La simulation des processus complexes dans des réseaux de transport d'électricité de grande taille nécessite la réduction de la dimension du problème. Comment réduire la complexité spatiale d'un réseau de grande dimension en gardant un bon niveau de précision ? Pour répondre à cette question nous avons divisé ce travail en trois grandes étapes : 1) la réduction par agrégation du nombre de nœuds; 2) la modélisation des liaisons entre ces clusters de nœuds et 3) le calcul des capacités des lignes équivalentes.L'agrégation des nœuds dans un cluster implique que celui-ci sera traité comme une plaque de cuivre par le modèle de marché. En conséquence, pour l'agrégation des nœuds, les congestions récurrentes dans le réseau sont identifiées et placées idéalement aux frontières des clusters. Après la réduction, la même répartition des flux dans le réseau complet et dans le modèle réduit du réseau doit être trouvée. Pour ce fait une méthodologie d'estimation d'une matrice PTDF a été développée. Pour les études économiques la limite thermique des lignes est un paramètre clé. Pour résoudre ce problème, nous proposons une méthodologie qui estime les capacités équivalentes à partir des points de fonctionnement historiques du système complet. Les approches présentées dans ce travail ont été appliquées sur un modèle du réseau continental européen et ont permis d'obtenir un modèle simplifié qui minimise la perte d'information. / The simulation of complex processes in large scale power systems needs the reduction of the problem. How to reduce the spatial complexity of a large scale power network while minimizing information loss? To answer this question we have divided this work in three main steps: 1) network buses aggregation; 2) modelling of the clusters' links; 3) defining the equivalent branches maximum exchange capacity.The bus aggregations in a cluster implies that it will be treated as a coppper-plate by the market model. Therefore, the most frequent network congestions must be identified ideally placed at the clusters frontiers. After the reduction, the same power flow repartition must be found in both reduced and complete model. To do that, a methodology to define a PTDF matrix was developed. For economic purpose studies, the branches maximum capacity is a key parameter, to define this value, a methodology is proposed that estimates the equivalent transmission capacities using historical system operating set points.These approaches were applied to the European transmission network and allowed to define a reduced model that minimises the information loss.

L'omniprésence de la biréfringence photoinduite dans les réseaux optiques photoinscrits, présente un défi important pour l'ingéniosité du procédé de fabrication de ce type de composants. Des études précédentes ont identifié trois contributions à la biréfringence photoinduite dans les réseaux : le stress photoinduit causé par la densification de la structure du verre dans le coeur photosensible de la fibre, l'anisotropie causée par l'excitation préférentielle des défauts d'oxygènes dans la matrice du verre et la biréfringence de forme causée par l'asymétrie du profil du changement d'indice dans le plan transverse. Dans l'objectif de contribuer aux travaux qui visent à remédier à la biréfringence photoinduite, nous nous proposons dans la première partie de cette thèse, de la caractériser et de quantifier les différents facteurs qui y contribuent. Nous calculerons la biréfringence de forme dans différents types de fibres à l'aide d'une méthode vectorielle d'éléments finis d'ordre élevé. Nous évaluerons la biréfringence causée par le stress photoinduit en mettant en évidence, à travers une mesure tomographique, l'asymétrie de la distribution de stress et l'anisotropie d'indice dans la fibre irradiée. Nous en déduirons par la suite la valeur de la contribution de ce type de biréfringence à la biréfringence photoinduite totale. Vu la nature vectorielle de l'onde dans les réseaux biréfringents, il est important de se procurer un outil numérique pour l'analyse et la prédiction de la propagation de l'onde vectorielle dans les réseaux optiques. Ainsi, nous nous proposons dans la deuxième partie de cette thèse, de développer un outil de calcul pouvant décrire l'évolution de la polarisation dans les structures périodiques en tenant compte de la propagation bidirectionnelle de l'onde et de la rotation des axes propres de polarisation dans les régions illuminées et non illuminées du réseau.

Dans ce mémoire, nous concevons et générons des impulsions ultra large bande (UWB) qui exploitent efficacement le masque spectral de la "US Federal Communications Commission" (FCC). Une impulsion efficace améliore le rapport signal à bruit au récepteur en utilisant la majorité de la puissance disponible sous le masque spectral défini par la FCC, ce qui réduit la probabilité d'erreur. Pour trouver les formes d'onde efficaces, nous combinons plusieurs impulsions de type monocycle Gaussien séparées avec certains délais. Chaque monocycle Gaussien a une amplitude inconnue. Les amplitudes sont trouvées par un processus d'optimisation qui maximise la puissance de l'impulsion en respectant le masque spectral de la FCC sur toute la largeur de bande allouée aux communications UWB. Les impulsions efficaces sont réalisées par des filtres à réseaux de Bragg (FBG) dans le domaine optique. L'impulsion temporelle est écrite dans le domaine fréquentiel, et une fibre inonomode fait la conversion fréquence-à-temps. La forme d'onde est inscrite dans le domaine fréquentiel par un FBG. Un photo détecteur balancé élimine l'impulsion rectangulaire non-désirée qui est superposée à la forme d'onde désirée. Une excellente concordance entre les designs et les mesures est accomplie. Les formes d'ondes générées sont propagées entre des antennes à large bande. La réponse impulsionnelle non-idéale des antennes dégrade l'impulsion désirée, ce qui réduit l'efficacité. Nous mesurons la réponse impulsionnelle de l'antenne et l'utilisons dans le processus d'optimisation pour concevoir une forme d'onde efficace adaptée à la réponse de l'antenne. Comme avant, cette forme d'onde est générée avec un FBG. Les résultats expérimentaux montrent une excellente concordance avec la théorie et une amélioration significative de l'efficacité de puissance.

L’émergence des verres dopés à l’erbium a permis le développement d’une multitude d’applications. Toutefois, plusieurs de ces applications comme le LIDAR, la spectroscopie infrarouge et la génération de radiation infrarouge pour les oscillateurs paramétriques optiques pourraient bénéficier d’un milieu possédant une large plage de gain au-delà de celle offerte par l’erbium. C’est ce que permet le thulium avec sa plage de gain s’étalant de 1.7 μm à 2.1 μm. Entraînés par les succès de l’erbium pour la production d’impulsions, plusieurs chercheurs transposent les concepts développés pour l’erbium vers le thulium. Parmi les différentes méthodes de conception d’une cavité laser, les cavités linéaires à rétroaction distribuée ou à miroirs de Bragg permettent la mise en place d’un laser monolithique de très petite taille. Selon le schéma de pompage, il est possible d’opérer un tel laser en régime continu tout comme en régime impulsionnel. Ce document présente la mise en application d’un laser à fibre dopée thulium muni d’une cavité linéaire avec miroirs de Bragg. Dans un premier temps, nous présentons le modèle utilisé pour effectuer la simulation du comportement dynamique du laser. Ce modèle permet d’implémenter un algorithme de simulation numérique capable de prendre en considération l’excitation impulsionnelle, les effets dispersifs induits par le réseau de Bragg et les effets non linéaires intrinsèques à la fibre optique. Ensuite, on présentera la caractérisation des différentes composantes nécessaires à la réalisation du laser au thulium, notamment l’amplificateur à l’erbium pour la production d’impulsions pompe de haute énergie pour l’excitation impulsionnelle du laser à fibre dopée thulium. Enfin, on présentera les performances du laser muni de miroirs de Bragg qu’on comparera aux résultats de simulations numériques. / The emergence of erbium doped glasses has allowed the development of many technologies. However, applications such as LIDAR, infrared spectroscopy and infrared sources for optical parametric oscillators all benefit from having a wide gain bandwidth farther in the infrared than what erbium doped glasses allow. Thulium has shown to be a good candidate for such applications due to its wide gain bandwidth ranging from 1.7 μm to 2.1 μm. Inspired by the success in laser pulse generation from erbium doped media, many researchers decided to apply the knowledge acquired from erbium doped laser sources to thulium doped laser sources. We chose to use a linear distributed Bragg reflector cavity, which allows us to implement a monolithic laser of a very small size. Depending on the pumping scheme, it is possible to operate this laser in a CW regime as well as in a pulsed regime. This document details the implementation of a thulium doped fiber laser in a linear cavity with distributed Bragg reflectors. We first develop the theoretical model used for the simulation of our laser’s dynamics. This model allows us to implement numerical simulations able to treat pulsed pumping, dispersive effects induced by the fiber Bragg grating and intrinsic nonlinear effects. We then characterize the erbium-ytterbium doped phosphate fiber amplifier used to generate pump pulses, along with the other components of the thulium doped fiber laser cavity. The numerical model is then validated by comparing numerical simulations to experimental results obtained from our thulium doped laser.

Les travaux réalisés dans le cadre de ce projet de recherche consistent en la modélisation, l'optimisation et la réalisation expérimentale de filtres optiques périodiques. Les filtres étudiés sont des réseaux de Bragg photo induits par illumination ultraviolette, lesquels présentent un spectre périodique menant à la formation de filtres optiques multicanaux. La principale application des filtres périodiques proposés est la compensation de la dispersion chromatique encourue par des signaux optiques lors de leur propagation dans des liens de fibre optique. Les critères de conception ont été établis afin de démontrer une application concrète de ces filtres multicanaux. Afin de faciliter la conception de filtres optiques particuliers la modélisation et l'optimisation employées dans cette étude utilisent des éléments théoriques de traitement de signal dont, plus particulièrement, la transformée en Z. La faisabilité expérimentale des composants est aussi étudiée et quelques résultats expérimentaux sont exposés dans ce mémoire. Plusieurs techniques d'écriture ont été considérées, dont la superposition de réseaux par écriture successive et l'encodage, dans un masque de phase complexe, de la phase du réseau complexe avec apodisation de l'amplitude de la modulation d'indice. L'introduction du design du réseau de Bragg dans le masque de phase est aussi traitée afin d'améliorer les performances de ce nouveau type de compensateurs de dispersion chromatique. Finalement, la performance système des composants développés est évaluée par différentes mesures de taux d'erreur binaire à 10 Gbit/sec, afin de comparer les pénalités introduites par le compensateur avec celles d'une fibre compensatrice.

Partie I L’analyse de données de relaxation des spins à l’aide de l’approche model-free est très répandue pour obtenir des informations sur la dynamique des protéines aux échelles de temps ps-ns et μs-ms. Afin d’extraire des informations de qualité, les données sont enregistrées à plusieurs champs magnétiques. Combiner de telles données est cependant sujet aux erreurs expérimentales. Ainsi, la consistence des données de relaxation à plusieurs champs doit être vérifiée. Malheureusement, cela s’effectue rarement, i.e. on assume simplement que les données sont correctes. Nous proposons donc une approche simple pour la vérification de la consistence de données de relaxation enregistrées à plusieurs champs. L’utilisation des test proposés améliore l’analyse et réduit la présence artéfactuelle d’échange conformationnel. Ainsi, comme les données d’échange conformationnel sont souvent discutées en terme de liaison de substrat ou de catalyse, s’assurer de leur validité améliore la compréhension biologique du système étudié. Partie II Les b-lactamases de classe A sont impliquées dans la résistance aux antibiotiques. Elles y participent en hydrolysant les b-lactamines. Ces enzymes ont été étudiées par différentes approches : études mutationnelles, simulations de dynamique moléculaire, cristallographie des rayons X et RMN. L’enzyme modèle de cette classe, TEM-1, a précédemment été étudiée par RMN dans notre laboratoire. TEM-1 est très rigide sur l’échelle de temps des ps-ns, mais subit des mouvements lents μs-ms au niveau du site actif. Afin de mieux caractériser la dynamique des b-lactamases de classe A, l’homologue PSE-4 a aussi été étudié par RMN avec des données de relaxation des spins, de dispersion de relaxation par CPMG et d’échange d’amides. Les mêmes conclusions que pour TEM-1 ont été obtenues : rigidité générale élevée et présence de mouvements lents près du site actif. Ces mouvements pourraient être conservés chez les b-lactamases de classe A et ainsi avoir un lien avec la catalyse enzymatique. Cette hypothèse est renforcée par les données RMN pour cTEM-17m, une chimère TEM-1/PSE-4, pour laquelle plusieurs résonances près du site actif sont non observées dû à un élargissement causé par ces mouvements lents. / Part I The analysis of spin relaxation data using the model-free formalism is a widely used approach to get insights into protein dynamics on the ps-ns and μs-ms timescales. In order to extract high quality data, multiple magnetic field datasets are required. Combining datasets recorded using different NMR magnets is prone to experimental errors. Hence, the consistency of multiple field spin relaxation data must be carefully verified. Analysis of multiple field spin relaxation data generally proceeds without verification of consistency, i.e. with only the assumption that data is fine. We propose a simple approach to verify the consistency of multiple field relaxation data. Using the proposed tests improves the analytical approach by reducing the presence of artifactual conformational exchange terms. Since these terms are often rationalised in relation with ligand binding or catalysis, improving their confidence yields a better understanding in terms of biology. Part II Class A b-lactamases are involved in antibiotics resistance. They do so by hydrolysing the b-lactam antibiotics. These enzymes have been widely studied by different approaches including mutational studies, MD simulations, X-ray crystallography and NMR. The model enzyme for this class of proteins, TEM-1, has previously been studied by NMR in the laboratory. It was observed that TEM-1 is a highly ordered protein on the ps-ns timescale, with slower μs-ms motions clustered around the active site. In order to characterize further the backbone dynamics of class A b-lactamases, the homologous enzyme PSE-4 was studied by NMR using different approaches such as spin relaxation, CPMG relaxation dispersion, and amide exchange experiments. The same conclusions as for TEM-1 were obtained with a high rigidity along the sequence balanced by slower motions in the vicinity of the active site. These motions might be conserved in class A b-lactamases and potentially be important for catalysis. This hypothesis is further enforced by the backbone resonance assignments for cTEM-17m, a TEM-1/PSE-4 chimera, where many resonances are unobservable around the active site, potentially suffering from line broadening caused by slow motions.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Dans un contexte de présence de plus en plus proéminente d'unités électroniques ou Electronic Control Units (ECU) dans les véhicules [3, 127], la cybersécurité dans le domaine automobile joue un rôle de plus en plus critique [3, 20, 94, 127]. Les systèmes de tests avec matériel dans la boucle (ou Hardware-in-the-Loop (HIL)) sont un bon moyen d'évaluer la résilience des composants d'un véhicule à une attaque de type cyber [28, 29, 74]. Les systèmes de tests HIL sont généralement composés d'un châssis, dans lequel viennent se loger des cartes d'interface et de calcul. Cette architecture a l'avantage d'être très modulaire, une caractéristique nécessaire lorsque la configuration et la complexité des montages varient énormément d'un test à un autre. Ce travail présente un système de test HIL pour les applications automobiles, utilisant Ethernet comme technologie de communication de base. Bien entendu, son coût d'équipement inférieur en fait une alternative intéressante à des systèmes basés sur le PCI eXtention for Intrumentation (PXI) et VME eXtention for Instrumentation (VXI), qui sont les protocoles plus traditionnellement utilisés dans ces applications. Ainsi, on évaluera la viabilité de l'Ethernet dans une telle application, avant de définir le Small Payload Ethernet for HIL (SPEHIL), un protocole spécialement optimisé pour les tests HIL enchâssis. En effet, l'adoption d'Ethernet n'est pas sans défis. Ces derniers sont causés principalement par son taux d'encapsulation très élevé. C'est pourquoi le SPEHIL vient se placer au niveau des couches réseau, transport et application afin de mitiger cette tendance du protocole. Le SPEHIL définit également une couche applicative offrant ainsi la standardisation du contrôle des modules à travers une série de séquences de messages prédéfinis. On définit ensuite le premier prototype de système SPEHIL intégré, dans le but d'en évaluer les performances. Ce dernier se base sur une carte de développement Field Programmable Gate Array (FPGA) Zynq et offre l'interface nécessaire à l'usager pour interagir avec ce dernier. On termine par l'analyse des performances du protocole en place comparé à l'Ethernet tout comme à ses principaux rivaux dans le domaine du HIL. / In a context of an increasingly prominent presence of electronic units or ECU in vehicles [3, 127], cybersecurity in the automotive field plays an increasingly important role [3, 20, 94, 127]. Hardware-in-the-Loop (or HIL) test systems are a good way to assess the resilience of vehicle components to a cyberattack [28, 29, 74]. HIL test systems generally consist of a chassis, in which interface and calculation cards are housed. This architecture has the advantage of being very modular, a necessary characteristic when the configuration and the complexity of the test's setup vary enormously from one ECU to another. This work presents a HIL test system for automotive applications, using Ethernet as the core communication technology. Of course, its lower equipment cost makes it an interesting alternative to systems based on PXI and VXI, which are the protocols more traditionally used in these applications. Thus, we will evaluate the viability of Ethernet in such an application, before defining the SPEHIL, a protocol specially optimized for HIL tests in a chassis. Indeed, Ethernet adoption is not without its challenges. These are mainly caused by its very high encapsulation ratio. This is why the SPEHIL's implementation targets the network and transport layers in order to mitigate this tendency of the protocol. SPEHIL also defines an application layer, thus providing standardization of module's control messages through a series of predefined sequences. We then define the first prototype of an integrated SPEHIL system, in order to evaluate its performance. The latter is based on a Zynq FPGA development board and provides the necessary interface for the user to interact with it. We conclude with the analysis of the performance of the protocol in place compared to Ethernet, and its main rivals in the field of HIL.

Ce mémoire traite de la conception et de la mise en opération d’un nouveau type de laser femtoseconde à fibre optique intégrant une paire de réseaux de Bragg à pas variable. La présence de ces éléments de dispersion opposée dans une cavité en anneau révèle une toute nouvelle dynamique temporelle en régime permanent. Une impulsion femtoseconde qui se propage dans une section de la cavité est localement transformée en une impulsion picoseconde grandement chirpée dans l’autre section. Cette dernière section agit essentiellement comme une ligne à délai purement dispersive et peut donc être modifiée de façon à varier la dispersion nette ainsi que la cadence du laser sans pour autant accroître les effets non linéaires. Le laser à l’erbium introduit dans ce mémoire, qui génère des impulsions sous la centaine de femtosecondes dans tous les régimes de dispersion étudiés, pourrait éventuellement devenir une source à impulsions ultrabrèves (< 50 fs) de très grande énergie (> 20 nJ). Cette source serait donc une excellente alternative tout-fibre aux lasers à l’état solide femtoseconde. / In this master’s thesis, we present a new type of femtosecond fiber ring laser that uses a pair of chirped fiber Bragg gratings with opposite dispersion. The presence of such elements in a ring cavity reveals a new mode locking regime where a femtosecond pulse evolving in one section of the cavity is locally transformed into a highly chirped picosecond pulse that propagates in the remaining part of the cavity. The section in which the highly chirped pulse propagates acts essentially as an all-fiber linear dispersive delay line. This portion can thus be modified in order to change the net cavity dispersion or the repetition rate of the laser without significantly increasing the nonlinear effects in the cavity. This erbium-doped fiber laser that generates sub-100 fs pulses in any dispersion regime can potentially produce highenergy ultrashort pulses (> 20 nJ; < 50 fs). This source appears to be a practical all-fiber alternative to femtosecond solid-state lasers.

Le but de ce travail est de construire un système transportable flexible à cout minimum pouvant aider a la réalisation d'un compilateur pour le langage de commande réseau, qui sera utilise par le réseau CYCLADES

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.