Récemment, de nombreuses techniques de microscopie de fluorescence de super-résolution ont été développées pour permettre d'observer de nombreuses structures biologiques au-delà de la limite de diffraction. La microscopie d'illumination structurée (SIM) est l'une de ces technologies. Le principe de la SIM est basé sur l'utilisation d'une grille de lumière harmonique qui permet de translater les hautes fréquences spatiales de l'échantillon vers la région d’observation du microscope. Les méthodes classiques de reconstruction SIM nécessitent une connaissance parfaite de l'illumination de l’échantillon. Cependant, l’implémentation d’un contrôle parfait de l’illumination harmonique sur le plan de l'échantillon n'est pas facile expérimentalement et il présente un grand défi. L’hypothèse de la connaissance parfaite de l’intensité de la lumière illuminant l’échantillon en SIM peut donc introduire des artefacts sur l’image reconstruite de l'échantillon, à cause des erreurs d’alignement de la grille qui peuvent se présenter lors de l’acquisition expérimentale. Afin de surmonter ce défi, nous avons développé dans cette thèse des stratégies de reconstruction «aveugle» qui sont indépendantes de d'illumination. À l'aide de ces stratégies de reconstruction dites «blind-SIM», nous avons étendu la SIM harmonique pour l’appliquer aux cas de «SIM-speckle» qui utilisent des illuminations aléatoires et inconnues qui contrairement à l’illumination harmonique, ne nécessitent pas de contrôle. / Recently, many superresolution fluorescence microscopy techniques have been developed which allow the observation of many biological structures beyond the diffraction limit. Structured illumination microscopy (SIM) is one of them. The principle of SIM is based on using a harmonic light grid which downmodulates the high spatial frequencies of the sample into the observable region of the microscope. The resolution enhancement is highly dependent on the reconstruction technique, which restores the high spatial frequencies of the sample to their original position. Common SIM reconstructions require the perfect knowledge of the illumination pattern. However, to perfectly control the harmonic illumination patterns on the sample plane is not easy in experimental implementations and this makes the experimental setup very technical. Reconstructing SIM images assuming the perfect knowledge of the illumination intensity patterns may, therefore, introduce artifacts on the estimated sample due to the misalignment of the grid that can occur during experimental acquisitions. To tackle this drawback of SIM, in this thesis, we have developed blind-SIM reconstruction strategies which are independent of the illumination patterns. Using the 3D blind-SIM reconstruction strategies we extended the harmonic SIM to speckle illumination microscopy which uses random unknown speckle patterns that need no control, unlike the harmonic grid patterns.

Dans cette thèse, nous présentons notre travail de recherche dans le domaine du calcul haute performance en mécanique des fluides (CFD) pour architectures de type cluster et cloud. De manière générale, nous nous proposons de développer un solveur efficace, appelé ADAPT, pour la résolution de problèmes de CFD selon une vue classique correspondant à des développements en MPI et selon une vue qui nous amène à représenter ADAPT comme un graphe de tâches destinées à être ordonnancées sur une plateforme de type cloud computing. Comme première contribution, nous proposons une parallélisation de l’équation de diffusion-convection couplée àun système linéaire en 2D et en 3D à l’aide de MPI. Une parallélisation à deux niveaux est utilisée dans notre implémentation pour exploiter au mieux les capacités des machines multi-coeurs. Nous obtenons une distribution équilibrée de la charge de calcul en utilisant la décomposition du domaine à l’aide de METIS, ainsi qu’une résolution pertinente de notre système linéaire creux de très grande taille en utilisant le solveur parallèle MUMPS (Solveur MUltifrontal Massivement Parallèle). Notre deuxième contribution illustre comment imaginer la plateforme ADAPT, telle que représentée dans la premièrecontribution, comme un service. Nous transformons le framework ADAPT (en fait, une partie du framework)en DAG (Direct Acyclic Graph) pour le voir comme un workflow scientifique. Ensuite, nous introduisons de nouvelles politiques à l’intérieur du moteur de workflow RedisDG, afin de planifier les tâches du DAG, de manière opportuniste.Nous introduisons dans RedisDG la possibilité de travailler avec des machines dynamiques (elles peuvent quitter ou entrer dans le système de calcul comme elles veulent) et une approche multi-critères pour décider de la “meilleure”machine à choisir afin d’exécuter une tâche. Des expériences sont menées sur le workflow ADAPT pour illustrer l’efficacité de l’ordonnancement et des décisions d’ordonnancement dans le nouveau RedisDG. / In this thesis, we present our research work in the field of high performance computing in fluid mechanics (CFD) for cluster and cloud architectures. In general, we propose to develop an efficient solver, called ADAPT, for problemsolving of CFDs in a classic view corresponding to developments in MPI and in a view that leads us to represent ADAPT as a graph of tasks intended to be ordered on a cloud computing platform. As a first contribution, we propose a parallelization of the diffusion-convection equation coupled to a linear systemin 2D and 3D using MPI. A two-level parallelization is used in our a implementation to take advantage of thecurrent distributed multicore machines. A balanced distribution of the computational load is obtained by using the decomposition of the domain using METIS, as well as a relevant resolution of our very large linear system using the parallel solver MUMPS (Massive Parallel MUltifrontal Solver). Our second contribution illustrates how to imagine the ADAPT framework, as depicted in the first contribution, as a Service. We transform the framework (in fact, a part of the framework) as a DAG (Direct Acyclic Graph) in order to see it as a scientific workflow. Then we introduce new policies inside the RedisDG workflow engine, in order to schedule tasks of the DAG, in an opportunistic manner. We introduce into RedisDG the possibility to work with dynamic workers (they can leave or enter into the computing system as they want) and a multi-criteria approach to decide on the “best” worker to choose to execute a task. Experiments are conducted on the ADAPT workflow to exemplify howfine is the scheduling and the scheduling decisions into the new RedisDG.

La spectrométrie de masse MALDI est une technique devenue incontournable pour l’analyse des biomolécules et largement employée dans de nombreuses applications. Bien que les performances de cette source soient notoires, celles-ci restent encore limitées en particulier en termes de sensibilité ou encore de résolution spatiale pour des applications telles que l’imagerie MALDI MS. En effet, les rendements de production d’ions sont très faibles en MALDI et chutent encore lorsque la résolution spatiale est augmentée (diminution de l’aire irradiée). Ainsi, les objectifs de ces travaux de thèse ont été de développer et d’étudier deux systèmes permettant d’augmenter la sensibilité. La première partie de ces travaux a donc portée sur la réalisation d’un système permettant la désolvatation des agrégats formés dans le processus MALDI via l’utilisation d’un second faisceau laser interceptant la plume en expansion. Par utilisation d’un laser pulsé émettant à 1064 nm il a été ainsi possible de démontrer une augmentation d’un facteur 2 à 3 de l’intensité des signaux d’analyte. Dans une seconde partie, un système de masques de silicium permettant de réduire les dimensions de la zone irradiée (sans agir sur la focalisation du faisceau laser) a été développé. Les études réalisées pour différentes géométries de ces masques ont permis de démontrer d’une part l’efficacité de ces systèmes pour réduire l’aire de la zone irradiée en coupant le faisceau laser incident tout en maintenant l’intensité des signaux, et d’autre part que certaines géométries particulières permettaient d’obtenir un effet d’augmentation de la sensibilité et de la résolution spectrale. / MALDI Mass Spectrometry is an essential tool for biomolecules analysis and is largely employed in various applications. Albeit performances of this ion source are well known, there are still clear limitations in terms of sensitivity and spatial resolution for applications such as MALDI MS Imaging. Indeed, ion production yields are very low in MALDI and, moreover drop when spatial resolution is increased (decrease of irradiated area). Thus, objectives of this work were to develop and study two systems for improving sensitivity. First part of this work was dedicated to setup a system allowing desolvation of material clusters formed in the MALDI process by using a second laser to intercept the expanding plume. By using a pulsed laser emitting at 1064 nm, it was possible to demonstrate an increase of signal intensity by 2 to 3 folds. In a second part, Silicon mask systems allowing reduction of irradiated area (without involving any focusing of the laser beam) was developed. Studies of various geometries of the mask showed their efficiency to reduce irradiated area by cutting part of the laser beam while maintaining signal intensity. Moreover, for certain geometries it was demonstrated that masks could lead to an increase in sensitivity and spectral resolution.

Cette recherche qualitative explore comment des employés, qui affichent de la résilience et qui ont été victimes de harcèlement psychologique de leur supérieur en milieu de travail, ont su appliquer des stratégies d’adaptation efficaces pour préserver leur emploi et résoudre cette situation. Des entrevues individuelles ont été menées selon la méthode de théorisation de Paillé auprès de neuf employés syndiqués et non syndiqués ayant vécu ce type de stress situationnel. Cette méthode inductive permet aux employés d’exprimer, le plus librement possible, sans catégorie préconçue, leur perception et leurs expériences vécues afin qu’ils parviennent à décrire des pratiques de harcèlement en milieu de travail et de circonscrire des stratégies adaptatives leur ayant permis de s’affranchir à la manière d’un oxymore de ces situations. Dans un premier temps, les expériences vécues sont extraites des résultats de ces entrevues et juxtaposées au modèle de la résilience que propose Richardson (2002) ; elles font ressortir que les pratiques de harcèlement employées par des supérieurs émaneraient d’un processus social qui vise à discréditer en exerçant un contrôle direct sur l’employé et en manipulant l’environnement de travail dans le but d’assujettir ce dernier. Dans un deuxième temps, des stratégies provenant de ces employés affichant de la résilience sont présentées pour contrer le harcèlement psychologique dont ils ont été l’objet de leur supérieur en milieu de travail.

Les approches internationales en matière de paix et de réconciliation ont beaucoup évolué depuis le début des années 2000, en tentant d’inclure notamment de plus en plus le niveau local dans le but de favoriser l’appropriation des processus de paix et de réconciliation suite à un conflit interne. Or, ces nouvelles approches théoriques proposent des pistes de solutions sans même avoir consulté les populations locales afin d’identifier leurs besoins en matière de paix et de réconciliation, et sans avoir développé une meilleure compréhension des relations et des interactions locales en période post-conflit. Cette recherche se base sur une étude ethnologique réalisée dans la municipalité de Julcamarca, au Pérou, afin de déterminer quels sont les processus nécessaires dans une communauté ayant été affectée par un conflit interne – entre 1980 et 2000 – pour retrouver la paix et atteindre la réconciliation. Les éléments découverts lors de la recherche, basés sur les définitions locales de paix et de réconciliation plutôt que sur les concepts occidentaux plus souvent utilisés, permettent par la suite une analyse des résultats locaux en matière de paix et de réconciliation, comparativement aux débats théoriques de la 4e génération de pensées en construction de la paix en relations internationales.

La résolution de problèmes arithmétiques verbaux demeure très problématique pour l’élève du primaire. Les recherches dans ce domaine privilégient la compréhension de l’énoncé des problèmes. Une recension critique des écrits a confirmé une meilleure réussite avec un matériel disponible par rapport à une condition sans matériel sans pour autant expliciter avec finesse la genèse de cette différence. Dans cette recherche doctorale, six élèves d’une classe régulière de troisième année du primaire ont réalisé trois activités de résolution de problèmes arithmétiques verbaux de type additif dans un environnement familier avec des jetons disponibles comme matériel de manipulation. Une analyse de la réalisation de ces activités selon le prisme de la dialectique sujet/matériel a indiqué un rapport pictural ou symbolique de ces élèves avec un matériel autre que les jetons. Une microanalyse de ces activités a mis en relief l’évolution d’un matériel d’une forme plutôt personnelle à une forme plutôt conventionnelle dans la représentation de ces élèves. Cette évolution, souvent non consciente, présente un comportement de ces élèves dans cette activité qualifié d’être en mathématiques. Pourtant, la conscience de cette évolution peut mener à la réussite de la résolution de ces problèmes.

La thèse porte sur la résolution des problèmes de satisfiabilité propositionnelle (SAT) et des problèmesde satisfaction de contraintes (CSP). Ces deux modèles déclaratifs sont largement utilisés pour résoudredes problèmes combinatoires de première importance comme la vérification formelle de matérielset de logiciels, la bioinformatique, la cryptographie, la planification et l’ordonnancement de tâches.Plusieurs contributions sont apportées dans cette thèse. Elles vont de la proposition de schémas d’hybridationdes méthodes complètes et incomplètes, répondant ainsi à un challenge ouvert depuis 1998, àla résolution parallèle sur architecture multi-coeurs, en passant par l’amélioration des stratégies de résolution.Cette dernière contribution a été primée à la dernière conférence internationale du domaine (prixdu meilleur papier). Ce travail de thèse a donné lieu à plusieurs outils (open sources) de résolution desproblèmes SAT et CSP, compétitifs au niveau international. / This thesis deals with propositional satisfiability (SAT) and constraint satisfaction problems(CSP). These two declarative models are widely used for solving several combinatorial problems (e.g.formal verification of hardware and software, bioinformatics, cryptography, planning, scheduling, etc.).The first contribution of this thesis concerns the proposition of hybridization schemes of complete andincomplete methods, giving rise to an original answer to a well-known challenge open since 1998. Secondly,a new and efficient multi-core parallel approach is proposed. In the third contribution, a novelapproach for improving clause learning management database is designed. This contribution allows spatialcomplexity reduction of the resolution-based component of SAT solvers while maintaining relevantconstraints. This contribution was awarded at the last international SAT conference (best paper award).This work has led to several open sources solving tools for both propositional satisfiability and constraintssatisfaction problems.

Une précision à l’échelle de la milliseconde dans le transfert d'informations entre les neurones est essentielle pour la synchronisation et la plasticité des circuits neuronaux dans le cerveau. Les axones sont des prolongements neuronaux qui assurent la communication via des impulsions électriques ou des potentiels d’action (PA). A cause du manque de myéline et de leur diamètre très fin, les axones de l'hippocampe propagent les PA lentement et ainsi générer des délais de conduction très long (jusqu’à 100 ms) qui sont traditionnellement considérés comme invariants. Cependant, plusieurs études ont montré que l'activité change la morphologie des axones et module le temps de latence de la transmission. Il convient donc de se demander si le diamètre des axones varie en fonction de l'activité pouvant influencer lapropagation des PA.Les diamètres des axones non-myélinisés de l’hippocampe (compris entre 100-350 nm) sont généralement trop petits pour être résolu par la microscopie photonique conventionnelle. Le développement récent de l’imagerie super résolution STED permet désormais l'observation de la dynamique de leur morphologie détaillée dans le tissu vivant. En combinant la microscopie STED, l’électrophysiologie avec enregistrements en champs et patch-clamp dans des tranches de cerveau de souris et des simulations informatiques, nous avons découvert que les axones du CA3 subissent un élargissement de leur diamètre après l'induction de la potentialisation à long terme (PLT). Nous démontrons que cet élargissementde diamètre augmente la vitesse de conduction des PA. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que les axones peuvent réguler leur diamètre de manière dynamique changeant le délai de conduction des PA, ce qui modifie le timing du transfert d’information dans les circuits neuronaux. Cette étude suggère l’existence d’un nouveau type de mécanisme structurel dans le compartiment axonal jouant un rôle pour la plasticité neuronale. / Millisecond timing precision in the transfer of information between neurons is essential for the synchrony and plasticity of neural circuits in the brain. Axons are neuronal extensions that ensure the communication via brief electrical impulses called action potentials (AP). Because they are unmyelinated and are extremely thin, hippocampal axons propagate APsslowly and thus generate long delays of conduction (up to 100 ms) that are traditionally considered invariant. However, recent studies have shown that activity changes the morphology of axons and modulate the latency of transmission, thus raising the question whether axons undergo activity-dependent structural changes that could influence the propagation of APs. The diameter of hippocampal axons (ranging between 100-350 nm) are usually too thin to be properly resolved by conventional light microscopy. However, the development of super resolution STED imaging now enables the observation of their detailed morphological dynamics in living tissue. Using a novel combination of STED microscopy, field recordings, patch-clamp electrophysiology in mouse brain slices and computer simulations we discovered that CA3 axons undergo long-lasting enlargement in their diameter after the induction of long term potentiation (LTP). We provide strong evidence that this diameter enlargement increases AP conduction velocity. Taken together, our findings indicate that axons can dynamically tune AP propagation delays by changing their diameters, thereby altering the timing of information transfer in neural circuits. This study suggests a novel and powerful structural mechanism for neural plasticity.

Contexte: La microscopie joue un rôle important en biologie depuis plusieurs siècles, mais sa résolution a longtemps été limitée à environ 250 nm, de sorte que nombre de structures biologiques (virus, vésicules, pores nucléaires, synapses) ne pouvaient être résolues. Au cours de la dernière décennie, plusieurs méthodes de super-résolution ont été développées pour dépasser cette limite. Parmi ces techniques, les plus puissantes et les plus utilisées reposent sur la localisation de molécules uniques (microscopie à localisation de molécule unique, ou SMLM), comme PALM et STORM. En localisant précisément les positions de molécules fluorescentes isolées dans des milliers d'images de basse résolution acquises de manière séquentielle, la SMLM peut atteindre des résolutions de 20 à 50 nm voire mieux. Cependant, cette technique est intrinsèquement lente car elle nécessite l’accumulation d’un très grand nombre d’images et de localisations pour obtenir un échantillonnage super-résolutif des structures fluorescentes. Cette lenteur (typiquement ~ 30 minutes par image super-résolutive) rend difficile l'utilisation de la SMLM pour l'imagerie cellulaire à haut débit ou en cellules vivantes. De nombreuses méthodes ont été proposées pour pallier à ce problème, principalement en améliorant les algorithmes de localisation pour localiser des molécules proches, mais la plupart de ces méthodes compromettent la résolution spatiale et entraînent l’apparition d’artefacts. Méthodes et résultats: Nous avons adopté une stratégie de transformation d’image en image basée sur l'apprentissage profond dans le but de restaurer des images SMLM parcimonieuses et par là d’améliorer la vitesse d’acquisition et la qualité des images super-résolutives. Notre méthode, ANNA-PALM, s’appuie sur des développements récents en apprentissage profond, notamment l’architecture U-net et les modèles génératifs antagonistes (GANs). Nous montrons des validations de la méthode sur des images simulées et des images expérimentales de différentes structures cellulaires (microtubules, pores nucléaires et mitochondries). Ces résultats montrent qu’après un apprentissage sur moins de 10 images de haute qualité, ANNA-PALM permet de réduire le temps d’acquisition d’images SMLM, à qualité comparable, d’un facteur 10 à 100. Nous avons également montré que ANNA-PALM est robuste à des altérations de la structure biologique, ainsi qu’à des changements de paramètres de microscopie. Nous démontrons le potentiel applicatif d’ANNA-PALM pour la microscopie à haut débit en imageant ~ 1000 cellules à haute résolution en environ 3 heures. Enfin, nous avons conçu un outil pour estimer et réduire les artefacts de reconstruction en mesurant la cohérence entre l’image reconstruite et l’image en épi-fluorescence. Notre méthode permet une microscopie super-résolutive plus rapide et plus douce, compatible avec l’imagerie haut débit, et ouvre une nouvelle voie vers l'imagerie super-résolutive des cellules vivantes. La performance des méthodes d'apprentissage profond augmente avec la quantité des données d’entraînement. Le partage d’images au sein de la communauté de microscopie offre en principe un moyen peu coûteux d’augmenter ces données. Cependant, il est souvent difficile d'échanger ou de partager des données de SMLM, car les tables de localisation seules ont souvent une taille de plusieurs gigaoctets et il n'existe pas de plate-forme de visualisation dédiée aux données SMLM. Nous avons développé un format de fichier pour compresser sans perte des tables de localisation, ainsi qu’une plateforme web (https://shareloc.xyz) qui permet de visualiser et de partager facilement des données SMLM 2D ou 3D. A l’avenir, cette plate-forme pourrait grandement améliorer les performances des modèles d'apprentissage en profondeur, accélérer le développement des outils, faciliter la réanalyse des données et promouvoir la recherche reproductible et la science ouverte. / Background: Microscopy plays an important role in biology since several centuries, but its resolution has long been limited to ~250nm due to diffraction, leaving many important biological structures (e.g. viruses, vesicles, nuclear pores, synapses) unresolved. Over the last decade, several super-resolution methods have been developed that break this limit. Among the most powerful and popular super-resolution techniques are those based on single molecular localization (single molecule localization microscopy, or SMLM) such as PALM and STORM. By precisely localizing positions of isolated fluorescent molecules in thousands or more sequentially acquired diffraction limited images, SMLM can achieve resolutions of 20-50 nm or better. However, SMLM is inherently slow due to the necessity to accumulate enough localizations to achieve high resolution sampling of the fluorescent structures. The drawback in acquisition speed (typically ~30 minutes per super-resolution image) makes it difficult to use SMLM in high-throughput and live cell imaging. Many methods have been proposed to address this issue, mostly by improving the localization algorithms to localize overlapping spots, but most of them compromise spatial resolution and cause artifacts.Methods and results: In this work, we applied deep learning based image-to-image translation framework for improving imaging speed and quality by restoring information from rapidly acquired low quality SMLM images. By utilizing recent advances in deep learning including the U-net and Generative Adversarial Networks, we developed our method Artificial Neural Network Accelerated PALM (ANNA-PALM) which is capable of learning structural information from training images and using the trained model to accelerate SMLM imaging by tens to hundreds folds. With experimentally acquired images of different cellular structures (microtubules, nuclear pores and mitochondria), we demonstrated that deep learning can efficiently capture the structural information from less than 10 training samples and reconstruct high quality super-resolution images from sparse, noisy SMLM images obtained with much shorter acquisitions than usual for SMLM. We also showed that ANNA-PALM is robust to possible variations between training and testing conditions, due either to changes in the biological structure or to changes in imaging parameters. Furthermore, we take advantage of the acceleration provided by ANNA-PALM to perform high throughput experiments, showing acquisition of ~1000 cells at high resolution in ~3 hours. Additionally, we designed a tool to estimate and reduce possible artifacts is designed by measuring the consistency between the reconstructed image and the experimental wide-field image. Our method enables faster and gentler imaging which can be applied to high-throughput, and provides a novel avenue towards live cell high resolution imaging. Deep learning methods rely on training data and their performance can be improved even further with more training data. One cheap way to obtain more training data is through data sharing within the microscopy community. However, it often difficult to exchange or share localization microscopy data, because localization tables alone are typically several gigabytes in size, and there is no dedicated platform for localization microscopy data which provide features such as rendering, visualization and filtering. To address these issues, we developed a file format that can losslessly compress localization tables into smaller files, alongside with a web platform called ShareLoc (https://shareloc.xyz) that allows to easily visualize and share 2D or 3D SMLM data. We believe that this platform can greatly improve the performance of deep learning models, accelerate tool development, facilitate data re-analysis and further promote reproducible research and open science.

Le diabète de type 2 peut être contrôlé et les complications peuvent être réduites par l'autogestion de comportements de santé. Cependant, le diabète est généralement mal contrôlé chez la moitié des personnes diabétiques. Un manque d'habiletés cognitives ferait obstacle à l'autogestion du diabète. Cette étude descriptive-corrélationnelle a pour but de décrire la perception du problème et les styles de résolution de problème et d'explorer les liens entre ces concepts et le contrôle du diabète tel que défini par le taux d'hémoglobine glyquée (HbAïc) chez deux groupes de personnes atteintes de diabète de type 2 : celles ayant un contrôle optimal du diabète avec une HbA|C < 7 % et celles ayant un contrôle non optimal avec une HbA)C > 7 %. Le modèle de résolution de problème de D'Zurilla est utilisé afin d'analyser ce processus. Les résultats de l'étude révèlent que la perception du problème et le style de résolution de problème ne diffèrent pas entre les deux groupes. La majorité des personnes ont cependant de faibles habiletés de « style rationnel » de résolution de problème. La « perception du problème » et le « style de résolution » de problème ne sont pas associés au taux d'HbAjc. Les programmes éducatifs devraient donc permettre d'accroître les habiletés de style rationnel de résolution de problème afin d'améliorer la capacité d'autogestion chez les personnes adultes diabétiques de type 2.