Au cours de ces dernières années, la taille des transistors a diminué considérablement permettant ainsi de réduire la taille des composants et de multiplier le nombre de composants dans un système. Cette condensation des transistors avec la montée en fréquence des circuits est à l'origine d'une augmentation drastique de la densité de puissance et d'une élévation importante de la température du composant, dommageable pour les performances de celui-ci. Le but de ces travaux de thèse est de proposer une méthodologie de génération de modèles thermiques, légers (rapidement simulables) et indépendants des conditions aux limites, de systèmes électroniques complexes. Cette méthodologie permet de décomposer un système complexe en sous-éléments, de construire un modèle léger de chaque élément et de les reconnecter afin de recomposer le comportement thermique du système global. La méthodologie permet d'effectuer une analyse thermique du système tôt dans le processus de conception d'un système et offre de nombreux avantages par rapport aux modèles existants.

Cette thèse a pour but d'établir le lien entre la microstructure des matériaux et leurs propriétés macroscopiques qui est un verrou technologique et scientifique important, dans un contexte de conception de matériaux miniaturisés, directement intégrés et aux performances améliorées. Pour permettre le plein essor de ces nouveaux matériaux, des efforts doivent notamment être fournis sur le développement de nouveaux procédés technologiques, capables de déposer la matière avec un contrôle à l'échelle atomique. Ceci ne peut se faire sans un accompagnement théorique pour accéder à une compréhension fondamentale des mécanismes gérant la croissance de ces matériaux. Dans ce contexte, la modélisation prédictive du procédé de dépôt s'avère stratégique pour guider les technologues vers la conception de matériaux nanostructurés avancés. Pour répondre au mieux à cette problématique, les travaux présentés dans cette thèse suivent une approche multi-niveaux. Dans un premier temps, une étude à l'échelle atomique avec des calculs DFT est faite, afin de relever des énergies, des mécanismes et des structures, localement. Ces résultats sont ensuite utilisés comme paramètres d'entrée dans un outil de simulation utilisant la méthodologie Monte Carlo cinétique, développé spécialement au cours de ces travaux. Cet outil permet de simuler des systèmes de plusieurs dizaines de milliers d'atomes sur des temps longs, pour des coûts en calculs faibles. Les résultats obtenus avec cet outil sont directement comparables avec des résultats expérimentaux. Nous avons donc un outil doté d'une granularité à l'échelle atomique équipé d'une plateforme de simulation pour permettre à l'ingénieur une utilisation simple et intuitive de celui-ci. Cet outil se veut prédictif et permettra ainsi au technologue de réaliser des simulations prédictives et par suite de limiter les coûts et les essais en salle blanche. L'objectif est d'établir un lien entre la nanostructuration à l'échelle atomique et le procédé de fabrication, à travers cette plateforme de simulation simple d'utilisation. Ici, nous proposons un modèle basé sur une méthodologie de type Monte Carlo cinétique pour simuler le dépôt PVD de matériaux multicouches Al/CuO. / The aim of this thesis is to link materials microstructure and their macroscopic properties which are a very important technologic and scientific barrier, especially for material miniaturising, directly integrated and with improved specifications. Enabling this new material booming implies efforts in the development of new technological processes able to make mater deposition with atomic scale control. This can't be done without a theoretical support in order to access to a fondamental understanding of material growth mechanisms. In this context, predictive modelling of deposition process is strategic, leading technologists toward advanced nanostructured materials conception. We choose the multi-scale approach to answer this problematic. First, an atomic scale study is done, using DFT, in order to measure local energies, mechanisms and structures. Then, those results are used as input parameters in a home made simulation tool using kinetic Monte Carlo. This tool is able to simulate systems with several tens of thousands atoms, during long simulation time, for low calculation time. The outputs are directly comparable to experimental data. In summary, we obtain an atomic grain texture tool, fitted with simulation platform, for an easy and intuitive use for the engineer. This tool is predictive and allows technologists to make predictive simulations, restricting cost and test in clean room. The aim is to set up a link between the atomic scale nanostructuration and the fabrication process, toward this user-friendly simulation platform. We suggest a model based on kinetic Monte Carlo, for the PVD deposition simulation of Al/CuO multilayered materials.

Ce travail s'inscrit dans le domaine de la contamination des logements par le plomb. Il a consisté à estimer la prévalence des logements possédant un risque plomb et à identifier les déterminants de la contamination des poussières intérieures déposées au sol. Le travail s'est basé sur les données collectées dans 484 logements et 1834 pièces lors de la réalisation de l'enquête Plomb-Habitat (2008-2009). L'échantillon a été obtenu par un plan de sondage complexe à partir duquel un poids de sondage a été associé à chaque logement. La démarche s'est organisée en 4 temps. Elle a consisté tout d'abord à valider les données avant de réaliser les analyses statistiques. Puis elle a consisté dans un second temps à estimer les niveaux en plomb dans l'eau du robinet, dans les revêtements intérieurs, dans les aires de jeu extérieures des enfants ainsi que dans la poussière intérieure déposée au sol. Dans un troisième temps les contributions des sources potentielles pouvant contaminer cette poussière ont été estimées. Ceci a été réalisé par un modèle multi-niveaux sur données d'enquête, sans pondération ; le niveau 1 était constitué des pièces et le niveau 2 constitué des logements. Dans un quatrième temps, une simulation Monte Carlo a été réalisée afin de s'assurer de la pertinence du modèle ajusté à l'étape précédente. Ce travail a permis pour la première fois de réaliser un état de la contamination par le plomb dans les logements français. Il montre que concernant les niveaux en plomb dans l'eau du robinet, les poussières intérieures au sol, la peinture au plomb et les sols des aires de jeu extérieures, respectivement 2,5 %, 0,21 %, 24,5 % et 1,4 % des logements sont à risque dans la mesure où le seuil de référence respectif est dépassé. Ce travail met en évidence que les poussières du palier d'appartement sont le principal contributeur dans la contamination des poussières intérieures. Enfin ce travail a permis de montrer sur des données réelles d'enquête qu'une pondération non adéquate au niveau 2 d'un modèle multi-niveaux pouvait induire des estimateurs biaisés. Il serait intéressant à partir des résultats obtenus de définir le concept de logement à risque plomb et de proposer un diagnostic technique permettant de mettre aisément en évidence le risque plomb global d'un logement. Il serait en outre intéressant d'étudier plus précisément les voies de contamination entre les différents compartiments environnementaux et de généraliser les résultats concernant la pondération à utiliser dans une modélisation multi-niveaux sur données d'enquête.

La comparaison, à différents niveaux (systèmes de villes, villes, quartiers), de l'organisation spatiale et hiérarchique des systèmes urbains dans le monde fait apparaître des propriétés universelles (loi rang-taille, structure centre-périphérie des villes, etc.) mais également une grande variété de formes (notamment en termes de répartition des populations, densités, prix, activités). Si la théorie évolutionnaire urbaine et celles d'économie spatiale offrent des schémas explicatifs de cette émergence de formes, les modèles qui en sont issus se sont jusqu'à présent focalisé sur un seul niveau d'organisation spatiale, qu'il soit intra- ou inter-urbain. Dans une optique d'aménagement durable, il est important de disposer de modèles permettant de raisonner sur les inter-dépendances qu'entretiennent ces niveaux d'organisation du peuplement. Cette thèse présente une famille de modèles entités-centrés et d'outils dédiés à l'étude de cette problématique par la simulation à base d'agents. Ils s'inscrivent dans le projet Simpop et sont mis en oeuvre sur la comparaison des morphogenèses urbaines en Europe et aux Etats-Unis, sur la période 1800-2000. Ils incluent notamment le simulateur simpopNano, accompagné d'un environnement modulaire construit autour d'un SIG pour une exploitation systématique, intelligente et collective de modèles spatiaux. Ensemble, ils confortent l'idée que la seule différence des maillages des réseaux viaires des villes suffit à exprimer des répartitions spatiales plus diffuses sur les grilles américaines que sur les plans radioconcentriques européens. Ce modèle intra-urbain est ensuite articulé avec le modèle de systèmes de villes Simpop2 dans un modèle multi-niveaux, inter et intra-urbain. Il est le point d'ancrage d'une comparaison d'approches dédiées à l'intégration de modèles dynamiques associés à différents niveaux d'abstraction.

Cette thèse examine les questions sociologiques relatives à la relation entre la confiance dans les institutions démocratiques et les éléments de la modernité, en particulier la diversité des populations. Tout en testant des hypothèses fondées sur la théorie, la thèse étudie et développe d'abord des stratégies méthodologiques pour surmonter les défis communs de la recherche comparative en sciences sociales, y compris la combinaison de données au niveau individuel et national, les données manquantes, et la mesure de la diversité de la population. Il se compose de trois articles. Le premier article vise à identifier des approches méthodologiques efficaces pour l'imputation des données manquantes dans les données longitudinales combinées au niveau individuel et au niveau national. Le défi que représentent les données manquantes est décrit (les données manquantes sont presque toujours présentes dans les données de recherche comparative longitudinale compte tenu de la diversité des situations et des capacités de production de données des pays) avant de définir et de tester trois approches d'imputation combinant l'imputation multiple multiniveau et l'imputation de séries chronologiques. Ces méthodes comprennent 1. modèles multiniveaux avec effets aléatoires par pays (ML RE), 2. modèles multiniveaux avec pentes aléatoires variables longitudinales (ML RS), et 3. l'imputation de séries chronologiques univariées en deux étapes pour les variables de second niveau, suivie de modèles multiniveaux à effets aléatoires pour les variables individuelles (TS+ML RE). L'approche d'imputation multiniveau, y compris des pentes aléatoires pour les variables de l'année et de l'année carrée par pays, s'est avérée très efficace pour imputer les valeurs manquantes qui suivaient sans problème les tendances observées dans les données d'un pays, tout en incorporant des informations provenant de covariables et des données et tendances d'autres pays. On a constaté qu'une méthode d'imputation de séries chronologiques en deux étapes complétait l'imputation des données longitudinales au niveau national beaucoup plus rapidement, mais donnait de moins bons résultats lorsque des données limitées étaient présentes, en particulier lorsque des données manquaient à l'une ou l'autre extrémité d'une période de temps. Les trois approches testées ont produit des imputations qui, lorsqu'elles sont utilisées pour tester des modèles statistiques, produisent des résultats similaires, mais pas identiques. La décision d'utiliser une méthode d'imputation fondée sur un modèle pour imputer les données manquantes, en évitant la production d'estimations biaisées et en permettant l'utilisation de toutes les observations, peut dans de nombreux cas être la décision méthodologique la plus importante, après quoi l'utilisation d'une méthode d'imputation et d'un modèle intégrant des données longitudinales à plusieurs niveaux permet de produire des données imputées de haute qualité. La décision d'utiliser une méthode d'imputation fondée sur un modèle pour imputer les données manquantes, en évitant la production d'estimations biaisées et en permettant l'utilisation de toutes les observations, peut dans de nombreux cas être la décision méthodologique la plus importante, après quoi l'utilisation d'une méthode d'imputation et d'un modèle intégrant des données longitudinales à plusieurs niveaux permet de produire des données imputées de haute qualité. Des données imputées de haute qualité permettent alors aux chercheurs de mieux mesurer et résumer les phénomènes quantitatifs et de tester les hypothèses de recherche. Cet article et ses conclusions liées à la sélection et à la mise en œuvre de méthodologies d'imputation plus optimales constituent une contribution importante à la littérature, car les résultats et les conclusions de fond publiés dans les articles de recherche peuvent différer selon qu'un chercheur applique une solution meilleure ou moins bonne à un problème de données manquantes. Le deuxième article étudie les mesures de la diversité dans le contexte de l'étude sociologique comparative de la démocratie et identifie la nécessité d'examiner les relations non linéaires entre la diversité et les variables de résultat. Les données décrivant les pourcentages de groupes ethniques de plus de 150 pays sont utilisées pour calculer quatre mesures de la diversité ethnique. Les quatre mesures de la diversité : la variance généralisée, le pourcentage minoritaire, le pourcentage de la deuxième plus grande minorité ou groupe saillant, et l'entropie, sont comparées les unes aux autres pour les niveaux de corrélation et les différences de distribution. Les quatre mesures se sont avérées être des mesures fiables et valides de la diversité. La variance généralisée, le pourcentage minoritaire et l'entropie (dans une mesure légèrement moindre) se sont avérés fortement corrélés avec des corrélations d'ordre de classement presque parfaites, tandis que le deuxième plus grand pourcentage de minorité variait dans l'ordre de classement et les valeurs par rapport aux autres mesures. Cependant, la variable de diversité de variance généralisée a montré les caractéristiques de distribution les plus favorables, n'exige pas que les données soient écartées et s'est avérée former les relations statistiques les plus solides avec les mesures de la démocratie. En tant que telle, la variance généralisée s'avère être le choix optimal pour mesurer la diversité. Des preuves minimes de corrélations linéaires bivariées ont été trouvées entre les mesures de la diversité et les mesures de la démocratie, sauf en Europe où les valeurs de mesure de la démocratie variaient peu. Au lieu de cela, les tendances observées indiquaient des relations quadratiques. Les modèles à plusieurs niveaux ont révélé des associations significatives entre les mesures de la diversité au carré et la participation de la société civile et la liberté d'expression. Comme les études empiriques et les théories ont mis en évidence les effets complexes et parfois opposés de la diversité sur les résultats sociaux, les résultats indiquent l'avantage, et peut-être la nécessité, de l'évaluation des relations non linéaires dans l'étude des relations entre la diversité et les résultats sociaux. Le troisième article, qui met en œuvre les avancées méthodologiques des deux premiers articles, étudié les relations hypothétiques dérivées de la théorie entre plusieurs caractéristiques macro-sociopolitiques, y compris la diversité ethnique et le niveau de démocratie, et les variables de résultat de la confiance individuelle dans le congrès ou le parlement et la présence du mouvement antisystème national. Le contexte de l'Europe de l'Est et de l'Asie centrale entre 1993 et 2016 a été étudié en intégrant plus de 500 000 réponses individuelles à des enquêtes dans 27 pays. Des caractéristiques annuelles au niveau national indiquant une modernisation de la société sous la forme d'une plus grande différenciation et d'un développement humain ont été testées pour les associations avec la confiance individuelle dans le congrès ou le parlement. Les caractéristiques agrégées au niveau des pays, y compris les moyennes des données d'enquête au niveau individuel, ont été étudiées plus en détail en relation avec les cotes de présence d'antisystèmes. Les différences d'effets entre les pays classés en démocraties, démocraties partielles et autocraties ont été examinées et des différences substantielles dans l'ampleur et la directionnalité des associations ont été constatées. Les résultats suggèrent que la diversité de la population était associée à une plus grande confiance dans les institutions démocratiques et à une moindre présence des mouvements antisystèmes dans les démocraties. D'autres caractéristiques des pays indiquant la réalisation des idéaux modernes et démocratiques, telles que des niveaux d'éducation moyens plus élevés, une plus grande liberté d'expression, un PIB par habitant plus élevé et une plus grande participation aux élections, étaient généralement associées à une plus grande confiance dans le parlement ou le congrès dans les démocraties. De cette façon, la congruence entre les caractéristiques sociales indiquant le fonctionnement moderne, dynamique, pluraliste et démocratique d'une société était liée à une plus grande confiance au niveau individuel dans les institutions à l'apogée de nombreux paradigmes démocratiques d'organisation sociale – parlements et congrès. En résumé, malgré les défis méthodologiques majeurs auxquels sont confrontés les chercheurs comparatistes intéressés par la combinaison de données au niveau individuel et national pour étudier les relations longitudinales associées à la confiance institutionnelle démocratique, à la modernité et à la diversité, de multiples solutions permettant une meilleure évaluation ont été trouvées, permettant de tester des hypothèses complexes fondées sur la théorie. L'imputation multiple peut être mise en œuvre lorsque des données manquantes sont présentes afin de générer efficacement des imputations suivant les tendances longitudinales incorporant de grandes quantités de données connexes. La diversité est parfois un sujet complexe, mais la mesure de la variance généralisée de la diversité est un choix méthodologique optimal dans la recherche comparative et les relations non linéaires doivent être examinées lors de l'étude de la relation entre la diversité et les résultats sociaux. On a supposé que le pluralisme allait de pair avec la modernité démocratique, prenant de nombreuses formes, dont celle de la diversité ethnique. Des preuves ont été trouvées de relations linéaires et non linéaires quadratiques entre la diversité et la confiance dans les institutions démocratiques et des niveaux inférieurs de présence du mouvement antisystème. De nombreuses autres mesures indiquant la diversification sociale et le développement humain se sont également révélées positivement liées à la confiance individuelle dans le parlement ou le Congrès, ce qui soutient généralement les hypothèses selon lesquelles la différenciation et le pluralisme peuvent caractériser et jouer des rôles fonctionnels dans les sociétés démocratiques modernes, tandis que des niveaux élevés d'homogénéité ethnique peuvent également former des associations positives. Cette thèse apporte des avancées méthodologiques et teste des perspectives et des hypothèses sociologiques de longue date à l'aide d'une étude empirique à grande échelle. Qu'il s'agisse de l'imputation des données manquantes, La mesure de la diversité et ses associations, ou des relations entre les dimensions de la modernité et la confiance individuelle dans les institutions démocratiques, les trois articles jettent les bases de recherches futures visant à étudier les hypothèses et les dimensions de certaines des questions les plus urgentes de la sociologie. / This thesis examines sociological questions pertaining to the relationship between trust in democratic institutions and elements of modernity, particularly population diversity. While ultimately testing theory-driven hypotheses, the thesis first studies and develops methodological strategies for overcoming common challenges in comparative social science research, including the combination of individual-level and country-level data, missing data, and the measurement of population diversity and its complex relationships. It comprises three articles. The first article seeks to identify effective methodological approaches to the imputation of missing data in combined longitudinal individual-level and country-level data. The challenge that missing data presents is described (missing data is almost always present in longitudinal comparative research data given a diversity of country circumstances and capacities for data production) before defining and testing three imputation approaches combining multilevel model multiple imputation and time series imputation. These methods include 1. multilevel models with country random effects (ML RE), 2. multilevel models with longitudinal variable random slopes (ML RS), and 3. two-step univariate time-series imputation for second-level variables followed by multilevel models with random effects for individual-level variables (TS+ML RE). The multilevel multiple imputation approach including random slopes for year and year squared variables per country was found to be highly effective at imputing missing values that smoothly followed observed trends in a country’s data while also incorporating information from related covariates and from the data and trends of other countries. A two-step time series imputation approach was found to complete imputation of country-level longitudinal data much faster but performed worse where limited data was present, particularly where data was missing at either end of a time span. All three tested approaches produced imputations that, when used to test statistical models, produced similar yet not identical results. The decision to use a model-based imputation approach to impute missing data, averting production of biased estimates and enabling use of all observations, may in many cases be the most important methodological decision, whereafter use of an imputation method and model incorporating longitudinal multilevel data enables production of high-quality imputed data. High quality imputed data then enables researchers to be better able to measure and summarize quantitative phenomena and to test research hypotheses. This article and its findings related to selection and implementation of more optimal imputation methodologies, is an important contribution to the literature because the results and substantive conclusions published in research articles can differ depending on whether a researcher applies a better or worse solution to a missing data problem. The second article studies diversity measures in the context of comparative sociological study of democracy and identifies the need for the examination of nonlinear relationships between diversity and outcomes of interest. Data describing ethnic group percentages from over 150 countries are used to calculate four measures of ethnic diversity. The four measures of diversity: generalized variance, minority percent, second-largest minority percent, and entropy, are compared with one another for levels of correlation and for distributional differences. The four measures were found to be reliable and valid measures of diversity. Generalized variance, minority percent, and entropy (to a slightly lesser extent) were found to be highly correlated with near perfect rank-order correlations while second-largest minority percent varied in rank-order and values when compared to the other measures. However, the generalized variance diversity variable showed the most favorable distributional characteristics, requires no data be discarded, and was found to form the strongest statistical relationships with democracy measures. As such, generalized variance is shown to be the optimal diversity measure choice. Minimal evidence of bivariate linear correlations were found between diversity measures and democracy measures except within Europe which had minimal variation in democracy measure values. Instead observed trends indicated quadratic relationships. Multilevel models found significant associations between squared diversity measures and civil society participation and freedom of expression. As empirical studies and theories have pointed toward complex and sometimes opposing effects of diversity on social outcomes, results here indicate the benefit of, and perhaps necessity for, evaluation of nonlinear relationships when studying relationships between diversity and social outcomes. The third article, implementing methodological advances from the first two articles, studied theory-derived hypothesized relationships between several macro sociopolitical characteristics, including ethnic diversity and level of democracy, and outcome variables of individual trust in congress or parliament and national antisystem movement presence. The context of Eastern Europe and Central Asia between years 1993 and 2016 were studied incorporating over 500,000 individual survey responses in 27 countries. Yearly country-level characteristics indicating societal modernization in the form of greater differentiation and human development were tested for associations with individual trust in congress or parliament. Aggregate country-level characteristics, including individual-level survey data averages, were further studied in relation to antisystem presence ratings. Differences in effects across countries categorized as democracies, partial democracies, and autocracies were examined and substantial differences in associations’ magnitudes and directionality were found. Results suggest that population diversity was associated with greater trust in democratic institutions and less antisystem movement presence in democracies. Other country characteristics indicating the fulfillment of modern and democratic ideals such as higher average education levels, greater freedom of expression, higher GDP per person, and greater election participation were generally associated with higher trust in parliament or congress in democracies. In this way, congruence across social characteristics indicative of a society’s modern, dynamic, pluralistic, democratic functioning were related to greater individual-level trust in the institutions at the peak of many democratic paradigms of social organization – parliaments and congresses. In summary, despite the major methodological challenges that face comparative researchers interested in combining individual-level and country-level data to study longitudinal relationships associated with democratic institutional trust, modernity, and diversity, multiple solutions enabling better evaluation were found enabling the testing of complex theory-based hypotheses. Multiple imputation can be implemented where missing data is present to effectively generate imputations following longitudinal trends incorporating large quantities of related data. Diversity is a complex topic, yet the generalized variance measure of diversity is an optimal methodological choice in comparative research and nonlinear relationships should be examined when studying diversity’s relationship with social outcomes. Pluralism was hypothesized to go hand in hand with democratic modernity, taking numerous forms including that of ethnic diversity. Evidence was found of linear and nonlinear quadratic relationships between diversity and trust in democratic institutions and lower levels of antisystem movement presence. Numerous other measures indicative of social diversification and human development were likewise found to be positively related to individual trust in parliament or congress, generally supporting hypotheses that differentiation and pluralism may characterize as well as serve functional roles in modern democratic societies while that high levels ethnic homogeneity can also form positive associations. This dissertation contributes methodological advances and tests longstanding sociological perspectives and hypotheses utilizing a large-scale empirical study. Whether interested in missing data imputation, diversity’s measurement and associations, or the relationships between dimensions of modernity and individual trust in democratic institutions, the three articles lay a groundwork for future research to study hypotheses and dimensions of some of sociology’s most pressing issues.

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent l'étude du diagnostic de défauts simples et multiples pour des systèmes dynamiques continus et consistent à développer une stratégie de diagnostic globale pour la gestion des modes de fonctionnement en situations normale et anormale. Nous avons d'abord développé un nouveau formalisme graphique de modélisation des systèmes dynamiques émanant des BG et que nous avons appelé le BGS. Ce formalisme est très aisément interprétable grâce à un certain nombre de propriétés et de définitions que nous avons établies. L'élaboration d'un tel formalisme permet de faire appel aux propriétés structurelles et causales du BG et d'élargir leur champ d'étude pour inclure le raisonnement qualitatif. Nous avons ensuite proposé un modèle générique permettant d'intégrer les modèles Génériques de Composants (MGC) fonctionnels et les modèles BGS pour la gestion, par un automate ni, des modes de fonctionnement et des conditions de reconfiguration d'un système autonome. En fin, nous avons proposé une méthode de diagnostic des défauts simples et multiples en utilisant une approche par abduction basée sur l'étude de la propagation de défauts sur le BGS à partir des observations. La méthodologie proposée est validée par deux systèmes de complexités différentes et en l'occurrence une pile à combustible à membrane échangeuse de protons et un système électromécanique d'un véhicule électrique.