Cette thèse décrit le développement de deux outils originaux pour l’interférométrie atomique. Le premier est une cavité optique à haute finesse pour la manipulation d’atomes ultra-froids de 87Rb. Cette cavité est d’abord utilisée pour augmenter l’intensité d’un piège dipolaire optique qui permet de piéger et refroidir les atomes. Ainsi, en procédant à un refroidissement par évaporation de l’échantillon atomique, nous avons atteint le régime de condensation de Bose-Einstein. La cavité étant non dégénérée, elle permet également l’injection de différents modes transverses électromagnétiques. Nous avons alors démontré la création et la manipulation de réseau d’ensembles atomiques en utilisant ces modes. La mesure successive de ces ensembles atomiques au cours d’une séquence d’interférométrie atomique permettrait d’augmenter le temps de mesure et ainsi d‘améliorer la sensibilité de l’instrument. Deuxièmement, l’utilisation d’une mesure faible non destructive sur les atomes permet de soutirer de l’information du système sans le perturber. En appliquant une rétroaction après ces mesures, l’état quantique peut être contrôlé. Par l’utilisation d’une séquence de Ramsey adaptée avec des mesures faibles et des corrections de phase, nous avons ainsi démontré la réalisation d’une boucle à verrouillage de phase entre un oscillateur local et l’état atomique. Nous avons ensuite démontré que ce protocole améliore la stabilité d’une horloge atomique en surpassant la limite de stabilité de l’oscillateur local. Nous avons également validé l’utilisation de la plate-forme laser commercial EYLSA de Quantel sur deux expériences de refroidissement d’atomes par laser. / This thesis reports the development of two original tools for atom interferometry.The first is a high finesse optical cavity for the manipulation of 87Rb cold atoms. This cavity isfirstly used to enhance the intensity of an optical dipole trap. Thus, by realizing an evaporativecooling on the atomic sample, we reached Bose-Einstein condensation. Furthermore, the nondegeneratecavity allows the injection of different transverse electromagnetic modes. In thisway, we have demonstrated the generation and the manipulation of arrays of atomic ensemblesusing these modes. Successive measurements of these atomic ensembles in an atominterferometric sequence would increase the interrogation time and thus the sensitivity of thesensor.Secondly, the use of weak nondestructive measurements on the atoms allows to extractinformation from the system with negligible perturbation of the ensemble. Applying feedbackafter the measurement, we were able to control the quantum state of the system. Using amodified Ramsey sequence with weak nondestructive measurements and phase corrections, werealized a phase lock loop between a local oscillator and the atomic state. We have thendemonstrated that this protocol leads to a stability enhancement of an atomic clock byovercoming the limit set by the local oscillator.We also contributed to the development of the commercial laser platform EYLSA fromQuantel, testing its performances on two laser cooling experiments.

Dans les systèmes parcourus par un flux d’énergie ou de matière, des phénomènes d’auto-organisation sont possibles. Le système quitte son état d’équilibre thermodynamique, ses composants s’organisent en « structures dissipatives », aussi appelées des « patterns ». En optique, on observe de tels « patterns » dans les dimensions transverses des faisceaux laser lors de leur propagation dans certains matériaux nonlinéaires.Nous étudions ici les patterns observés dans un système photoréfractif à simple rétroaction optique. Le faisceau incident et le faisceau réfléchi par le miroir interfèrent dans le cristal photoréfractif et modifient ses propriétés électro-optiques. Cette modification influence en retour la propagation des faisceaux. Si le faisceau incident est suffisamment intense, le système dépasse le seuil dit d’ « instabilité de modulation » : l’observation du faisceau retour montre que l’intensité lumineuse s’est auto-organisée en structures géométriques remarquables, en patterns.Deux axes de recherche sont approfondis. Premièrement, nous étudions l’influence d’un moment angulaire orbital du faisceau incident (appelé alors un faisceau « vortex ») sur le pattern. Cette propriété du faisceau influe sur le phénomène d’auto-organisation et sur la dynamique des structures transverses obtenues. Un modèle numérique du mélange d’onde donne des résultats cohérents avec l’expérience. Deuxièmement, nous étudions le régime très fortement non linéaire, c’est-à-dire dans le cas d’un pompage gaussien classique mais très intense. Nous montrons par une analyse statistique que l’état turbulent observé loin du seuil est parcouru par des événements intenses, des ondes scélérates. / In systems through which flows of energy or matter propagate, it is possible to observe self-organization phenomena. The system can leave its thermodynamical equilibrium state. Its components self-organize themselves in « dissipative structures », also called « patterns ». In optics, we observe such patterns in the transverse dimensions of laser beams during their propagation in certain nonlinear materials.This thesis aims to study the patterns observed in a photorefractive single feedback system. The forward beam and the beam reflected by the mirror interfere in the photorefractive crystal and modify its electro-optical properties. This modification influences in return the propagation of the beams. If the incident beam is sufficiently powerful, the system reaches the « modulation instability » threshold : the observation of the backward beam reveals that the intensity has self-organized in patterns.Particularly, we deal in depth with two axes of research. Firstly, we study the influence of an orbital angular momentum of the input beam (therefore called a « vortex » beam) on the pattern formation process. This property influences the self-organization phenomenon and the dynamics of the transverse structures. Moreover the results provided by a numerical model of the wave mixing process are in a good accordance with the experimental observations. Secondly, we study the highly nonlinear regime obtained with a classical gaussian pump but very powerful. We show by a statistical analysis that the turbulent state far from the instability threshold contains some extreme events, also called « rogue waves ».

Dans cette thèse, nous étudions les algorithmes d’alignement d’interférence dans les réseaux hétérogènes basés sur la sélection des flux. Tout d’abord, nous considérons différents scénarios de déploiement des pico-cellules dans un contexte de connaissance parfaite des canaux de transmission au niveau des émetteurs. Deux algorithmes sont proposés respectivement pour les réseaux totalement et partiellement connectés. Afin d’assurer une équité entre les liens, les algorithmes garantissent qu’au moins un flux de chaque lien émetteur/récepteur soit sélectionné. La séquence des flux est choisie parmi un ensemble qui contient les séquences les plus souvent sélectionnées en effectuant une recherche exhaustive. Ces algorithmes sont significativement moins complexes que la recherche exhaustive tout en ayant une performance proche de celle-ci. Après la sélection d’un flux, les interférences entre ce flux et les flux qui n’ont pas encore été sélectionnées sont alignées par projections orthogonales. Dans une deuxième partie de la thèse, l’impact de la connaissance partielle des canaux de transmission sur les algorithmes proposés est analysé. Il est montré que les interférences entre flux causent alors une forte dégradation des performances en raison des erreurs de quantification. Pour réduire cette dégradation, un nouvel algorithme est développé pour ce contexte. Finalement, des schémas d’allocation adaptative des bits pour les voies de retour sont proposés afin d’augmenter les performances des algorithmes précédents. Les performances de ces schémas et de ces algorithmes sont évaluées en considérant différents scénarios avec différentes topologies des pico-cellules. Nous avons montré que les algorithmes proposés pour le cas des transmissions avec voie de retour sont significativement plus robustes et plus performants que les algorithmes d’alignement d’interférence classiques. / In this thesis, we study the stream selection based interference alignment (IA) algorithms, which can provide large multiplexing gain, to deal with the interference in the heterogeneous networks. Firstly, different deployment scenarios for the pico cells are investigated assuming perfect channel state information (CSI) at the transmitters.Two different stream selection IA algorithms are proposed for fully and partially connected interference networks and selecting at least one stream is guaranteed for each user. A stream sequence is selected among a predetermined set of sequences that mostly contribute to the sum-rate while performing an exhaustive search. In the proposed algorithms, the complexity of the exhaustive search is significantly decreased while keeping the performance relatively close. After selecting a stream, the interference generated between the selected and the unselected streams is aligned by orthogonal projections. Then, the influence of the imperfect CSI on the proposed algorithms is analyzed and it is observed that the intra-stream interference causes a significant degradation in the performance due to the quantization error. Therefore, we propose an algorithm for the limited feedback scheme. Finally, adaptive bit allocation schemes are presented to maximize the overall capacity for all the proposed algorithms. The performance evaluations are carried out considering different scenarios with different number and placements of pico cells. It is shown that the proposed algorithm for the limited feedback is more robust to channel imperfections compared to the existing IA algorithms.

Comprendre le câblage complexe de la régulation cellulaire reste un défi des plus redoutables.Les connaissances fondamentales sur le câblage et le fonctionnement du réseau d’homéostasiedes protéines aideront à mieux comprendre comment l’homéostasie des protéines échouedans les maladies et comment les modèles de régulation du réseau d’homéostasie desprotéines peuvent être ciblés pour une intervention thérapeutique. L’étude vise à développeret à appliquer une nouvelle méthodologie de calcul pour l’identification systématique etla caractérisation des systèmes de rétroaction en homéostasie des protéines. La rechercheproposée combine des idées et des approches issues de la science des protéines, de la biologiedes systèmes de levure, de la biologie computationnelle et de la biologie des réseaux.La difficulté dans la tâche d’incorporer des données multi-plateformes multi-omiques estamplifiée par le vaste réseau de gènes, protéines et métabolites interconnectés qui seréunissent pour remplir une fonction spécifique. Pour ma thèse de maîtrise, j’ai développéun algorithme PBPF (Path-Based Pattern Finding), qui recherche et énumère les motifsde réseau de la topologie requise. Il s’agit d’un algorithme basé sur la théorie des graphesqui utilise la combinaison d’une méthode transversale de profondeur et d’une méthodede recherche par largeur ensuite pour identifier les topologies de sous-graphes de réseaurequises. En outre, le fonctionnement de l’algorithme a été démontré dans les domainesde l’homéostasie des protéines chezSaccharomyces cerevisiae. Une approche systématiqued’intégration des données de la biologie des systèmes a été orchestrée, qui montre l’iden-tification systématique de motifs de rétroaction régulatrice connus dans l’homéostasie desprotéines. Il revendique fortement la capacité d’identifier de nouveaux motifs de rétroactionréglementaire envahissants. L’application de l’algorithme peut être étendue à d’autressystèmes biologiques, par exemple, pour identifier des motifs de rétroaction spécifiques àl’état cellulaire dans le cas de cellules souches. / Understanding the intricate wiring of cellular regulation remains a most formidable chal-lenge. The fundamental insights into the wiring and functioning of the protein homeostasisnetwork will help to better understand how protein homeostasis fails in diseases and howthe regulatory patterns of protein homeostasis network can be targeted for therapeuticintervention. The study aims at developing and applying novel computational methodologyfor the systematic identification and characterization of feedback systems in proteinhomeostasis. The proposed research combines ideas and approaches from protein science,yeast systems biology, computational biology, as well as network biology. The difficultyin the task of incorporating multi-platform multi-omics data is amplified by the largenetwork of inter-connected genes, proteins and metabolites that come together to perform aspecific function. For my master’s thesis, I developed a path-based pattern finding (PBPF)algorithm, which searches and enumerates network motifs of required topology. It is a graphtheory based algorithm which utilizes the combination of depth-first transverse method andbreadth-first search method to identify the required network sub-graph topologies. Further,the functioning of the algorithm has been demonstrated in the realms of protein homeostasisinSaccharomyces cerevisiae. A systematic approach of integration of systems biologydata has been orchestrated, which shows the systematic identification of known regulatoryfeedback motifs in protein homeostasis. It claims the unique ability to identify novelpervasive regulatory feedback motifs. The application of the algorithm can be extended toother biological systems, for example, to identify cell-state specific feedback motifs in caseof stem-cells.

Cette étude évaluait l'efficacité de la biorétroaction thermique, assistée de relaxation, avec 10 patients, 5 femmes et 5 hommes, souffrant de douleur lombaire chronique. En outre, le rôle de la perception d'efficacité personnelle lors d'un tel traitement a été étudié. Tous les patients ont reçu 12 sessions de biorétroaction. Quatre paramètres psychologiques ont été mesurés quotidiennement durant toute la période d'expérimentation (15 semaines), soit: la douleur, le niveau d'activité, la perception d'efficacité personnelle ainsi que l'humeur. Les données descriptives tendent à indiquer l'effet positif de l'intervention sur chacun des paramètres de même que le rôle médiateur de la perception d'efficacité personnelle sur les autres variables. Cependant, dû au petit échantillon et au nombre de variables étudiées, aucun des résultats observés n'est significatif, à un seuil alpha de .05. L'intérêt d'un tel traitement de même que l'importance de la perception d'efficacité personnelle sont discutés.

Ce mémoire a pour objet d’évaluer, d’une part, les relations entre la perception d'efficacité personnelle sociale, l’estime de soi social, le dialogue interne et l’anxiété sociale et d’autre part, de tenter de modifier ces variables par une intervention basée sur la rétroaction. Un groupe à scores élevés, un groupe à scores moyens et ungroupe à scores faibles sont formés d’après les résultats obtenus à un inventaire d’estime de soi social. Un autre groupe sert de témoin. Les résultats démontrent des corrélations significatives entre l’estime de soi social, l’efficacité personnelle sociale, le dialogue interne et l’anxiété sociale. Suite à la rétroaction, aucun changement n’est constaté pour l’estime de soi social et l’efficacité personnelle sociale. Des améliorations significatives sont observées pour l’anxiété sociale et le dialogue interne. Toutefois, ces améliorations ne sont pas dues à la rétroaction car elles ne se différencient pas de celles qu’on retrouve aussi dans le groupe témoin.

Québec Université Laval, Bibliothèque 2016

Dans un monde où environ 15% de la population est confrontée à des formes d'incapacité (World Heath Organisation. 2022), le sport adapté émerge comme un domaine crucial pour l'amélioration de la qualité de vie. La pratique sportive chez les personnes ayant des incapacités est non seulement un vecteur de santé physique et mentale, mais aussi un moyen d'intégration sociale. Toutefois, l'optimisation de la performance sportive et la prévention des blessures chez ces athlètes nécessitent des approches spécialisées, où les technologies d'analyse de mouvement pourraient jouer un rôle important. Malgré l'importance croissante de ces technologies, peu d'études se sont penchées sur leur utilité, laissant un vide en termes d'évaluation des besoins de cette catégorie d'athlètes. Ce mémoire vise à combler ce vide en explorant les besoins spécifiques des athlètes et des entraîneurs en sport adapté en ce qui concerne les systèmes de rétroaction technologique. Adoptant une approche qualitative, cette recherche s'appuie sur le modèle théorique d'acceptabilité technologique, évaluant l'utilité perçue et la facilité d'utilisation des outils basés sur des capteurs portables. À travers des entretiens et des groupes de discussion, l'étude révèle l'importance de personnaliser la rétroaction pour répondre aux besoins divers des para-athlètes et met en lumière les types de rétroaction souhaités par les athlètes et leurs entraîneurs. Les résultats soulignent la valeur potentielle des systèmes de rétroaction dans l'amélioration de la performance et la prévention des blessures, tout en mettant en évidence les défis liés à leur accessibilité et à leur adaptation aux besoins spécifiques des utilisateurs. Ce travail contribue à explorer les besoins des athlètes et des entraineurs en sport adapté en termes de systèmes de rétroaction dans le but d'optimiser la performance et de prévenir les blessures. / In a world where around 15% of the population faces some form of disability, adaptive sports emerge as a crucial area for improving the quality of life. The practice of sports by individuals with disabilities is not only a means of physical and mental health but also a way of social integration. However, optimizing sports performance and preventing injuries in these athletes require specialized approaches, where motion analysis technologies could play a significant role. Despite the increasing importance of these technologies, there has been a lack of research into their utility leaving a gap in terms of assessing the needs of this category of athletes. This dissertation aims to fill this gap by exploring the specific needs of athletes and coaches in adaptive sports regarding technological feedback systems. Adopting a qualitative approach, this research is based on the theoretical Technology Acceptance Model, evaluating perceived utility and ease of use of tools based on wearable sensors. Through interviews and focus groups, the study reveals the importance of customizing feedback to meet the diverse needs of para-athletes and highlights the types of feedback desired by athletes and their coaches. The results underline the value of feedback systems in enhancing performance and preventing injuries, while also highlighting the challenges related to their accessibility and adaptation to the specific needs of users. This work contributes to assessing the needs of athletes and coaches in adapted sports in terms of feedback systems to optimize performance and prevent injuries.

L’objectif principal de cette recherche était d’examiner l’interaction entre élèves d’ALS et de FLS de sixième année du primaire du Québec et de l’Ontario communicant par clavardage et utilisant l’approche en Tandem. Plus spécifiquement, elle visait à vérifier si ces apprenants offraient de la rétroaction corrective et, le cas échéant, si cette dernière suscitait de la réparation. L’opinion des participants par rapport à leur expérience de communication en Tandem a été examinée. Les sessions de clavardage ont eu lieu sur une période de quatre mois produisant 16 séances de clavardage (8 en anglais et 8 en français). Les résultats montrent que des apprenants de langue seconde ont offert de la rétroaction corrective à 370 occasions. L’examen des données révèle que les sujets ont utilisé les trois types de rétroaction: la rétroaction explicite, la reformulation et la négociation de la forme. Contrairement à ce qui a pu être observé dans d’autres études antérieures impliquant de jeunes apprenants, une des découvertes majeures de cette recherche fut l’utilisation, par les participants, de la rétroaction explicite plutôt que la reformulation. Par contraste avec la recherche de Morris (2005) qui impliquait également de jeunes apprenants de niveau primaire utilisant le clavardage, le taux de réparation a été plutôt bas. La grande majorité des élèves d’ALS ont aimé utiliser l’ordinateur comme moyen d’apprentissage de leur L2 et de leur L1 contrairement aux élèves de FLS. Les implications pédagogiques des résultats de cette recherche ainsi que des suggestions pour de futures recherches sont également discutées. / The main objective of this research was to examine the interaction between ESL and FSL sixth graders in Quebec and Ontario communicating in a Tandem chat project. More specifically, it aimed to find out if participants provided each other with different types of corrective feedback and whether this feedback led to repair. It also examined how the students viewed this project. The chat sessions took place over four months and involved the completion of 16 tasks (8 in English and 8 in French). The results showed that L2 Grade 6 students provided feedback to their chat partners in 370 instances. The students in both the ESL and FSL exchanges provided three types of feedback: explicit, recasts, and negotiation of form. A major finding is that unlike previous studies involving young learners, the preference was for explicit feedback rather than recasts. In contrast to the Morris’ (2005) study which also involved young learners engaged in chat, the rate of repair was very low. Unlike the FSL students, the great majority of ESL students liked the chat exchange and found it useful not only for learning their L2 but also their L1. The pedagogical implications of this study as well as suggestions for future research are discussed.

Le système perceptif d’un chirurgien doit s’adapter aux contraintes multisensorielles liées à la chirurgie guidée par l’image. Trois expériences sont conçues pour explorer ces contraintes visuelles et haptiques pour l’apprentissage guidé par l’image. Les résultats montrent que les sujets sont plus rapides et plus précis avec une vision directe. La stéréoscopie 3D n’améliore pas les performances des débutants complets. En réalité virtuelle, la variation de la longueur, largeur, position et complexité de l'objet affecte les performances motrices. La force de préhension appliquée sur un système robotique chirurgical dépend de l'expérience de l'utilisateur. En conclusion, le temps et la précision sont importants, mais la précision doit rester une priorité pour un apprenti. L'homogénéité des groupes d'étude est important pour la recherche sur la formation chirurgicale. Les résultats ont un impact direct sur le suivi des compétences individuelles pour les applications guidées par l'image. / Perceptual system of a surgeon must adapt to conditions of multisensorial constrains regard to planning, control, and execution of the image-guided surgical operations. Three experimental setups are designed to explore these visual and haptic constraints in the image-guided training. Results show that subjects are faster and more precise with direct vision compared to image guidance. Stereoscopic 3D viewing does not represent a performance advantage for complete beginners. In virtual reality, variation in object length, width, position, and complexity affect the motor performance. Applied grip force on a surgical robot system depends on the user experience level. In conclusion, both time and precision matter critically, but trainee gets as precise as possible before getting faster should be a priority. Study group homogeneity and background play key role in surgical training research. The findings have direct implications for individual skill monitoring for image-guided applications.