que les astrocytes ont été impliqués dans le tamponnage et l’homéostasie d’ions extracellulaires comme le K+, nous avons postulé que ces cellules pouvaient jouer un rôle équivalent dans le contrôle de la [Ca2+]e. Nos résultats montrent que les astrocytes peuvent réguler la [Ca2+]e et ainsi contrôler la capacité des neurones à changer leur patron de décharge. Premièrement, en stimulant les afférences sensorielles au NVsnpr, nous avons montré que des baisses physiologiques de la [Ca2+]e sont observées en parallèle à l’apparition de bouffées rythmiques neuronales. Deuxièmement, nous avons démontré que les astrocytes répondent aux mêmes stimuli qui induisent l’activité rythmique neuronale, et que leur blocage avec un chélateur de Ca2+ empêche les neurones de générer un patron de décharge en bouffées rythmiques. Cette habilité est rétablie en rajoutant la S100β, une protéine astrocytaire liant le Ca2+, dans le milieu extracellulaire, alors que l’anticorps anti-S100β empêche l’activité rythmique. Ces résultats indiquent que les astrocytes régulent une propriété neuronale fondamentale : la capacité à changer de patron de décharge. Ainsi, les GPCs dépendraient des fonctions intégrées des astrocytes et des neurones. Ces découvertes pourraient avoir des implications transposables à plusieurs autres circuits neuronaux dont la fonction dépend de l’induction d’activité rythmique. / Communication between neurons rests on their capacity to change their firing pattern to encode different messages. For several vital functions, such as respiration and mastication, neurons need to generate a repetitive firing pattern, and the groups of neurons responsible for these rhythmic discharges are called central pattern generator (CPG). Despite intense research in this field, the exact mechanisms underlying rhythmogenesis in CPGs are not completely defined. In most instances, the potential contribution of astrocytes is largely unexplored, even though these cells are now well known to be involved in neuronal synaptic modulation. In our work, the trigeminal main sensory nucleus (NVsnpr) was used as a model owing to its central role in the rhythmic movement of mastication. Previous work have shown that rhythmic bursting discharge is triggered in NVsnpr neurons when extracellular calcium concentration ([Ca2+]e) is artificially decreased. Based on this observation, our first hypothesis postulated that the reduction of [Ca2+]e could also happen physiologically in relation to relevant sensory stimulation. Secondly, because astrocytes have been involved in the buffering and the homeostasis of extracellular ions like potassium, we have postulated that these cells could also play a role in the control of [Ca2+]e. The results presented in this thesis show that astrocytes can regulate [Ca2+]e and thus control the ability of neurons to change their firing pattern. First, we showed that stimulation of sensory afferent fibers to the NVsnpr induced neuronal rhythmic bursting and in parallel reduction of [Ca2+]e . Secondly, we have demonstrated that astrocytes respond to the same sensory stimuli that induce neuronal rhythmic activity, and their blockade with a Ca2+ chelator prevents generation of neuronal rhythmic bursting. This ability is restored by adding S100β, an astrocytic Ca2+-binding protein, to the extracellular space, while the application of an anti- S100β antibody prevents generation of rhythmic activity. These results indicate that astrocytes regulate a fundamental neuronal property: that is the capacity to change their firing pattern. Thus, CPG functions result from integrated neuronal and glial activities. These findings may have broad implications for many other neural networks whose functions depend on the generation of rhythmic activity.