Nowadays, many organizations choose to increasingly implement the cloud computing approach. More specifically, as customers, these organizations are outsourcing the management of their physical infrastructure to data centers (or cloud computing platforms). Energy consumption is a primary concern for datacenter (DC) management. Its cost represents about 80% of the total cost of ownership and it is estimated that in 2020, the US DCs alone will spend about $13 billion on energy bills. Generally, the datacenter servers are manufactured in such a way that they achieve high energy efficiency at high utilizations. Thereby for a low cost per computation all datacenter servers should push the utilization as high as possible. In order to fight the historically low utilization, cloud computing adopted server virtualization. The latter allows a physical server to execute multiple virtual servers (called virtual machines) in an isolated way. With virtualization, the cloud provider can pack (consolidate) the entire set of virtual machines (VMs) on a small set of physical servers and thereby, reduce the number of active servers. Even so, the datacenter servers rarely reach utilizations higher than 50% which means that they operate with sets of longterm unused resources (called 'holes'). My first contribution is a cloud management system that dynamically splits/fusions VMs such that they can better fill the holes. This solution is effective only for elastic applications, i.e. applications that can be executed and reconfigured over an arbitrary number of VMs. However the datacenter resource fragmentation stems from a more fundamental problem. Over time, cloud applications demand more and more memory but the physical servers provide more an more CPU. In nowadays datacenters, the two resources are strongly coupled since they are bounded to a physical sever. My second contribution is a practical way to decouple the CPU-memory tuple that can simply be applied to a commodity server. Thereby, the two resources can vary independently, depending on their demand. My third and my forth contribution show a practical system which exploit the second contribution. The underutilization observed on physical servers is also true for virtual machines. It has been shown that VMs consume only a small fraction of the allocated resources because the cloud customers are not able to correctly estimate the resource amount necessary for their applications. My third contribution is a system that estimates the memory consumption (i.e. the working set size) of a VM, with low overhead and high accuracy. Thereby, we can now consolidate the VMs based on their working set size (not the booked memory). However, the drawback of this approach is the risk of memory starvation. If one or multiple VMs have an sharp increase in memory demand, the physical server may run out of memory. This event is undesirable because the cloud platform is unable to provide the client with the booked memory. My fourth contribution is a system that allows a VM to use remote memory provided by a different rack server. Thereby, in the case of a peak memory demand, my system allows the VM to allocate memory on a remote physical server.

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

Cette thèse consiste en quatre essais qui traitent de négociation et de réseaux en théorie des jeux noncoopérative. Le premier chapitre présente des jeux de négociations dans un contexte d’externalités. Le jeude négociation sur la digue traite d’une approche non coopérative d’un jeu d’investissement dans un contexted’externalités positives. Les incitations `a prendre part aux négociations se synthétisent en un ”jeude la poule mouillée”. Les résultats montrent qu’il est socialement plus efficace qu’un joueur intermédiairemène les négociations. Le problème de négociation sur la rivière est un jeu de négociation non coopératifsur l’utilisation de la ressource fluviale en présence d’externalités négatives. Il existe des analogies entre lessolutions obtenues dans les cas de l’ATS et de l”UTI. Le deuxième chapitre traite de la formation de réseauxde producteurs et de détaillants en présence d’externalités négatives lorsque les joueurs sont clairvoyantsde degré-K. Les résultats montrent que (i) un degré de clairvoyance relativement faible est suffisant pouratteindre la clairvoyance absolue ou infinie; (ii) les définitions habituelles de l’optimum ou de l’efficience neconviennent pas parfaitement `a un concept de stabilité ensembliste. (iii) S’il existe une correspondance transitiveentre la stabilité clairvoyante par paires et la stabilité clairvoyante de degré infini, alors l’ensemble stablepeut être efficient. Dans Attribution de la valeur entre joueurs clairvoyants dans le processus de formationde réseau. Il s’agit d’un chapitre théorique qui propose le concept de stabilité von Neumann-Morgensternavec négociation. Dans ce concept de solution, les ensembles de réseaux stables, ainsi qu’une répartitionégalitaire au sein des composants du réseau sont déterminés conjointement, et de manière endogène. Cedernier chapitre met en évidence les conditions nécessaires pour que les réseaux von Neumann-Morgensternavec négociation soient efficients. / The thesis consists in four essays that deal with bargaining and networks in non cooperative game theory.The first chapter introduce river bargaining games in the context of externalities. The seawall bargaininggame deals with a non cooperative approach of an investment game in a context of positive externalities.The main result shows that the positioning of the agents impacts their incentives to sit at the bargainingtable, leading to a chicken game. An intermediary player should lead the negotiations to improve the societalwelfare. In the River bargaining problem, a non cooperative bargaining on a flowing resource in the presenceof negative externalities. Results show that depending on the instigator of the bargaining sequences but thereare analogies between solutions under the ATS and the UTI principles. The second chapter deals with theformation of networks of manufacturers and retailers in the presence of negative externalities when playersare level-K farsighted. The results show that, (i) a relatively low level of farsightedness is sufficient to reachthe infinite level of farsightedness; (ii) usual definitions of optimality or efficiency find limitations when itcomes to be confronted to a set-based definition of stability. (iii) If there is transitive correspondence betweenthe pairwise farsighted stable set and the level-1 farsighted stable set, then this set is likely to be stronglyefficient. In Allocating value among farsighted players in network formation, we proposes the concept of avon Neumann-Morgenstern farsighted stable set with bargaining. Under this solution concept, the stablenetworks so as the componentwise egalitarian allocation rule emerge endogenously. This chapter providesnecessary conditions under which a von Neumann-Morgenstern farsighted stable set with bargaining sustainsthe strongly efficient networks.

L'objectif de cette étude est l'évaluation des potentialités de la nanophotonique à fort contraste d'indice pour la réalisation de deux fonctions optoélectroniques hyperfréquences : une fonction retard variable et un interrupteur tout optique ultrarapide. Nous proposons l'utilisation de nanofils d'InP insérés dans une matrice de faible indice optique en benzocyclobutène par report de substrat. Cette structure bénéficie des propriétés des matériaux III-V pour la réalisation de fonctions actives. La réalisation d'une telle structure passe par l'optimisation d'un procédé technologique de haute résolution, pour palier la forte sensibilité des nanofils à toute variation de taille. La qualité de la technologie employée a été démontrée par la caractérisation optique de nos structures, avec la mise en évidence de pertes de propagation inférieures à 10 dB/cm et d'une réduction importante des pertes de couplage. Les caractéristiques ainsi obtenues font des nanofils d'InP dans le BCB une structure de qualité pour la réalisation de fonctions actives et nous permettent d'étudier les phénomènes physiques à l'origine des fonctions envisagées. Ainsi, la faisabilité de réseaux de Bragg sur nanofil d'InP dans le BCB a pu être mise en évidence et leur potentialité pour la création de retards hyperfréquences liés au phénomène de lumière lente a été évaluée à environ 1 ns pour des réseaux de 1 mm de long. Par ailleurs, le phénomène de saturation d'absorption a également été démontré et permettra la création d'un interrupteur tout optique. En outre, des pistes ont été proposées pour assurer le caractère ultrarapide et en diminuer la puissance de commande / This work gives an insight into the possible application of high index contrast based nanophotonics to process microwave - photonic functions such as a tunable time delay and an all-optical ultrafast switch. InP embedded in a low optical index matrix (benzocyclobutene) by wafer bonding is considered for this purpose to take benefit of III-V material electro-optical properties. High resolution technological process is required due to the high sensitivity of the nanowires to any change in their size. The optical characterisation proved the quality of the process, through the highlighting of state-of-the-art propagation los (less than 10 dB/cm) and strong decrease of coupling loss. Such good propagation characteristics allow us to use the InP/BCB nanowires as a first step for active functions and to study physical phenomena they are based on. So, Bragg gratings on InP/BCB nanowires were processed and characterized successfully. Slow light phenomenon at the band edge of such structures should allow 1 ns microwave delay for a 1 mm long grating. ln addition, absorption-saturation was demonstrated opening the way to an all-optical switch. Furthermore, propositions are made towards ultrafast and low power devices.

Le développement de nanomatériaux semi-conducteurs s'accompagne d'une complexification de leur structure cristalline et de leur composition chimique. Les interfaces y constituent un élément essentiel, qu'il est nécessaire d'étudier. Pour cela, il faut disposer d'outils de caractérisation adaptés, qui sont décrits dans le premier chapitre de ce mémoire. Ces instruments ont tout d'abord servi à explorer des nano-fils semi-conducteurs à hétéro-structures (chapitre 2), dans lesquels des inclusions poly-types présentent un piégeage du niveau de Fermi en surface, conduisant ainsi à la formation de jonctions surfaciques i-p. Dans un second temps, des nano-cristaux à hétéro-structures ont été analysés (chapitre 3). Les mesures ont révélé une transformation de phase des nano-cristaux sous excitation lumineuse, qui a pour origine une différence de structure cristalline des deux matériaux de base. En parallèle, des études ont été menées sur de nouveaux matériaux à deux dimensions constitués de pores : le Silicène (chapitre 4), l'équivalent du graphène à base d'atomes de silicium uniquement, et des super-réseaux de nano-cristaux semi-conducteurs fusionnés, possédant une structure poreuse (chapitre 5). Dans les deux cas, après avoir étudié la structure cristalline des matériaux, des mesures de transport ont été effectuées grâce à la technique de mesure par microscopie à effet tunnel à pointe multiple. De par la faible résistivité mesurée, ces matériaux servent de système modèle unique pour comprendre le transport dans des réseaux poreux à deux dimensions. / The development of semi-conductor nanomaterials takes along with an increase of the complexity regarding their crystalline structure and chemical composition. Interfaces are essential in accounting for the physical properties of the materials and require a thorough investigation. It relies on the use of specific instruments, that are described in the first section of this work. These instruments are then used to explore hetero-structure nanowires, that contain poly-types segments with different Fermi level pinnings at the surface, leading to $i-p$ junctions (section 2). Hetero-structure nanocrystals have also been characterized (section 3). Their study has revealed a phase transformation under light irradiation, that is attributed to the different crystalline structures between their core and their shell. Along with these investigations, novel two-dimensional semi-conductor crystals have been explored due to the exotic electronic structures that they could exhibit. Silicene, the Graphene analog, and porous networks of semi-conductor nanocrystals have been studied (section 4 and 5 respectively). The transport properties have been characterized with multiple probes Scanning Tunneling Microscopy and have revealed the uniqueness of these systems to improve our understanding of the electrical transport in two-dimensional crystals.

Les organismes vivants prennent des décisions en permanence à l’aide de réseau de réactions chimiques couplées (CRN) les unes aux autres. Cette capacité a inspirée de nombreux scientifiques qui cherchent aujourd’hui à construire des versions synthétiques de ces réseaux pour créer des systèmes dynamiques complexes. Les molécules d’ADN constituent une solution idéale pour construire de tels CRNs. Le travail de recherche présenté dans ce manuscrit vise à développer des surfaces actives qui permettent d’interagir avec la PEN toolbox en environnement microfluidique afin de pouvoir utiliser pleinement le potentiel de tels systèmes moléculaires. Nous avons étudié l’utilisation de la PEN toolbox en microfluidique en explorant différents paramètres. Nous discuterons ensuite de la réalisation de surfaces actives et de leur caractérisation. Celles-ci sont concues pour permettre l’immobilisation de brins d’ADN via une liaison thiol et leur largage en solution en rompant électro-chimiquement cette liaison. Nous discuterons également d’aspect technique permettant l’intégration aisée d’une telle stratégie dans des dispositifs microfluidiques. Par la suite, nous montrerons qu’il est possible de contrôler spatio-temporellement le largage d’instructions à base d’ADN. Pour ce faire, nous nous appuierons sur une version plus évoluée de l’auto-catalyseur présenté précédemment. Nous mettrons en évidence qu’il est possible d’initier de façon contrôlée des phénomènes de réaction-diffusion dans des canaux microfluidiques.Pour finir, nous ouvrirons des perspectives pour la conception de surface actives permettant un niveau de contrôle encore plus grand des systèmes moléculaires. / Living organisms perform complex information processing tasks with a help of intertwined chemical reaction networks (CRNs) and diffusion processes. These biological phenomena inspired scientists to design from the bottom-up dynamical systems with complex spatiotemporal behaviour. DNA provides a perfect solution for building these synthetic CRNs. Our research work focused on designing active surfaces with the aim to provide a convenient way to interact in microfluidics with the PEN toolbox (as an example of DNA-based CRNs) and explore the full potential of these novel biochemistry tools. We will study the step by step assembly and optimisation of the PEN toolbox parameters. Next, we will discuss the construction and characterisation of active surfaces, which provide loading and controllable release of DNA input, based on formation and electrochemical cleavage of gold-thiol bond. We will also provide a technological solution to integrate these surfaces and the PEN toolbox in microfluidics. We will show controllable triggering of basic activation and autocatalysis PEN toolbox modules. We will further apply our method for spatiotemporal control of autocatalytic CRNs, which have higher stability then simple autocatalytic module while still providing an exponential signal amplification contrary to the activation module. This approach allows us to investigate and optimise the parameters of our technology. Finally, we will discuss the construction of active surfaces with irreversibly bound DNA, which provides a higher level of the PEN toolbox spatiotemporal behaviour, based on electrical polarisation and tuning the shape of surface-attached DNA patterns.

Ce travail de thèse avait pour objectif d'explorer les spécificités cognitives des enfants à haut potentiel intellectuel (EHPI). Ces enfants présentent habituellement un Quotient Intellectuel (QI) élevé, estimé à partir de tests standardisés comme le Wechsler Intelligence Scales for Children (WISC). Ce type d'évaluation est souvent coûteux en temps. Premièrement, nous sommes alors intéressés à l'élaboration et à la sélection de formes abrégées du WISC ayant les meilleures qualités psychométriques ainsi que les meilleures probabilités d'identifier les EHPI. Ces formes abrégées offrent la possibilité aux praticiens et aux chercheurs de réaliser des évaluations approfondies afin d'identifier les caractéristiques socioémotionnelles et cognitives de ces enfants à besoins particuliers, afin de leur proposer des programmes éducatifs spéciaux. Parmi les différentes aptitudes cognitives, les capacités attentionnelles et de mémoire de travail (MDT) ont particulièrement retenu notre attention à cause de leurs liens privilégiés avec les capacités intellectuelles, les capacités d'apprentissage ou encore les performances scolaires. Deuxièmement, nous avons montré que le rythme développemental des réseaux attentionnels des EHPI ne se différenciait pas de celui de leurs pairs. Toutefois, les EHPI présentaient une meilleure capacité de contrôle exécutif que leurs pairs.Troisièmement, nous avons présenté l'utilité d'une épreuve adaptative de la MDT dans les études développementales. À partir de cette épreuve originale de MDT, nous avons confirmé que les EHPI présentent de meilleures performances en MDT que leurs pairs. Nos résultats ont également montré que leur rapidité à traiter la phase interférente de cette tâche semble être importante dans le fonctionnement de leur MDT. Ce travail de thèse a permis de confirmer et d'approfondir nos connaissances sur les caractéristiques cognitives des EHPI. Dans une perspective développementale et éducative, l'identification des forces et des limites de leurs caractéristiques cognitives semble fondamentale dans la prise en compte de leurs besoins éducatifs particuliers / The aim of this research was to explore the cognitive specificities of intellectually gifted children (IGC). These children usually have a high Intellectual Quotient (IQ), estimated from standardized tests such as the Wechsler Intelligence Scales for Children (WISC). This type of evaluation is often time-consuming. Firstly, we focused on the elaboration and selection of short forms of WISC with the best psychometric qualities and the best probabilities of identifying IGC. These short forms offer the opportunity of practitioners and researchers to conduct in-depth assessments to identifying the socio-emotional and cognitive characteristics of these children with special needs, in order to offer them special educational programs. Among the various cognitive aptitudes, attention and working memory capacities (WMC) have been investigated in IGC. These cognitive aptitudes are closely linked with intellectual capacities, learning capacities or even academic performance. Secondly, we have shown that the gradient of attentional networks development in IGC was not different from that of their peers. However, IGC had a higher executive control than that of their peers. Thirdly, a study has shown the utility of a WMC task with an adaptive procedure in developmental studies. Based on this original WMC task, another study has confirmed that IGC perform better in WMC than their peers. Their speed to process the interfering phase seems to involve in their high WMC. This doctoral thesis has confirmed and broaden our knowledge about the cognitive characteristics of IGC. In developmental and educational perspective, the strengths and limitations of cognitive characteristics have strong impact on the identification of their particular educational needs

Les systèmes biologiques présentent de nombreux phénomènes complexes, aux interactions encore plus complexes. La modélisation a pour but de faciliter l'étude et la compréhension des systèmes biologiques, par l'observation ou la simulation des modèles créés. Les réseaux d'interactions biomoléculaires sous-tendent ces modèles. Les travaux de thèse que nous présentons portent sur la prédiction systématique de réseaux d'interactions biomoléculaires, afin de fournir les éléments d'entrée nécessaires au processus de modélisation. Les deux thèmes centraux seront la prédiction de réseaux d'interactions protéine-protéine et l'extrapolation de voies métaboliques. Nous définissons tout d'abord un cadre formel d'extraction de graphes d'interactions dictée par des politiques, qui permet de créer des résumés intelligents à partir de jeux de données hétérogènes. Une séparation claire des tâches d'extraction et de visualisation de l'information nous permet d'exprimer différents algorithmes existants, estimant par exemple la qualité des réseaux d'interactions biomoléculaires prédits. Nous avons mis en oeuvre ce cadre formel dans le logiciel ProViz [Iragne et al., 2005]. Nous présentons par la suite, des méthodes informatiques d'extrapolation de voies métaboliques, inspirées du précédent formalisme et basées sur l'utilisation de voies de référence et sur une identification robuste d'équivalents fonctionnels. Ces méthodes nous permettent de prédire un ensemble de voies métaboliques centrales, formant la base de modèles pour des organismes dont seules les données génomiques sont disponibles. Les différents résultats, disponibles en ligne [Sherman et al., 2006] ou en cours de publication, nous permettent de valider notre approche.

De nombreux travaux portent sur les réseaux de neurones artificiels appliqués à des systèmes fortement contraints (systèmes ambulatoires, systèmes autonomes, systèmes adaptatifs, etc), pour lesquels le caractère élémentaire et massivement distribué des calculs neuronaux s'avère un atout. De façon plus large, ce caractère définit la nature même des calculs connexionnistes : une puissance de calcul et une robustesse fondées sur un parallélisme massif à grain très fin où les unités de calcul s'insèrent dans un flux d'informations très dense. Il est donc indispensable de pouvoir pleinement exploiter ce parallélisme connexionniste, à la fois en termes de potentiel de calcul et en termes de perspectives d'implantations embarquées efficaces. Une partie de ces travaux s'attache à définir différentes approches d'implantation massivement parallèle de réseaux neuronaux. Une approche globale de la pratique de calcul connexionniste ne peut pas faire l'économie d'une réflexion sur les fondements de la conception des architectures connexionnistes susceptibles de résoudre un problème donné. L'essentiel des travaux sur les réseaux de neurones s'est concentré sur la définition de familles de modèles neuronaux dont l'apprentissage permet de traiter des tâches telles que classification, régression, discrimination, auto-régression, etc. Ces modèles restent d'actualité, ne serait-ce que par la variété des applications dans lesquelles ils jouent encore un rôle central, et les travaux rapportés dans ce manuscrit portent en partie sur ces modèles. Néanmoins, ils n'apparaissent le plus souvent que comme des outils de traitement statistique de données, au même titre que de nombreux autres modèles. Ils se heurtent ainsi à une barrière de complexité dans les problèmes qu'ils sont susceptibles de résoudre. Franchir "à l'aveuglette" cette barrière, c'est à dire proposer ex nihilo des architectures connexionnistes capables de réaliser des tâches cognitives complexes, ne semble pas raisonnable. De nombreux chercheurs suggèrent alors de prendre appui sur des exemples naturels de systèmes distribués capables de réaliser ces tâches. Les neurosciences sont une orientation possible. C'est cette inspiration sur la base des mécanismes observés dans le cerveau qui est proposée dans une partie des travaux rapportés dans ce manuscrit. L'objet de ces travaux n'est pas de faire le tour de l'apport possible des neurosciences pour la conception des modèles connexionnistes, mais de montrer que même dans le cas de modèles d'inspiration corticale, la défense du parallélisme connexionniste passe par une étude focalisée sur les mécanismes locaux de gestion du flux d'informations sous-jacent à ces modèles.

Depuis quelques années, le besoin de systèmes de communications plus rapides et plus sures se fait sentir. Le partage entre utilisateurs de la très grande bande passante des fibres optiques nécessite des techniques d'accès adaptées. Afin de répondre à ces besoins, un certain nombre de techniques de multiplexage, dont le CDMA, ont été développées. Cette technique d'accès multiple est déjà largement utilisée dans les systèmes de communications radio-mobiles, que ce soit dans les normes américaines (IS 95), japonaises ou, plus récemment, européenne (UMTS). Ce rapport de thèse traite du DS-CDMA appliqué aux communications optiques. Le premier chapitre permet une mise en contexte et décrit le fonctionnement des techniques de multiplexage utilisées dans les systèmes radiofréquences et les systèmes de transmissions optiques. Le second chapitre présentes les différents types de code utilisés dans les systèmes CDMA. Les codes bipolaires associés aux systèmes radiofréquences sont définis et une présentation des codes optiques est effectuée. Les caractéristiques et contraintes que doivent respecter ces codes optiques, pour être utilisable dans une liaison DS-CDMA optique, sont données. Dans le troisième chapitre, la transmission de signaux CDMA sur un canal optique, passif ou amplifié est abordée et les configurations de décodage électrique et optique, ainsi que les performances du système optique dans ces différentes configurations sont étudies La dernière partie de notre étude concernera l'utilisation de codeurs / décodeurs à réseaux de Bragg dans un système CDMA optique. Des simulations et des montages expérimentaux permettront d'étudier la faisabilité d'une telle implémentation.