On estime que le nombre d'objets connectés à l'Internet atteindra 50 à 100 milliards en 2020. La recherche s'organise en deux champs principaux pour répondre à ce défi : l'internet des objets et les grandes masses de données. La demande en puissance de calcul augmente plus vite que le développement de nouvelles architectures matérielles en particulier à cause du ralentissement de la loi de Moore. La raison principale en est le mur de la mémoire, autrement appelé le goulet d'étranglement de Von Neumann, qui vient des différences de vitesse croissantes entre le processeur et la mémoire. En conséquence, il y a besoin d'une nouvelle architecture matérielle rapide et économe en énergie pour répondre aux besoins énormes de puissance de calcul.Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles architectures pour les processeurs de prochaine génération utilisant des nanotechnologies émergentes telles que les memristors. Nous étudions des méthodes de calcul non conventionnelles aussi bien numériques qu'analogiques. Notre contribution principale concerne les réseaux de neurones à impulsion (RNI) ou architectures neuromorphiques. Dans la première partie de la thèse, nous passons en revue les memristors existants, étudions leur utilisation dans une architecture numérique à base de crossbars, puis introduisons les architectures neuromorphiques. La deuxième partie contient la contribution principale~: le développement d'un simulateur d'architectures neuromorphiques (N2S3), l'introduction d'un nouveau type de synapse pour améliorer l'apprentissage, une exploration des paramètres en vue d'améliorer les RNI, et enfin une étude de la faisabilité des réseaux profonds dans les RNI. / By 2020, there will be 50 to 100 billion devices connected to the Internet. Two domains of hot research to address these high demands of data processing are the Internet of Things (IoT) and Big Data. The demands of these new applications are increasing faster than the development of new hardware particularly because of the slowdown of Moore's law. The main reason of the ineffectiveness of the processing speed is the memory wall or Von Neumann bottleneck which is coming from speed differences between the processor and the memory. Therefore, a new fast and power-efficient hardware architecture is needed to respond to those huge demands of data processing. In this thesis, we introduce novel high performance architectures for next generation computing using emerging nanotechnologies such as memristors. We have studied unconventional computing methods both in the digital and the analog domains. However, the main focus and contribution is in Spiking Neural Network (SNN) or neuromorphic analog computing. In the first part of this dissertation, we review the memristive devices proposed in the literature and study their applicability in a hardware crossbar digital architecture. At the end of part~I, we review the Neuromorphic and SNN architecture. The second part of the thesis contains the main contribution which is the development of a Neural Network Scalable Spiking Simulator (N2S3) suitable for the hardware implementation of neuromorphic computation, the introduction of a novel synapse box which aims at better learning in SNN platforms, a parameter exploration to improve performance of memristor-based SNN, and finally a study of the application of deep learning in SNN.

La neuroinflammation est un dénominateur commun de plusieurs troubles du système nerveux central. Les réactions inflammatoires sont souvent médiées par plusieurs voies de signalisation qui conduisent à l'ouverture de la barrière hémato-encéphalique. L'activateur tissulaire du plasminogène (tPA) est une serine protéase qui induit l'ouverture de la barrière hémato-encéphalique. Au cours des dernières années, il a également été montré que les récepteurs NMDA situés dans les cellules endothéliales peuvent jouer un rôle crucial dans la propagation de la réaction inflammatoire.Mon travail au cours de ma thèse a mis l'accent sur la découverte des mécanismes par lesquels le récepteur NMDA effectue une médiation de l'ouverture de la barrière hémato-encéphalique induite par le TPA. Dans notre première étude, nous montrons que les récepteurs NMDA endothéliaux sont des cibles thérapeutiques potentielles pour prévenir l'infiltration et l'inflammation des cellules immunitaires médiées par l'EAE. Nous montrons que l'anticorps monoclonal du récepteur NMDA spécifique à la souris, le Glunomab, pourrait protéger la barrière de la moelle épinière de dommages inflammatoires. Nous montrons également que les récepteurs NMDA sont exprimés en étroite association avec les protéines de jonction serrées dans les cellules endothéliales cérébrales. Dans notre deuxième étude, nous montrons pour la première fois que les récepteurs NMDA neuroendothéliaux peuvent présenter une action métabotropique lors de l'inflammation. Nous soulignons également que ces récepteurs sont en effet des récepteurs NMDA non conventionnels exprimant la sous unité GluN3A. En outre, nous rapportons que le tPA accélère l'ouverture de la barrière hémato-encéphalique en présence d'une agoniste rare de la glycine par un mécanisme dépendant de l'activation de RhoA. Les résultats de mon projet apportent une nouvelle vision du rôle des récepteurs NMDA métabotropiques dans les cellules endothéliales cérébrales. En outre, il fournit également des détails plus précis sur l'ouverture de la barrière hémato-encéphalique via l’activateur tissulaire du plasminogène. / Neuroinflammation is a common denominator of several central nervous system disorders. Inflammatory reactions are often mediated by several signaling pathways which lead to the opening of the blood brain barrier. Tissue plasminogen activator (tPA) is a serine protease induces opening of the blood brain barrier. In recent years, it has also been shown that NMDA receptors located in endothelial cells can play a crucial role in propagation of inflammatory reaction. My doctoral study focused on the finding the underlying mechanisms of action(s) by which NMDA receptor mediates tPA induced opening of the blood brain barrier. In our first study we show that endothelial NMDA receptors are potential therapeutic targets to prevent EAE mediated immune cell infiltration and inflammation. We show that NMDA receptor specific mouse monoclonal antibody Glunomab could prevent the brain spinal cord barrier from inflammatory damage. We also show that NMDA receptors are expressed in close association of tight junction proteins in cerebral endothelial cells. In our second study, we show for the first time that, neuroendothelial NMDA receptors can exhibit metabotropic mode of action during inflammation. We also highlight that these receptors are indeed GluN3A expressing non-conventional NMDA receptors. In addition, we report that tPA accelerates the opening of blood brain barrier in presence of an uncommon agonist glycine by RhoA activation dependent mechanism.My project results provide a nouvelle insight for the role of metabotropic NMDA receptors in cerebral endothelial cells. In addition it also provides more precise details of blood brain barrier opening mediated by tissue plasminogen activator.

Les perspectives énergétiques globales soulignent une demande croissante d'énergie sur les prochaines décennies. Le pétrole brut devrait représenter environ 35% de l'offre d'énergie primaire à l'horizon 2030 d'après l'AIE. Parmi les sources d'approvisionnement, les hydrocarbures "non conventionnels" devraient contribuer significativement à l'offre de produits pétroliers, puisqu'ils présentent un intérêt stratégique en termes de réserves et d'indépendance énergétique. L'objectif de cette thèse est l'étude du potentiel de développement des ressources d'hydrocarbure non conventionnelles sous différents scénarios liés au contexte économique et environnemental. Les sables asphaltiques, principalement localisés au Canada, constituent notre cas d'application. La première partie de cette thèse a mis en évidence deux phases de développement: la première, de 1980 à 2005, correspondant à l'émergence de la filière grâce à des leviers réglementaires, économiques et géographiques; la seconde, amorcée en 2005 avec la dégradation du contexte économique, pendant laquelle le développement de la filière s'est fortement ralenti. La seconde partie de cette thèse porte sur l'analyse prospective à horizon 2050. L'élaboration d'un premier modèle basé sur la programmation linéaire a permis de quantifier l'offre tendancielle sous différents scénarios déterministes de prix et de réglementations environnementales. En particulier, la décision d'investissement apparaît significativement impactée par l'introduction d'une taxe CO2. Un second modèle basé sur la programmation dynamique a permis d'évaluer l'offre prospective en présence d'incertitudes. Un impact négatif de l'incertitude et de la volatilité des prix sur la décision d'investissement a été mis en évidence, avec ou sans réglementation environnementale. Cet impact négatif est accentué lorsqu'une incertitude supplémentaire sur le cadre réglementaire environnemental est introduite. / International energy outlook emphasizes an increasing energy demand over the next decades. Crude oil should represent about 35% of primary energy supply by 2030 according to the IEA. Among supply sources, non conventional crude oil should contribute significantly to the supply of petroleum products, being strategic in terms of reserves and energy independence. This thesis aims to evaluate the development potential of non conventional crude oil using different scenarios regarding the economic and environmental context. Oil sands, essentially located in Canada, constitute our application. The first part of this thesis highlights two development phases: the first one, from 1980 to 2005, corresponding to the emergence of the oil sands sector through regulatory, economic and geographical levers; the second one, started in 2005 with the deterioration of the economic climate, during which oil sands development slowed down significantly. The second part of this thesis focuses on the prospective analysis of the horizon 2050. Firstly, the development of a supply model based on linear programming allowed us to quantify non conventional oil trend supply under deterministic price and environmental regulation scenarios. In particular, investment decision is significantly affected by the establishment of a CO2 tax. Secondly, the development of another supply model based on dynamic programming allowed us to evaluate future non conventional crude oil supply under uncertainties. A negative impact of price uncertainty and volatility on investment decision is highlighted, under or without environmental regulation. This negative impact is strengthened by the introduction of a supplementary uncertainty in environmental legal framework.

Au cours de ces dernières années les activités de recherches sur les carburants reformulés destinés au secteur aéronautique ont considérablement augmenté. En effet, le fort développement du secteur aérien pousse les scientifiques à chercher une alternative au carburéacteur destiné aux aérodynes dans le but d'économiser le pétrole mais aussi de lutter contre le réchauffement climatique et la pollution atmosphérique. Dans cette thèse nous avons mené des expériences d'oxydation sur trois hydrocarbures lourds, un kérosène conventionnel Jet A-1, des kérosènes reformulés (bio kérosène) et de synthèse (carburant issu de la synthèse Fischer-Tropsch). Ces études ont été réalisées en réacteur auto-agité par jets gazeux à haute pression (10 atm), dans un large domaine de températures (550-1150 K) et à trois richesses (Ф=0,5, 1 et 2). Les analyses par spectrométrie d'absorption infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et la chromatographie en phase gazeuse (CPG-FID-TCD-MS) nous ont permis de mesurer les profils de concentration des réactifs, des produits finals et des intermédiaires stables en fonction de la température. Des mécanismes cinétiques détaillés adaptés aux composés étudiés ont été développés et validés par confrontation avec les résultats expérimentaux.

Au cours de ces dernières années les activités de recherches sur les carburants reformulés destinés au secteur aéronautique ont considérablement augmenté. En effet, le fort développement du secteur aérien pousse les scientifiques à chercher une alternative au carburéacteur destiné aux aérodynes dans le but d’économiser le pétrole mais aussi de lutter contre le réchauffement climatique et la pollution atmosphérique. Dans cette thèse nous avons mené des expériences d’oxydation sur trois hydrocarbures lourds, un kérosène conventionnel Jet A-1, des kérosènes reformulés (bio kérosène) et de synthèse (carburant issu de la synthèse Fischer-Tropsch). Ces études ont été réalisées en réacteur auto-agité par jets gazeux à haute pression (10 atm), dans un large domaine de températures (550-1150 K) et à trois richesses (Ф=0,5, 1 et 2). Les analyses par spectrométrie d’absorption infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et la chromatographie en phase gazeuse (CPG-FID-TCD-MS) nous ont permis de mesurer les profils de concentration des réactifs, des produits finals et des intermédiaires stables en fonction de la température. Des mécanismes cinétiques détaillés adaptés aux composés étudiés ont été développés et validés par confrontation avec les résultats expérimentaux. / In recent years research activities on reformulated fuels for the aviation industry have increased. Indeed, the strong development of the airline industry pushes scientists to seek for alternative jet fuel intended for aerodynes in order to preserve oil but also to fight against global warming and air pollution. In this thesis we have conducted experiments on the oxidation of three heavy hydrocarbons, a conventional Jet A-1, reformulated jet fuels (bio-kerosene) and synthetic kerosene (Fischer-Tropsch jet fuel). These studies were carried out in jet stirred reactor at high pressure (10 atm), in a wide temperature range (550-1150 K), for three equivalence ratios (Ф=0.5, 1, and 2). Chemical analyses by Fourier Transformed Infra-Red spectrometry (FTIR) and gas chromatography (GC-FID-TCD-MS) allowed us to measure concentration profiles of reactants, stable intermediates and final products versus temperature. Detailed chemical kinetic reaction mechanisms adapted to the studied compounds were developed and validated by comparison with experimental results.

Simuler les réservoirs souterrains permet d’optimiser la production d’hydrocarbures. Les réservoirs naturellement ou hydrauliquement fracturés détiennent une part importante des réserves et exhibent un degré élevé d’hétérogénéité : les fractures, difficiles à détecter, impactent fortement la production via des réseaux préférentiels d’écoulement. Une modélisation précise de ces forts contrastes permettrait d’optimiser l’exploitation des ressources tout en maîtrisant mieux les risques environnementaux. L’enjeu est de prédire les processus d’écoulement multi échelles par un modèle simplement paramétrable. Une stratégie de simulations, qui améliore la fiabilité et les temps de calculs est mise au point dans cette thèse. Elle permet de simuler numériquement ou analytiquement la complexité d’un réservoir fracturé à grande échelle. Ces techniques dont l’intérêt est démontré sur un réservoir de roche mère trouvent des applications en géothermie ou dans la gestion des ressources en eau.

Le travail réalisé dans cette thèse concerne la mise au point de procédés de fabrication de microbobines essentiellement sur support souple. Deux applications sont spécifiquement visées : le contrôle non-destructif (CND) des matériaux et l'imagerie par résonance magnétique nucléaire. Dans le cas des supports souples, la flexibilité du substrat permet de placer le capteur au plus près de l'élément à caractériser lorsque la surface de celui-ci n'est pas plane et d'augmenter ainsi la sensibilité du dispositif de mesure. L'impact de la technologie sur les performances des microdispositifs élaborés est étudié pour deux types de microbobines : des microbobines planaires et tridimensionnelles. Le procédé de fabrication utilisé met en oeuvre le micromoulage de cuivre. Pour améliorer l'adhérence cuivre/substrat de polymère (Peek ou Kapton), un traitement plasma est effectué avant la croissance de la couche d'amorçage. Les bobines 3D sont obtenues en 2 étapes de micromoulage en utilisant un moule tridimensionnel réalisé en lithographie à niveaux de gris. La réalisation de via par ablation laser et leur remplissage par croissance électrolytique permet d'obtenir des connexions électriques par la face arrière des supports et de diminuer la distance échantillon/capteur. Pour le CND, des microbobines planaires de 40 tours (L ≈ 1 µH ; largeur des pistes : 5 µm) et des microsolénoïdes de 13 tours (L < 1nH) sont réalisés et caractérisés. Les performances électriques obtenues (facteur de qualité Q ≈ 25) sont excellentes et nettement supérieures à celles des dispositifs réalisés sur silicium oxydé (Q ≈ 5). Dans le cadre de l'IRM, les antennes réalisées présentent des diamètres variant de 3 à 15 mm. A 64MHz, les antennes de 15 mm présentent un Q de 80 ce qui constitue un excellent résultat. Une première image au monde utilisant une micro-antenne déformée d'une tumeur implantée chez la souris a été obtenue.

Les caractéristiques sensorielles peuvent être mesurées par des méthodes descriptives d'évaluation sensorielle, parmi lesquelles le profil conventionnel. Les résultats sensoriels de profil présentent une forte variabilité, due, d'une part aux différences entre les sujets du panel, et d'autre part à la variabilité intra-lot, et notamment aux différences existant entre les individus d'un échantillon. À ce jour, la variabilité des sujets est prise en compte et les méthodologies de collecte et d'analyse des données ont été adaptées dans ce but. Néanmoins, la variabilité intra-lot n'a pas été abordée, malgré le challenge qu'elle représente. Avec pour produit modèle la pomme, ce travail de thèse aborde la problématique de la variabilité intra-lot sous deux angles : la mesure de la variabilité et la réduction de la variabilité, dans le but d'obtenir une mesure sensorielle plus fiable. Premièrement, la capacité de discrimination du panel a été observée entre les variétés étudiées et entre les fruits de chaque variété, identifiés comme différents selon une mesure instrumentale. Deuxièmement, afin de prendre en compte la variabilité intra-lot, le modèle d'analyse de la variance classiquement utilisé en évaluation sensorielle a été adapté avec l'ajout d'un facteur fruit hiérarchisé au facteur variété. Cette adaptation implique le partage de chaque fruit par plusieurs sujets. L'application de ce modèle a démontré l'importance de la variabilité intra-lot et l'importance du choix du modèle pour obtenir des résultats plus pertinents. De plus, le modèle d'analyse de la variance déterminé a été adapté afin de distinguer désaccord pur entre les sujets et différences de dispersion. Enfin, une réduction de la variabilité effective est obtenue par le partage des fruits ou par une homogénéisation instrumentale, cette dernière étant dépendante de la variété et de la mesure choisie. Les résultats de ce travail apportent des clés méthodologiques pour l'obtention de résultats fiables dans la cadre de l'évaluation sensorielle de produits variables.

Cette thèse porte sur l'étude de la dynamique de spin dans CeCoIn5 et plus précisément sur l'étude de la "résonance de spin" dans ce composé. CeCoIn5 est le composé à fermions lourds à base de cérium ayant la température de supraconductivité la plus élevé ( Tc = 2.3 K) et présente une supraconductivité non-conventionnelle avec un gap de type d_{x^2-y^2}. Dans l'état supraconducteur, le spectre des excitations magnétiques est radicalement modifié avec l'apparition d'un excitation particulièrement intense appelé "Résonance de spin". Ce type d'excitations a déjà été découvert dans les supraconducteurs haute-températures, dans d'autres composés à fermions lourds et également dans les nouveaux supraconducteurs au Fer. Dans cette thèse, nous étudions l'évolution de la résonance de spin en présence d'un champ magnétique et avec l'introduction d'impuretés magnétiques et non-magnétiques. D'après notre étude, les impuretés vont influer sur la résonance de spin via le gap supraconducteur, en effet la présence d'impuretés diminue le gap supraconducteur et l'énergie de la résonance de spin va diminuer de manière proportionnelle. L'influence du champ magnétique est délicate à considérer mais nos recherches porteraient vers un splitting Zeeman de la résonance de spin en accord avec les modèles développés pour les cuprates.

Cette thèse porte sur l'étude de la dynamique de spin dans CeCoIn5 et plus précisément sur l'étude de la "résonance de spin" dans ce composé. CeCoIn5 est le composé à fermions lourds à base de cérium ayant la température de supraconductivité la plus élevé ( Tc = 2.3 K) et présente une supraconductivité non-conventionnelle avec un gap de type d_{x^2-y^2}. Dans l'état supraconducteur, le spectre des excitations magnétiques est radicalement modifié avec l'apparition d'un excitation particulièrement intense appelé "Résonance de spin". Ce type d'excitations a déjà été découvert dans les supraconducteurs haute-températures, dans d'autres composés à fermions lourds et également dans les nouveaux supraconducteurs au Fer. Dans cette thèse, nous étudions l'évolution de la résonance de spin en présence d'un champ magnétique et avec l'introduction d'impuretés magnétiques et non-magnétiques. D'après notre étude, les impuretés vont influer sur la résonance de spin via le gap supraconducteur, en effet la présence d'impuretés diminue le gap supraconducteur et l'énergie de la résonance de spin va diminuer de manière proportionnelle. L'influence du champ magnétique est délicate à considérer mais nos recherches porteraient vers un splitting Zeeman de la résonance de spin en accord avec les modèles développés pour les cuprates. / In this thesis, the spin dynamics of CeCoIn5 has been studied by inelastic neutron scattering. CeCoIn5 presents the highest critical temperature ( Tc = 2.3 K) among heavy fermion Ce-based compounds and shows an unconventionnal supraconductivity with a $d_{x^2-y^2}$-wave gap. The magnetic excitation spectra is radically changed in the supraconducting state with the apparition of an intense excitation named "Spin resonance". This kind of excitation has already been discovered in high-Tc superconductors and even in the new Iron-based superconductors. In this thesis, we focused on the evolution of the spin resonance with the application of a magnetic field and the introduction of magnetic and non-magnetic impurities. From our study, the main effect of impurities is to decrease the superconducting gap which leads to a proportionnal decrease of the resonance energy. The case of magnetic field is more difficult and our researchs suggest a Zeeman splitting of the spin resonance in agreements with the models developped for the cuprates.