Ce mémoire traite de l'obtention d'informations pertinentes, récentes et précises sur l'état courant des plates-formes de calcul modernes. Souvent dénommés grilles, ces environnements se différencient des machines parallèles les ayant précédés par leur nature intrinsèquement hétérogène et fortement dynamique.<br /> <br />Ce document est découpé en trois parties. La première présente les difficultés spécifiques à la grille en se basant sur une sélection de projets d'infrastructures pour la grille et en détaillant les solutions proposées dans ce cadre.<br /><br />La seconde partie montre comment obtenir efficacement des informations quantitatives sur les capacités de la grille et leur adéquation aux besoins des routines à ordonnancer. Après avoir détaillé les problèmes rencontrés dans ce cadre, nous explicitons notre approche, nommée macro-benchmarking. Nous présentons ensuite l'outil FAST, développé dans le cadre de cette thèse et mettant cette méthodologie en oeuvre. Nous étudions également comment cet outil est utilisé dans différents projets.<br /><br />La troisième partie traite de l'obtention d'une vision plus qualitative des caractéristiques de la grille, telle que la topologie d'interconnexion des machines la constituant. Après une étude des solutions classiques du domaine, nous présentons ALNeM, notre solution de cartographie automatique ne nécessitant pas de privilège d'exécution particulier. Cet outil est basé sur l'environnement GRAS, développé dans le cadre de ces travaux pour la mise au point des constituants de la grille.

Depuis 40 ans, suivant le rythme dicté par la loi de Moore, la microélectronique évolue de façon continue grâce à la réduction constante des dimensions des transistors MOS. Celle-ci a entraîné pour les grilles polycristallines des transistors PMOS l'apparition de la déplétion de grille et de la pénétration du bore dans l'isolant, dégradant fortement leurs performances, lorsque le dopage par implantation ionique est utilisé. Afin de réduire ces deux effets, nous proposons une autre forme de dopage pour l'électrode de grille: un dépôt de silicium amorphe à basse température, dopé bore in-situ, à partir de BCl3 et de Si2H6. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à une étude bibliographique portant sur l'état de l'art et les solutions technologiques proposées pour améliorer les performances des transistors MOS. A partir de cette étude, nous montrons tout l'intérêt de la solution technologique que nous proposons. Le second chapitre est dédié au développement de simulateurs capacité-tension et courant-tension. Nous montrons que la prise en compte du confinement des porteurs aux interfaces est indispensable afin d'extraire les paramètres des composants avec le maximum de précision lors de la caractérisation électrique. Enfin, dans le troisième chapitre, nous donnons les résultats des études expérimentales de la couche de polysilicium (résistivité, contraintes, rugosité&) et de capacités MOS polySi(P+) / SiO2 (3,8nm) / Si. Malgré une amélioration nécessaire de la fiabilité de la couche de SiO2, la caractérisation nous montre que la déplétion de grille est pratiquement inexistante.

Nos travaux concernent la modélisation des structures MOS affectées par des défauts qui détériorent leurs propriétés électriques et par conséquent celles des dispositifs mémoires. Nous avons attaché une grande importance à la compréhension des phénomènes liés à la miniaturisation de la capacité et du transistor MOS qui sont les composants électroniques élémentaires des mémoires. Nos modèles basés sur de nombreuses études réalisées sur ces sujets, représentent de nouveaux outils d'analyses pour créer les modèles de base décrivant le fonctionnement plus complexe des dispositifs mémoires. Après un rappel des notations et des équations de base utilisées pour les capacités MOS et les transistors MOS, nous retraçons l'évolution des dispositifs mémoires jusqu'aux mémoires à nanocristaux. Dans une deuxième partie de notre travail, nous décrivons les différentes modélisations de la capacité MOS développées en fonction de l'effet parasite considéré : la poly-désertion de la grille, la non uniformité du dopage du substrat, de l‘épaisseur d'oxyde et des charges fixes présentes dans la couche d'isolant. Nous avons ainsi pu proposer une méthode de détermination de la répartition de la charge générée dans l'oxyde par des stress électriques ainsi qu'une analyse de l'origine de ces charges. La troisième partie est consacrée aux modélisations du transistor MOS basées sur une approche segmentée. Celle-ci a été appliquée à l'étude des résistances séries et aux modélisations des dopages (grille et substrat), puis étendue à la modélisation des transistors à isolants ultra-minces. Nous présentons notamment les modifications de la caractéristique IDS(VGS,VDS) du transistor MOS induites par les non uniformités énumérées ci-dessus. Enfin, nous appliquons nos modèles aux mémoires à nanocristaux de silicium. Nous proposons une modélisation de la charge localisée dans les nodules proches du drain, ce qui nous a permis de développer un modèle simulant l'opération d'écriture de ces mémoires. Les caractérisations électriques de ces structures à piégeages discrets sont également analysées à l'aide de nos modèles.

Construire des définitions est essentiel dans l'activité de recherche mathématique et interagit dialectiquement avec la formation de concepts. La recherche présentée dans cette thèse s'est intéressée à la double question : est-il possible de faire émerger un concept, auprès d'étudiants, par des problèmes de construction de définitions, et quels sont les apprentissages en jeu ? La complexité des SCD et l'absence de l'étude de telles situations jusqu'alors nous a conduit au développement d'outils théoriques (du triple point de vue : mathématique, épistémologique et didactique) en vue de les construire, de les réaliser en classe et de les analyser. Ces outils théoriques nous ont permis d'établir une typologie des SCD, d'étudier les conceptions sur la définition chez des philosophes et des mathématiciens, d'analyser la place et le rôle des définitions dans les institutions didactiques, et d'extraire de possibles SCD de quelques travaux didactiques existants relatifs au concept de définition. Nous avons ainsi pu mener une étude des conditions pour la dévolution de telles situations, fondée sur des résultats d'expérimentations menées avec des étudiants de 1ère année d'université. Le choix des situations expérimentées relève de la typologie des SCD établie. Les concepts mathématiques en jeu ont été choisis pour leur accessibilité et leur position institutionnelle particulière : le concept d'arbre (qui vient d'entrer dans les programmes de lycée), les concepts de "générateur" et "libre" dans le plan discret (qui peuvent être considérés comme étant "en amont" des ceux des espaces vectoriels), et l'objet géométrique "droite discrète" (que l'on peut référer à la droite réelle). La variété des situations et concepts mathématiques étudiés nous permet, d'une part, de mieux cerner les conceptions sur la définition les plus répandues chez les enseignants et les étudiants et, d'autre part, d'attester la mise en oeuvre de processus de construction de définitions et de concepts. L'ensemble des résultats développés dans cette thèse devrait permettre d'élaborer des SCD, pour l'enseignement secondaire ou supérieur.

Ce travail de thèse vise la compréhension des mécanismes de gravure impliqués dans les procédés de gravure plasma de grilles en poly-silicium pour l'élaboration de transistors MOS de dimension inférieure à 20 nm. La réalisation d'une grille de transistor comprend une étape de lithographie suivie d'étapes de gravure. Actuellement, les techniques lithographiques constituent un frein à la réduction en dimension des grilles, car elles permettent au mieux d'atteindre des résolutions de 80 nm. La stratégie adoptée pour s'affranchir de ces limites lithographiques est l'introduction d'une nouvelle étape de gravure, l'étape de réduction de cote résine (ou resist trimming). Cette étape consiste à éroder latéralement par gravure plasma les motifs de résine préalablement définis par la lithographie. Le premier objectif de ce travail de thèse a donc été la compréhension des mécanismes de gravure mis en jeu lors d'un procédé de réduction de cote résine. Deux chimies de plasma HBr/O2 et Cl2/O2 ont été étudiées et comparées. Pour ces deux chimies, une corrélation a été établie entre les vitesses de gravure latérale (observations MEB), les modifications physico-chimiques des flancs des motifs de résine après exposition à un plasma (obtenues par XPS), et la nature chimique des produits issus de la gravure de la résine (déterminée par spectrométrie de masse). Les autres facteurs freinant le développement des grilles de dimensions inférieures à 20 nm sont les procédés de gravure grille actuels qui sont au mieux contrôlés à 5-10 nm, alors que la réduction d'échelle impose un contrôle des procédés de gravure inférieur à 2-3 nm. Le deuxième volet de ce travail a donc consisté à étudier les facteurs responsables de la perte de contrôle dimensionnel lors des différentes étapes du procédé de gravure grille. Les aspects étudiés sont les modifications physico-chimiques du masque résine pendant la gravure, les couches de passivation qui se forment sur les flancs des motifs gravés, et l'état de surface des parois du réacteur, et ce grâce à la mise au point de deux protocoles expérimentaux utilisant des analyses XPS.

La problématique du transport de la donnée médicale, de surcroît nominative, comporte de nombreuses contraintes, qu'elles soient d'ordre technique, légale ou encore relationnelle. Les nouvelles technologies, issues particulièrement des grilles informatiques, permettent d'offrir une nouvelle approche au partage de l'information. En effet, le développement des intergiciels de grilles, notamment ceux issus du projet européen EGEE, ont permis d'ouvrir de nouvelles perspectives pour l'accès distribué aux données. Les principales contraintes d'un système de partage de données médicales, outre les besoins en termes de sécurité, proviennent de la façon de recueillir et d'accéder à l'information. En effet, la collecte, le déplacement, la concentration et la gestion de la donnée, se fait habituellement sur le modèle client-serveur traditionnel et se heurte à de nombreuses problématiques de propriété, de contrôle, de mise à jour, de disponibilité ou encore de dimensionnement des systèmes. La méthodologie proposée dans cette thèse utilise une autre philosophie dans la façon d'accéder à l'information. En utilisant toute la couche de contrôle d'accès et de sécurité des grilles informatiques, couplée aux méthodes d'authentification robuste des utilisateurs, un accès décentralisé aux données médicales est proposé. Ainsi, le principal avantage est de permettre aux fournisseurs de données de garder le contrôle sur leurs informations et ainsi de s'affranchir de la gestion des données médicales, le système étant capable d'aller directement chercher la donnée à la source. L'utilisation de cette approche n'est cependant pas complètement transparente et tous les mécanismes d'identification des patients et de rapprochement d'identités (data linkage) doivent être complètement repensés et réécris afin d'être compatibles avec un système distribué de gestion de bases de données. Le projet RSCA (Réseau Sentinelle Cancer Auvergne - www.e-sentinelle.org) constitue le cadre d'application de ce travail. Il a pour objectif de mutualiser les sources de données auvergnates sur le dépistage organisé des cancers du sein et du côlon. Les objectifs sont multiples : permettre, tout en respectant les lois en vigueur, d'échanger des données cancer entre acteurs médicaux et, dans un second temps, offrir un support à l'analyse statistique et épidémiologique.

Cette thèse s'intéresse à la flexibilité dans les infrastructures informatiques distribuées du point de vue de leurs administrateurs et utilisateurs. Pour les utilisateurs, il s'agit de trouver au moment où ils en ont besoin des ressources matérielles adaptées avec un environnement personnalisé à l'exécution de leur application. Pour les administrateurs, il s'agit de définir les politiques d'allocation des ressources (politiques d'usage et de sécurité) pour les applications des utilisateurs. Nous avons étudié la problématique de la flexibilité dans le contexte des grilles et des centrales numériques (CN). Tout d'abord, nous avons conçu et mis en oeuvre le système Saline qui s'appuie sur la virtualisation pour permettre l'exécution de tout type de tâche en mode préemptif dans les grilles. Nous avons également proposé le système Grillade qui combine les mécanismes de flexibilité offerts par les grilles et les CN pour d'une part, étendre dynamiquement une grille avec des ressources virtuelles fournies par des CN et d'autre part, construire des nuages de type IaaS fédérant les ressources de plusieurs sites. Grillade étend le système de grille XtreemOS. Il permet en outre grâce à la technologie de système à image unique de proposer aux utilisateurs des machines virtuelles exécutées sur une agrégation de nœuds. Enfin, nous proposons un formalisme permettant de classer les systèmes de gestion de ressources offrant de la flexibilité et de définir des règles pour les combiner. Le système Tropicbird qui s'appuie sur ce formalisme met en œuvre, à la demande, des plates-formes virtuelles spécifiées par les utilisateurs sur une infrastructure matérielle.

L'innovation thérapeutique progresse traditionnellement par la combinaison du criblage expérimental et de la modélisation moléculaire. En pratique, cette dernière approche est souvent limitée par la pénurie de données expérimentales, particulièrement les informations structurales et biologiques. Aujourd'hui, la situation a complètement changé avec le séquençage à haut débit du génome humain et les avancées réalisées dans la détermination des structures tridimensionnelles des protéines. Cette détermination permet d'avoir accès à une grande quantité de données pouvant servir à la recherche de nouveaux traitements pour un grand nombre de maladies. À cet égard, les approches informatiques permettant de développer des programmes de criblage virtuel à haut débit offrent une alternative ou un complément aux méthodes expérimentales qui font gagner du temps et de l'argent dans la découverte de nouveaux traitements. Appliqué aux grandes bases de données moléculaires, le criblage virtuel à haut débit permet de limiter le criblage expérimental en fournissant, pour chaque cible biologique visée, des molécules potentiellement intéressantes au moyen de méthodes informatiques adaptées. Cependant, la plupart de ces approches souffrent des mêmes limitations. Le coût et la durée des temps de calcul pour évaluer la fixation d'une collection de molécules à une cible, qui est considérable dans le contexte du haut débit, ainsi que la précision des résultats obtenus sont les défis les plus évidents dans le domaine. Le besoin de gérer une grande quantité de données hétérogènes est aussi particulièrement crucial. Pour surmonter les limitations actuelles du criblage virtuel à haut débit et ainsi optimiser les premières étapes du processus de découverte de nouveaux médicaments, j'ai mis en place une méthodologie innovante permettant, d'une part, de gérer une masse importante de données hétérogènes et d'en extraire des connaissances et, d'autre part, de distribuer les calculs nécessaires sur les grilles de calcul comportant plusieurs milliers de processeurs, le tout intégré à un protocole de criblage virtuel en plusieurs étapes. L'objectif est la prise en compte, sous forme de contraintes, des connaissances sur le problème posé afin d'optimiser la précision des résultats et les coûts en termes de temps et d'argent du criblage virtuel. Les approches méthodologiques développées ont été appliquées avec succès à une étude concernant le problème de résistance du VIH aux antiviraux, projet soutenu par la fondation Bill et Melinda Gates dans le cadre d'un projet de collaboration avec le CIRCB au Cameroun.

Les crues à cinétique rapide, telles que l'évènement du 8 et 9 septembre 2002 dans le département du Gard, causent régulièrement d'importants dommages socio-économiques. A la suite de cette catastrophe, une réforme des services d'annonce des crues (SAC) a été initiée, et a engendré la transformation des 52 services existants en 22 services de prévision des crues (SPC) et la création d'un service central au niveau national, le SCHAPI. Plus cohérent hydrologiquement, ces services se sont vus assigner une nouvelle mission de prévision des crues. Dans le cadre des prévisions des crues à cinétique rapide, le service de prévision des crues " Grand Delta " (SPC-GD) utilise l'application ALHTAÏR capable d'intégrer des données hydrométéorologiques et la modélisation " temps réel " des débits des cours d'eau des bassins versants amont. Cependant, ce service ne dispose pas à l'heure actuelle d'une véritable capacité de prévision des crues à cinétique rapide. Cette thèse s'attache donc à perfectionner cette capacité de prévision en utilisant la vocation de la technologie grille, une technologie informatique innovante, à fournir de ressources informatiques à la demande et un environnement collaboratif. La méthodologie et les expérimentations ont permis de développer un système spatial d'aide à la décision hydrologique (G-ALHTAÏR) basé sur les ressources de l'architecture de grille européenne EGEE (Enabling Grids for E-science). Des résultats prometteurs montrent une capacité à modéliser un nombre important de scénarios de prévision hydrologique dans un contexte opérationnel, et en adéquation avec les besoins du SPC-GD.

Afin de répondre aux besoins de l'industrie pétrolière d'une description plus fine de la géométrie et des propriétés pétrophysiques des bassins et des réservoirs, la simulation numérique des écoulements en milieux poreux doit évoluer vers des algorithmes plus performants et plus robustes vis à vis de la taille des simulations, de la complexité des maillages et des hétérogénéités du milieu poreux. Les méthodes de décomposition de domaine constituent une alternative aux méthodes multigrilles et pourraient permettre de lever les difficultés précédentes en terme de robustesse et d'efficacité sur architectures parallèles. Elles sont par nature plus adaptées au calcul parallèle et sont plus robustes en particulier lorsque les sous domaines sont résolus par des méthodes directes. Elles permettent aussi de traiter dans un cadre unique les couplages de modèles comme les puits ou les failles conductrices et s'étendent au cas des systèmes couplés. Le travail de thèse traite plus particulièrement de méthodes définies au niveau algébrique. On ne suppose pas avoir une connaissance préalable du problème continu dont la matrice provient. On n'a pas non plus accés aux matrices avant assemblage. Ce manque d'informations a priori rend plus difficile la construction de méthodes efficaces. On propose deux nouvelles méthodes de construction de méthodes de décomposition de domaine au niveau algébrique: la construction de conditions d'interface optimisées et d'une grille grossière. Ce dernier point est particulièrement important pour avoir des méthodes robustes vis à vis du nombre des sous-domaines. Les méthodes sont adaptatives et basées sur l'analyse de l'espace de Krylov généré durant les premières itérations de la méthode de Schwarz classique. A partir des vecteurs de Ritz correspondant aux plus basses valeurs propres, on construit des conditions d'interface et des grilles grossières qui annihilent l'erreur sur ces composantes. Les méthodes ont été testées sur des calculateurs parallèles pour des matrices issues de la simulation de milieux poreux.