En informatique, la notion de processus léger ou thread est désormais omniprésente. En effet, les threads permettent à un programme d'une part d'exploiter pleinement les ordinateurs multiprocesseurs et d'autre part d'exprimer son parallélisme intrinsèque. Dans le domaine du calcul hautes performances, les threads permettent de recouvrir des communications ou plus généralement des entrées/sorties avec du calcul. Ils permettent aussi aux divers composants de l'application de progresser indépendamment les uns des autres, ce qui est nécessaire avec l'utilisation d'environnements de programmation toujours plus complexes comme MPI ou Corba.<br /><br />Mes travaux avaient pour objectif principal d'aboutir à la conception d'une bibliothèque de threads performante sur une vaste gamme d'architectures (machines mono ou multiprocesseurs, technologie "multithreading simultané", ...) et capable d'offrir les fonctionnalités demandées par les programmes de calcul hautes performances. Dans un premier temps, j'ai proposé une extension du modèle des Scheduler Activations pour le noyau Linux permettant d'être réactif aux interruptions dans une bibliothèque de threads utilisateurs. J'ai ensuite étendu ce mécanisme de manière à unifier la gestion des interruptions et des scrutations dans un environnement multithreadé. Enfin, j'ai proposé un mécanisme de prise de traces permettant de reconstituer précisément le déroulement d'un programme multithreadé, y compris lorsque l'ordonnancement est à deux niveaux.<br /><br />Ces travaux ont été implémentés au sein du logiciel PM2. La bibliothèque Marcel offre des threads performants sur une vaste gamme de processeurs et de systèmes en restant suffisamment flexible pour permettre aux applications qui le nécessitent de diriger précisément l'ordonnancement de leurs threads. Les applications peuvent être tracées de manière à pouvoir reconstituer et observer leur comportement précis. La trace obtenue peut être convertie au format du logiciel Pajé qui permet alors de visualiser graphiquement le déroulement de l'application.

La conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO) est incontournable dans la création et l'élaboration d'un produit. De même, l'infographie est couramment employée en effets spéciaux ou réalité virtuelle. Pourtant, chaque domaine utilise ses propres outils pour modéliser des surfaces. Pour répondre aux contraintes de ces deux types d'utilisations, nous proposons une nouvelle modélisation de surfaces polynomiales, interpolantes, globalement lisses (de plan tangent continu) et hiérarchique. Une surface lisse initiale est d'abord construite sur un maillage triangulaire, ce qui permet de traiter toutes les topologies. Des détails sont ensuite progressivement ajoutés par niveaux. Pour ce faire, chaque face est subdivisée en quatre sous-faces par insertion d'un sommet en milieu d'arête. Ce raffinement n'induit pas de modifications significatives sur la surface. Chaque détail est défini localement par rapport au précédent grâce à l'utilisation de repères locaux. Cette hiérarchie permet à l'ensemble des détails fins de suivre continûment le déplacement lors d'une édition de la surface. Deux applications sont ensuite proposées dans cet ouvrage : Tout d'abord, un modeleur 3D respectant la démarche créative des artistes. Celui-ci repose sur le calcul d'une forme globale progressivement affinée pour obtenir l'objet désiré, et offre la possibilité d'éditer les objets de manière intuitive en modifiant très peu de paramètres. Enfin, un outil de reconstruction est présenté pour modéliser des objets existants grâce à notre nouvelle représentation hiérarchique.

Cette thèse porte sur des aspects théoriques et numériques de l'optimisation de forme ainsi que sur la stabilisation de fonctions solutions d'équations aux dérivées partielles. Dans la première partie, on s'intéresse à la minimisation des valeurs propres du laplacien avec conditions aux limites de Dirichlet. On étudie plus particulièrement la minimisation de la seconde valeur propre du laplacien sous contraintes de volume et de convexité. Après avoir démontré certaines propriétés qualitatives d'un ouvert optimal (régularité minimale et maximale, description géométrique du bord), nous répondons à une question posée par Troesh en 1973 : le stade (enveloppe convexe de deux disques tangents de memes rayons) n'est pas un ouvert optimal pour ce problème d'optimisation. Dans un deuxième chapitre, nous présentons différents résultats numériques ayant trait à la minimisation d'une valeur propre de rang donné. Dans un second temps, nous exposons certaines propriétés qualitatives d'un ensemble solution d'un problème de transport optimal. Là encore, ce travail est complété par des illustrations numériques obtenues à l'aide d'un algorithme de type stochastique. Le travail de la dernière partie est consacré à la stabilisation rapide de l'équation des ondes par des méthodes d'analyse non harmonique. Nous y présentons aussi un nouveau résultat de monotonie concernant des suites de zéros des dérivées de fonctions de Bessel.

L'approximation isobare du système d'équations de bilan de masse, de quantité de mouvement, d'énergie et des espèces chimiques est une approximation appropriée pour représenter les écoulements réactifs à faible nombre de Mach. Dans cette approximation, qui néglige les phénomènes acoustiques, le mélange est hydrodynamiquement incompressible et les effets thermodynamiques conduisent à une compression uniforme du système. Nous présentons une nouvelle méthode numérique pour cette approximation. Une méthode de projection incrémentale, qui utilise la forme originale du bilan de masse, assure la discrétisation temporelle des équations de Navier-Stokes. La discrétisation spatiale est réalisée avec une méthode de volumes finis sur un maillage décalé de type MAC. Un schéma de décentrement d'ordre élevé est utilisé pour les flux convectifs. Nous associons à cette discrétisation, une méthode de raffinement local multi-niveaux, basée sur l'approche de Correction de Flux à l'Interface. Une première application concerne un écoulement forcé avec masse volumique variable donnée, imitant un problème de combustion. La deuxième application est le problème de convection naturelle, tout d'abord pour de faibles variations de température puis au-delà de la limite de validité de l'approximation de Boussinesq. Enfin, la troisième application est une flamme de diffusion laminaire. Pour chacun de ces cas-test, nous montrons la robustesse de la méthode numérique proposée, notamment vis à vis des variations de masse volumique. Et nous analysons le gain en précision obtenu par la méthode de raffinement local multi-niveaux.

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'émission résonnante de boîtes quantiques uniques InAs/GaAs en microcavité planaire. Un montage original d'excitation par fibre optique est mis en oeuvre afin de découpler spatialement l'excitation résonnante de l'émission des boîtes quantiques et de s'affranchir de la diffusion parasite du laser superposée au signal d'émission résonnante. Des études en puissance d'excitation et les mesures des fonctions de corrélation du premier et deuxième ordre confirment qu'une boîte quantique semiconductrice sous excitation résonnante peut être assimilée à un véritable système à deux niveaux. Cependant, l'environnement électrostatique lié aux impuretés non-intentionnelles de l'échantillon influence fortement l'émission résonnante des boîtes quantiques. Il apparaît pour la quasi-totalité des boîtes quantiques une complète inhibition de l'émission résonnante par blocage de Coulomb. L'utilisation d'un laser non-résonant supplémentaire de très faible puissance permet de résoudre ce problème grâce à un contrôle optique très efficace de l'émission résonnante. En effet, en présence de ce " gate " optique, l'émission résonnante est débloquée et les propriétés d'un système à deux niveaux sont spectaculairement restituées. Les effets du " gate " optique sur l'émission résonnante, le décalage spectral de l'émission résonnante et la statistique des photons émis sont parfaitement expliqués de manière quantitative par un modèle de population aléatoire que nous avons développé au cours de cette thèse.

Ce travail concerne les effets de champ magnétique sur le diagramme de phase des conducteurs quasi-unidimensionnels. Il s'agit de comprendre comment le champ magnétique peut détruire la phase métallique et induire une phase onde de densité de spin (ODS), comme observé expérimentalement dans les conducteurs organiques comme les sels de Bechgaard. La thèse est divisée en deux parties Le couplage Zeeman à un gaz d'électrons unidimensionnel gèle certains processus d'interaction et par conséquent modifie les fluctuations unidimensionnelles. L'évolution des différentes L'instabilités du gaz d'électrons (onde de densité de spin ou de charge, supraconductivité singulet ou triplet) est obtenue en fonction du champ magnétique et du potentiel chimique. Ce dernier a sur les degrés de libertés de charge au voisinage du demi-remplissage, le même effet que le champ magnétique sur les degrés de libertés de spin. Pour le gaz d'électrons quasi-1D, la formation d'une phase ODS dépend à la fois de la géométrie de la surface de Fermi (le " nesting ") et de la quantification des orbites induite pas le champ magnétique). Ce double mécanisme, baptisé le " nesting quantifié " a les conséquences suivantes : * Une série de transitions de phase quantiques du premier ordre entre des sous-phases ODS apparaît lorsque le champ augmente. * Chaque sous-phase est indexée par un nombre quantique n, qui correspond à n niveaux de Landau complètement remplis. * L'effet Hall est quantifié dans chaque sous-phase. * Cette théorie décrit pratiquement tous les phénomènes observés dans les phases induites par le champ dans les sels de Bechgaard.

La conception d'un système électrique est une tâche très complexe qui relève d'expertises dans différents domaines de compétence. Dans un contexte compétitif où l'avance technologique est un facteur déterminant, l'industrie cherche à réduire les temps d'étude et à fiabiliser les solutions trouvées par une approche méthodologique rigoureuse fournissant une solution optimale systémique.Il est alors nécessaire de construire des modèles et de mettre au point des méthodes d'optimisation compatibles avec ces préoccupations. En effet, l'optimisation unitaire de sous-systèmes sans prendre en compte les interactions ne permet pas d'obtenir un système optimal. Plus le système est complexe plus le travail est difficile et le temps de développement est important car il est difficile pour le concepteur d'appréhender le système dans toute sa globalité. Il est donc nécessaire d'intégrer la conception des composants dans une démarche systémique et globale qui prenne en compte à la fois les spécificités d'un composant et ses relations avec le système qui l'emploie.Analytical Target Cascading est une méthode d'optimisation multi niveaux de systèmes complexes. Cette approche hiérarchique consiste à décomposer un système complexe en sous-systèmes, jusqu'au niveau composant dont la conception relève d'algorithmes d'optimisation classiques. La solution optimale est alors trouvée par une technique de coordination qui assure la cohérence de tous les sous-systèmes. Une première partie est consacrée à l'optimisation de composants électriques. L'optimisation multi niveaux de systèmes complexes est étudiée dans la deuxième partie où une chaîne de traction électrique est choisie comme exemple

En imagerie d'émission, la médecine nucléaire fournit une information fonctionnelle sur l'organe étudié. En imagerie de transmission, elle fournit une information anatomique, destinée par exemple à corriger certains facteurs de dégradation des images d'émission. Qu'il s'agisse d'une image d'émission ou de transmission, il est utile de savoir extraire de façon automatique ou semi-automatique les éléments pertinents : le ou les organes d'intérêt et le pourtour du patient lorsque le champ d'acquisition est large. Voilà le but des méthodes de segmentation. Nous avons développé deux méthodes de segmentation par contours actifs, le point crucial étant la définition de leur vitesse d'évolution. Elles ont été mises en œuvre par les ensembles de niveaux. En premier lieu, nous nous sommes intéressés à l'imagerie statique de transmission de la région thoracique. La vitesse d'évolution, définie heuristiquement, fait directement intervenir les projections acquises. La carte de transmission segmentée, obtenue ainsi sans reconstruction, doit servir à améliorer la correction de l'atténuation photonique subie par les images cardiaques d'émission. Puis nous avons étudié la segmentation des séquences cardiaques -- d'émission -- synchronisées par électrocardiogramme. La méthode de segmentation spatio-temporelle développée résulte de la minimisation d'un critère variationnel exploitant d'un bloc l'ensemble de la séquence. La segmentation obtenue doit servir au calcul de paramètres physiologiques. Nous l'avons illustré en calculant la fraction d'éjection. Pour terminer, nous avons exploité les propriétés des ensembles de niveaux afin de développer une méthode géométrique de recalage, non rigide et non paramétrique. Nous l'avons appliquée à la compensation cinétique des images des séquences cardiaques synchronisées. Les images recalées ont alors été ajoutées de sorte à produire une image dont le niveau de bruit est comparable à celui d'une image cardiaque statique sans toutefois souffrir de flou cinétique.

Dans les architectures parallèles à mémoire distribuée, la communication entre processus est un des facteurs de performance les plus importants pour les applications. Le système qui en a la charge, i.e, le noyau de communication, doit intégrer une fonctionnalité essentielle pour de telles architectures : le routage des messages. Cette fonctionnalité est assurée par une composante spécifique du noyau de communication: le noyau de routage, dont le rôle est l'acheminement d'un message d'un noeud émetteur vers un noeud récepteur. L'acheminement des messages nécessite une stratégie de routage qui spécifie les chemins de communication pour toute paire de processeurs (source, destination) du réseau d'interconnexion. Une telle stratégie de routage doit satisfaire d'une part, des critères de correction et d'autres part, des critères d'efficacité. Le but de cette thèse est la conception de stratégies de routage pour les réseaux de processeurs qui satisfont à la fois, les critères de correction et les critères d'efficacité. Nous proposons une méthode de conception de stratégies de routage, permettant par une démarche incrément-ale, de satisfaire les deux types de critère: la communication multi-niveaux et le schéma de communication primaire associé. Pour mesurer l'efficacité de la méthode, nous l'appliquons à un réseau particulier : la grille torique. Les différents algorithmes de routage obtenus sont corrects et très efficaces. Nous proposons également une technique d'implantation de notre méthode de routage, permettant le calcul des tables de routage directement sur le réseau de processeurs. Cette technique permet ainsi l'obtention d'un système autoconstructif.

Les mécanismes de décision impliqués dans le switching entre tâches à la base d'un indice a été étudié intensément, p.ex. la suspension de l'exécution d'une tâche pendant la réalisation d'une autre, avec une récompense fixe. Dans ce cas, le cortex frontopolaire (CFP) est impliqué quand les sujets doivent garder en tête un but principal pendant l'exécution de buts parallèles, et le cortex cingulaire antérieur (CCA) associerait les actions à leurs résultats. Pendant ma thèse, j'ai étudié le switching à différents niveaux d'abstraction de l'action dans la prise de décision fondée sur la valeur espérée: choisir librement d'un côté entre deux actions simples, de l'autre côté entre deux structures abstraites, i.e. des tâches. Les signaux BOLD ont été enregistrés en IRMf sur des sujets sains pendant une expérience d'apprentissage inversé probabiliste, avec des probabilités de récompenses stochastiques anti-corrélées. J'ai comparé des modèles d'apprentissage par renforcement et d'inférence bayésienne afin d'en déduire pour chaque sujet les valeurs des options, qui ont été régressées contre la réponse BOLD. Les résultats montrent une implication du cortex préfrontal ventromédian et du striatum au niveau des actions, et en contraste le CFP, le CCA et le cortex préfrontal dorsolatéral au niveau des tâches. Le CFP surveille les preuves en faveur de la tâche alternative, et le CCA témoigne d'un effet tâche, prédisant le switching entre tâches, mais pas entre actions. En outre, j'ai montré un engagement spécifique du réseau préfrontal dans la prise de décision fondée sur la valeur espérée de structures abstraites à travers des analyses de connectivité.