Ce travail concerne l’étude du renforcement de structures en pierres par matériaux composites. Deux techniques de renforcement sont utilisées. L’un s’agit de renforcement par matrice cimentaire renforcé avec de textile de fibre de verre TRC. L’autre est renforcement par barres de fibre de verre de FRP suivant la technique de NSM (near-surface mounted). La première phase consiste en la caractérisation des matériaux et l’analyse des comportements mécaniques en compression en cisaillement et en traction de petits éléments de maçonnerie composées d’un assemblage de pierre et mortier bâtard. Les valeurs caractéristiques du comportement mécanique de la maçonnerie sont comparées avec les différents modèles dans la littérature qui calculent les paramètres caractéristiques avec une bonne approximation avec les résultats expérimentales. En plus, le comportement de matériaux de renforcement sont testés en traction ainsi que le comportement de l’adhésion entre le renfort et la maçonnerie est étudié. La deuxième phase se concentre sur le renforcement de murs de maçonnerie soumis sur deux types de chargement. L’un s’agit de cisaillement dans le plan des murs effectué avec l’essai de compression diagonale. Le deuxième représente des charges de flexion à 3 points hors plan des murs accompagné par des forces de compression axiale qui provoque une contrainte de compression de 0.2 MPa. L’essai de cisaillement s’est réalisé sur des murs carrés de cinq rangées de pierres avec mortier. Le renforcement par deux barres verticales de NSM FRP améliore significativement la ductilité et le module de cisaillement des murs, ainsi que le renforcement avec deux couches orthogonales de TRC améliore la résistance au cisaillement. Enfin l’application de modèles analytiques a permet de comparer les résultats expérimentaux aux résultats donnés avec les modèles. En plus, l’essai de flexion à 3 points est effectué sur des murs composés de douze rangées de pierres avec mortier. Le renforcement avec deux barres verticales et deux barres transversales a plus augmenté la rigidité élastique. En revanche, le renforcement avec TRC composé d’une seule couche de textile accompagné avec une barre verticale de FRP n’augmente pas la résistance de mur par rapport à la résistance du mur renforcé avec une seule couche de textile ou avec une barre verticale seule / This work concerns the study of the reinforcement of stone structures with composite materials. Two reinforcing techniques are used. One is reinforcement by cement matrix reinforced with textile TRC of glass fiber. The other is by reinforcing FRP fiberglass rods according to NSM technique (near-surface mounted). The first phase consists of materials characterization and analysis of mechanical behavior in compression shear and tensile of small masonry specimens made of stone and mortar. The characteristic values of the mechanical behavior of the masonry are compared with the different models in the literature which calculate the characteristic parameters and give a good approximation with the experimental results. In addition, the behavior of reinforced materials is tested in tension and the behavior of the adhesion between the reinforcement and the masonry is studied. The second phase focuses on strengthening masonry walls subjected to two types of loading. One is in-plane shear of walls made with the diagonal compression test. Represents the second bending loads to 3 points out of plane walls accompanied by axial compression forces which cause a compressive stress of 0.2 MPa. The shear test was performed on square walls of five rows of stones with mortar. Strengthening by two vertical bars NSM FRP significantly improves the ductility and shear modulus of the walls and the reinforcement with two orthogonal layers TRC improves shear strength. Finally the application of analytical models used to compare the experimental results with the results given by the models. In addition, the bending test with 3-point is carried out on walls composed of twelve rows of stones with mortar. The reinforcement with two vertical bars and two crossbars increased more elastic stiffness. However, the reinforcement with TRC composed of a single layer of textile accompanied with a vertical bar FRP does not increase the resistance of the wall relative to the resistance of the reinforced wall with a single layer of textile or with a simple vertical bar

Dans le domaine de la construction, le béton armé est un matériau le plus couramment utilisé pour construire des bâtiments, des ponts…Avec sa grande histoire, il y a un très grand nombre d'ouvrages qui se retrouve dégradé pour de multiples raisons tels que les accidents routiers, l'évolution de trafic, les modifications de chargement dans les bâtiments ou les actions climatiques… Pour résoudre ces problèmes, deux possibilités principales s'offrent aux maitres d'ouvrage : la reconstruction ou la réparation. La reconstruction est une solution intéressante mais coûte très cher et ne peut pas être appliquée pour tous les ouvrages (ouvrages historiques …) La deuxième solution est donc souvent utilisée pour maintenir les ouvrages dans un bon état de service. Une des méthodes de réparation couramment utilisée consiste à l'application de matériaux composites pour renforcer les structures béton armé. Les coûts relativement acceptables et la mise en oeuvre rapide en font une solution technique de plus en plus appréciée. La technique de renforcement par matériaux composites se traduit par l'encollage de tissu ou de plats réalisés à partir de fibres de carbone ou de verre sur un support en béton. Ces types de matériaux ne sont pas d'origine naturelle, leur production provoque de forts impacts sur l'environnement et de plus, ces matériaux ne sont pas dégradables à leur fin de vie. Donc pour répondre à la question du développement durable qui demande que tous les domaines respectent l'environnement, un nouveau matériau écologique pouvant remplacer ces matériaux dans le renforcement de structure béton armé est toujours demandé. La fibre de Lin est un matériau d'origine naturelle qui présente de bonnes propriétés mécaniques. A l'heure actuelle, la fibre de Lin est appliquée dans plusieurs domaines : l'automobile, le sport, … Dans le domaine génie civil, avec ses bonnes propriétés mécaniques, la fibre de lin peut être utilisée dans le domaine du renforcement des structures béton armé en substitution des fibres courantes (fibre de carbone, fibre de verre…) Le but de cette thèse est l'évaluation de la capacité d'utilisation des fibres de Lin dans le renforcement de poutres béton armé. L'étude se focalisera au cas de renforcement au cisaillement qui n'est pas bien documenté dans la littérature, sui sera comparé avec le renfort par des fibres de carbone. Le programme expérimental est réalisé sur des tests de flexion 3 points avec la charge approche de l'appui pour avoir un fort effort tranchant dans la zone intéressée sur des poutres rectangulaires et des poutres en T. Les poutres sont renforcées par des tissus de lin bidirectionnels et unidirectionnels et par différentes configurations de renforcement. Les normes de calcul ACI, FIB, CSA, CNR-DT… recommandées pour calculer des structures avec des renforts de carbone et de verre dans le renforcement au cisaillement sont appliquées afin de vérifier leur efficacité dans le cas d'un renforcement par fibres de lin. Enfin un modèle numérique est étudié par la méthode des éléments finis pour reproduire le comportement des poutres renforcées par fibre naturelle afin d'étudier les paramètres qui jouent un rôle important dans le renforcement au cisaillement des poutres béton armé par fibre de lin. Les résultats montrent que le renfort par fibre de Lin présente des effets significatifs dans le renforcement au cisaillement de poutres béton armé (augmentation de la résistance de cisaillement de 10% à 33%). Le renfort par fibres de Lin présente une capacité mécanique équivalence à celle de fibre de carbone dans le renforcement au cisaillement de poutres béton armé et un potentiel dans le renforcement de structure béton armé. Les résultats du modèle numérique par la méthode des éléments finis traduisent un comportement similaire à ceux enregistrés lors des essais expérimentaux / In the field of construction, concrete is the most common material used to construct buildings, bridges... With its great history, there are a large number of structures that is found degraded for many reasons such as road accidents, changes in traffic, load changes in buildings or climate action ...To resolve these issues, two main options available to project owners: the reconstruction or repair. Reconstruction is an interesting solution but is very expensive and cannot be applied to all structures (historical works ...). The second solution is often used to keep the structures under service conditions. A repair methods commonly used is the application of composite materials to strengthen reinforced concrete structures. The relatively acceptable cost and rapid implementation make this technical solution increasingly appreciated. The Flax fiber is a natural material which has good mechanical properties. At present, the flax fiber is applied in several areas: automotive, sports ... In the civil engineering field, with its good mechanical properties, flax fiber can be used in the field of building Reinforced Concrete structures substitution of regular fibers (carbon fiber, fiberglass ...) The aim of this thesis is the evaluation of the ability to use flax fibers in strengthening reinforced concrete beams. The study will focus on a case of shear reinforcement that is not well documented in the literature; it will be compared with the reinforcement with carbon fibers. The experimental program was carried out on 3-point bending tests with the support of load approach for a strong shear in the area concerned on rectangular beams and T-beams. The beams are reinforced by bidirectional flax fabrics and unidirectional reinforcement and different configurations. The calculation standards ACI, FIB, CSA, CNR-DT ... recommended to calculate structures with carbon reinforcements and glass in building for shear strengthening are applied to ensure their effectiveness in the case of a reinforcement flax fibers. Finally, a numerical model is being studied by the finite element method to reproduce the behavior of beams reinforced with natural fiber to study the parameters that play an important role in shear strengthening of concrete beams reinforced with flax fiber. The results show that the reinforcing flax fiber has significant effects in the shear reinforcement of reinforced concrete beams (increase in shear resistance of 10% to 33%). The reinforcement by flax fiber has a mechanical capacity equivalent to that of carbon fiber in the shear reinforcement of reinforced concrete beams and potential in strengthening reinforced concrete structure. The results of the numerical model by the finite element method reflect a behavior similar to those obtained during the experimental tests. The model also valid flax fiber capacity comparable to that of carbon fiber in the shear strengthening of reinforced concrete beams

Ce travail porte sur l'étude du comportement mécanique d'une console courte en béton armé renforcée par collage de tissus en fibres de carbone et en particulier sur l'influence du nombre de couches de tissus en fibres de carbone, du type du renforcement, de l'orientation des tissus composites, du type de tissus en fibres de carbone. Les résultats montrent que la performance de la console n‘augmente pas linéairement en fonction de l'épaisseur de la plaque composite. Il existe une épaisseur optimale de tissus en fibres de carbone. Dans le cas du renforcement sur les deux faces du béton, il existe un nombre de couches optimales. Dans le cas du renforcement par bandage, l'épaisseur de matériaux composites plus intéressants est de trois couches. Par contre, la résistance de la console renforcée dépend fortement de la surface renforcée. Les résultats montrent également que le comportement d'une console renforcée peut être présenté en trois phases: la phase élastique globale, la phase de la propagation de fissures et la phase de l'ouverture des fissures diagonales. Le renforcement de la console permet d'augmenter considérablement la résistance ultime de 20 à 82% et la rigidité de la console. Les ruptures des consoles renforcées peuvent être résumées en cinq modes. En se basant sur les résultats obtenus et les modèles existants, la résistance ultime de la console renforcée et non renforcée a été estimée et analysée. Un modèle basant sur lа théorie de l'endommagement a été développé dans ce travail. L'effet de fatigue sur le comportement et sur la résistance ultime de la console courte renforcée a été également étudié dans ce travail. / This study deals with mechanical behaviour of strengthening reinforced concrete corbel by bonding carbon fibre sheet and in particular the influence of the number of layers of carbon fiber fabric, the type of strengthening, the orientation of the composite fabric and the type of carbon fiber fabrics .The results show that the performance of the corbel does not increase linearly with the thickness of the composite plate. There is an optimum thickness of the carbon fiber fabrics. In the case of strengthening on both sides of the concrete, there are an optimum number of layers. In the case of fully wrapped strengthening, the most interesting thickness of the composite is three layers. However, the resistance of the strengthening reinforced concrete corbel depends strongly on the bonded surface.The results also show that the behavior of strengthening corbel can be presented in three phases: the overall elastic phase, the phase of crack propagation and the phase of the opening of diagonal cracks. Strengthening the corbel can significantly increase the ultimate strength from 20% to 82 % and the stiffness of the corbel. The failure of the strengthening corbel can be summarized in five modes.Based on the results obtained and the existing models, the ultimate strength of the strengthening corbel or without strengthening, was estimated and analyzed. A model based on damage theory has been developed in this work. The effect of fatigue on the behavior and ultimate strength of the reinforced concrete corbel has also been studied.

L'objectif de ce travail est d'étudier l'influence de l'état de dispersion de la silice sur les propriétés viscoélastiques et mécaniques des élastomères chargés silice pour l'application pneumatique. En effet, il est montré qu'une grande partie de la résistance au roulement dépend de la dissipation d'énergie de l'élastomère chargé. De plus, les propriétés mécaniques pourraient intervenir dans les propriétés ultimes telles la propagation de fissure en fatigue et l'usure : l'étude de ces différentes propriétés est donc primordiale. La première partie s'attèle donc à l'identification des leviers pouvant moduler la dispersion de la silice dans les élastomères. La dispersion pouvant être vue comme la compétition entre les forces de cohésion des charges et les forces appliquées au système pour les rompre, ces paramètres ont été étudiés de manière systématique. Enfin, l'influence des interactions silice-matrice est abordée (modification de l'état de surface de la silice, nature de l'élastomère) : le nombre d'interactions silice-élastomère par chaîne de polymère pourrait intervenir dans les mécanismes de dispersion. Dans la seconde partie, l'influence de ces différents états de dispersion sur les propriétés viscoélastiques et mécaniques est discutée. L'amélioration de la dispersion à iso-formulation permet de diminuer le module élastique linéaire dans le domaine linéaire et entraîne une augmentation des modules aux grandes déformations en traction. Concernant l'étude des propriétés ultimes, notre dispositif expérimental n'a pas permis de mettre en évidence, sur les formulations testées, d'influence de la dispersion sur la dynamique de propagation de fissure en fatigue. En revanche, l'amélioration de la dispersion entraîne une amélioration de la résistance à l'usure et ce malgré une diminution de la dureté / Filled elastomers are used in tread tires. It has been demonstrated that most of rolling resistance of tires is due to filled elastomer energy dissipation. In that way, understanding viscoelastic properties of these materials is a key point. Then, filled elastomer behavior at high deformations may be involved in ultimate properties of tire application such as fatigue crack propagation and wear. The aim of this work is to study the impact of silica dispersion on viscoelastic and mechanical properties of filled elastomers. First, levers impacting silica dispersion are evaluated. Dispersion of fillers can be considered as a competition between fillers cohesion forces and applied forces to the system to break them, these parameters have been studied methodically. Finally, the impact of silica-matrix interactions is studied, changing silica surface treatments or elastomer natures. The quantity of interactions possible per polymer chain between the silica and the elastomer may play a role in silica dispersion. Secondly, the impact of silica dispersion on viscoelastic and mechanical properties is discussed. It is shown than increasing silica dispersion leads to a decrease of linear elastic modulus and an increase of reinforcement in tensile at high deformations. Finally, regarding ultimate properties, our experimental device on the selected formulations has not shown any impact of silica dispersion on fatigue crack propagation. Nevertheless, we observe a better wear resistance with increasing dispersion, despite the lower materials hardness

Nous étudions deux phénomènes de transport actif dans la cellule. Cette activité est induite par des moteurs moléculaires. Leur fonctionnement général est compris, mais leurs interactions et fonctions spécifiques font émerger de nouveaux comportements.En première partie nous étudions l'extraction de tubes membranaires par la myosine 1b sur un faisceau d'actine. Ce moteur est non processif, renforcé par la force. Il est impliqué dans une voie de transport membranaire au niveau de l'appareil de Golgi. Nous modélisons ce phénomène. Nous montrons que le renforcement par la force induit l'apparition d'un régime d'extraction par fluctuation géante, et abaisse le nombre de moteurs requis pour l'extraction. Les tubes extraits par des moteurs non processifs ne présentent pas de régime oscillatoire. La croissance du tube peut s'accompagner d'une déplétion avec des moteurs non processifs. Nos prédictions sont en bon accord avec les observations expérimentales.En deuxième partie, nous étudions l'écoulement cytoplasmique dans l'embryon de C.elegans. Sa fonction supposée est le mélange du cytoplasme. Son orientation se renverse aléatoirement. Son mouvement est supporté par des microtubules et des kinésines entrainant le reticulum endoplasmique au niveau cortical. Nous modélisons ce phénomène et montrons que la transition vers l'écoulement est une brisure spontanée de symétrie. Nos prédictions sont en bon accord avec les observations expérimentales. Le point de fonctionnement du système optimise les fluctuations, ce pourrait être le mécanisme du mélange. Nos prédictions sont en bon accord avec les observations expérimentales. / We study two intracellular transport phenomena. They are powered by molecular motors. Motors general mechanisms are understood, but their interactions leads to emerging properties, and some of them have specialised functions.In the first part, we study the extraction of membrane tubes by myosin 1b supported by actin bundles. Myosin 1b is a non processive motor with catch bond property. It is implied in membrane trafficking at the Golgi apparatus level. We model this phenomenon in the frame of a collaboration with experimentalists. We show that catch bond effect induces a regime where tube extraction requires a giant length fluctuation, and the minimal number of motors allowing extraction is decreased. Tubes extracted by non processive motors do not show oscillatory regime. During tube growth motors can deplete with non processive motors. Our predictions are in good agreement with experimental observations.In the second part we study in collaboration with experimentalists the cytoplasmic streaming in C.elegans. Its function is supposed to be the mixing the cytoplasm. Its orientation reverses stochastically. Its movement is supported by microtubules and kinesins, that drive the endoplasmic reticulum at the cortical level. We model this phenomenon and show that the transition toward streaming is a spontaneous spatial symetry breaking. Our predictions are in good agreement with the experimental observations. The parameters values of the system optimize flow fluctuations, this could be the mechanism driving the mixing. Our predictions are in good agreement with experimental observations.

Cette étude vise à mieux comprendre les mécanismes physiques à l'origine des propriétés mécaniques et des propriétés ultimes des caoutchoucs renforcés. Des échantillons de caoutchouc naturel dans lequel sont dispersés des agrégats de Silice précipitée ou de Noir de Carbone et vulcanisés au Soufre ont étés mis en oeuvre. Les principaux paramètres étudiés sont la densité de réticulation et l'interface charge-caoutchouc modifiée au moyen de différents traitements de surface de silice. L'impact des charges et du type d'interface sur les propriétés mécaniques dans le domaine des faibles déformations (effet Payne) et des grandes déformations est présenté. Le phénomène de cristallisation sous étirement dans le caoutchouc naturel est étudié par diffraction des rayons X in-situ au cours d'essais de traction quasi-statiques ou d'essais dynamiques couplés à un système d'acquisition stroboscopique. Nous montrons une corrélation des mesures du module, du degré de gonflement à l'équilibre, de l'orientation des chaînes mesurée par diffusion de rayons X et de la densité de réticulation mesurée par RMN dans le caoutchouc naturel non chargé. Dans le caoutchouc naturel renforcé, les corrélations établies à l'aide de ces mêmes mesures permettent de préciser les mécanismes de renforcement aux faibles et aux grandes déformations. Enfin, la résistance à la déchirure est évaluée en géométrie cisaillement pur sur les matériaux non-renforcés et renforcés. Les effets du type d'interface, de la densité de réticulation et de la vitesse d'essai sur la résistance à la déchirure sont présentés. Nous discutons également les profils de déformation locale obtenus par corrélation d'image / This study aims at better understanding the physical mechanisms responsible for the mechanical and ultimate properties in reinforced rubber materials. Sulfur vulcanized samples made of a Natural Rubber matrix in which aggregates of precipitated Silica or Carbon Black are dispersed have been manufactured. The main control parameters are the crosslink density and the filler/rubber interactions through different silica surface treatments. The effect of fillers and interface type on the mechanical properties in the small strain regime (Payne effect) and large strain regime is presented. X-ray diffraction experiments have been performed to study the phenomenon of strain-induced crystallization (SIC) both during quasi-static tensile tests and dynamical tests coupled to a stroboscopic acquisition device. Mechanical measurements have proved to correlate fairly well to the crosslink density measured by NMR, to equilibrium swelling degree and to the average chain segment orientation measured by X-ray scattering in unfilled natural rubber in agreement with the rubber elasticity theory. In reinforced materials, the correlation of those different measurements of local chain stretching give new insights on the reinforcement mechanisms at small and large strain. Tear experiments have been performed on Pure Shear pre-notched unfilled and filled samples. The influence of interface type, crosslink density and test drawing speed on tear resistance are presented. Local strain profiles obtained from digital image correlation and the crystallized fraction profiles from in-situ X-ray diffraction are also discussed

L'objectif de ces travaux était de mettre au point une nouvelle voie de modification de la silice comme renfort d'élastomères silicones. La polymérisation par ouverture de cyclosiloxanes anionique (POCA) amorcée directement à partir de la silice dispersée en phase aqueuse a été réalisée. Les caractéristiques des silices utilisées dans cette étude ainsi que leur comportement en dispersion aqueuse ont tout d'abord été étudiés. La silice affiche des groupements silanolates à la surface de la silice pour des pH supérieurs au point de charge nulle. A pH 7, ces groupements silanolates en surface sont capables d'amorcer une polymérisation des cyclosiloxanes, et pas en suspension aqueuse. L'influence du contre-ion et de sa concentration sur le greffage obtenu s'est avérée primordiale, en complément des propriétés adsorbantes de la silice via les liaisons siloxanes. Les silices obtenues par ce nouveau procédé ont fait l'objet d'analyses poussées par thermogravimétrie, fragmentation-CPG, 29Si RMN simple impulsion et pyrolyse CPG-SM dans le but de décrire précisément la conformation du greffage. Le procédé a été transféré à plus grande échelle pour permettre la production d'importantes quantités de silice qui ont ensuite été incorporées dans une matrice silicone. Des limites de densités de greffage au-delà et en deçà desquelles la silice est mal dispersée dans le matériau ont été mises en évidence par traitement d'image. Les propriétés des élastomères ont été évaluées à partir de tests de dureté, de traction uniaxiale, de traction cyclique et de résistance à la déchirure dans le but d'étudier l'influence du greffage (conformation et groupements vinylés) sur le renforcement. / This work deals with a new way of modifying silica surface in a view to reinforce silicone elastomers. The surface-initiated ring-opening-polymerization (Si-ROP) of cyclosiloxanes was performed directly from the surface of silica dispersed in water. The characteristics of silica used in this study and their behavior in aqueous dispersion were first studied. For pH higher than the Point of Zero Charge, silica presents silanolate groups at its surface that are able to initiate the ROP of cyclosiloxanes from the surface, and not in aqueous suspension. The influence of the counter-cation and its concentration proved to be essential, in addition to silica's adsorbing properties. Modified silicas obtained by this new process were deeply analyzed by thermogravimetric analyses (TGA), fragmentation-GC, simple impulsion 29Si RMN and pyrolysis GC-MS in order to describe precisely the grafting conformation. The polymerization process was then scaled up to produce higher quantities of modified silica, which were incorporated in a model silicone formulation. Highest and lowest grafting densities tended to poor silica dispersions, as shown by image treatment. Hardness tests, uniaxial tensile and cyclic tests and tear resistance tests were performed in order to evaluate the influence of the grafting (conformation and vinylated groups) on silicone elastomers properties.

Nous utilisons l’apprentissage automatique pour répondre à une question fondamentale: comment les individus peuvent apprendre à communiquer pour partager de l'information et se coordonner même en présence de conflits? Cette th\`ese essaie de corriger l'idée qui prévaut à l'heure actuelle dans la communauté de l'apprentissage profond que les agents compétitifs ne peuvent pas apprendre à communiquer efficacement. Dans ce travail de recherche, nous étudions l’émergence de la communication dans les jeux coopératifs-compétitifs à travers un jeu expéditeur-receveur que nous construisons. Nous portons aussi une attention particulière à la qualité de notre évaluation. Nous observons que les agents peuvent en effet apprendre à communiquer, confirmant des résultats connus dans les domaines des sciences économiques. Nous trouvons également trois façons d'améliorer le protocole de communication appris. Premierement, l'efficacité de la communication est proportionnelle au niveau de coopération entre les agents, les agents apprennent à communiquer plus facilement quand le jeu est plus coopératif que compétitif. Ensuite, LOLA (Foerster et al, 2018) peut améliorer la stabilité de l'entraînement et l'efficacité de la communication, principalement dans les jeux compétitifs. Et enfin, que les protocoles de communication discrets sont plus adaptés à l'apprentissage d'un protocole de communication juste et coopératif que les protocoles de communication continus. Le chapitre 1 présente une introduction aux techniques d'apprentissage utilisées par les agents, l'apprentissage automatique et l'apprentissage par renforcement, ainsi qu'une description des méthodes d'apprentissage par renforcement propre aux systemes multi-agents. Nous présentons ensuite un historique de l'émergence du language dans d'autres domaines tels que la biologie, la théorie des jeux évolutionnaires, et les sciences économiques. Le chapitre 2 approndit le sujet de l'émergence de la communication entre agents compétitifs. Le chapitre 3 présente les conclusions de notre travail et expose les enjeux et défis de l'apprentissage de la communication dans un environment compétitif. / We investigate the fundamental question of how agents in competition learn communication protocols in order to share information and coordinate with each other. This work aims to overturn current literature in machine learning which holds that unaligned, self-interested agents do not learn to communicate effectively. To study emergent communication for the spectrum of cooperative-competitive games, we introduce a carefully constructed sender-receiver game and put special care into evaluation. We find that communication can indeed emerge in partially-competitive scenarios, and we discover three things that are tied to improving it. First, that selfish communication is proportional to cooperation, and it naturally occurs for situations that are more cooperative than competitive. Second, that stability and performance are improved by using LOLA (Foerster et al, 2018), a higher order ``theory-of-mind'' learning algorith, especially in more competitive scenarios. And third, that discrete protocols lend themselves better to learning fair, cooperative communication than continuous ones. Chapter 1 provides an introduction to the underlying learning techniques of the agents, Machine Learning and Reinforcement Learning, and provides an overview of approaches to Multi-Agent Reinforcement Learning for different types of games. It then gives a background on language emergence by motivating this study and examining the history of techniques and results across Biology, Evolutionary Game Theory, and Economics. Chapter 2 delves into the work on language emergence between selfish, competitive agents. Chapter 3 draws conclusion from the work and points out the intrigue and challenge of learning communication in a competitive setting, setting the stage for future work.

La navigation spatiale est une fonction complexe qui nécessite de combiner des informations sur l’environnement et notre mouvement propre pour construire une représentation du monde et trouver le chemin le plus direct vers notre but. Cette intégration multimodale suggère qu’un large réseau de structures corticales et sous-corticales interagit avec l’hippocampe, structure clé de la navigation. Je me suis concentrée chez la souris sur la navigation de type séquence (ou stratégie égocentrique séquentielle) qui repose sur l’organisation temporelle de mouvements associés à des points de choix spatialement distincts. Après avoir montré que l’apprentissage de cette navigation de type séquence nécessitait l’hippocampe et le striatum dorso-médian, nous avons caractérisé le réseau fonctionnel la sous-tendant en combinant de l’imagerie Fos, de l’analyse de connectivité fonctionnelle et une approche computationnelle. Les réseaux fonctionnels changent au cours de l’apprentissage. Lors de la phase précoce, le réseau impliqué comprend un ensemble de régions cortico-striatales fortement corrélées. L’hippocampe était activé ainsi que des structures impliquées dans le traitement d’informations de mouvement propre (cervelet), dans la manipulation de représentations mentales de l’espace (cortex rétrosplénial, pariétal, entorhinal) et dans la planification de trajectoires dirigées vers un but (boucle cortex préfrontal-ganglions de la base). Le réseau de la phase tardive est caractérisé par l’apparition d’activations coordonnées de l’hippocampe et du cervelet avec le reste du réseau. Parallèlement, nous avons testé si l’intégration de chemin, de l’apprentissage par renforcement basé modèle ou non-basé modèle pouvaient reproduire le comportement des souris. Seul un apprentissage par renforcement non-basé modèle auquel une mémoire rétrospective était ajoutée pouvait reproduire les dynamiques d’apprentissage à l’échelle du groupe ainsi que la variabilité individuelle. Ces résultats suggèrent qu’un modèle d’apprentissage par renforcement suffit à l’apprentissage de la navigation de type séquence et que l’ensemble des structures que cet apprentissage requiert adaptent leurs interactions fonctionnelles au cours de l’apprentissage. / Spatial navigation is a complex function requiring the combination of external and self-motion cues to build a coherent representation of the external world and drive optimal behaviour directed towards a goal. This multimodal integration suggests that a large network of cortical and subcortical structures interacts with the hippocampus, a key structure in navigation. I have studied navigation in mice through this global approach and have focused on one particular type of navigation, which consists in remembering a sequence of turns, named sequence-based navigation or sequential egocentric strategy. This navigation specifically relies on the temporal organization of movements at spatially distinct choice points. We first showed that sequence-based navigation learning required the hippocampus and the dorsomedial striatum. Our aim was to identify the functional network underlying sequence-based navigation using Fos imaging and computational approaches. The functional networks dynamically changed across early and late learning stages. The early stage network was dominated by a highly inter-connected cortico-striatal cluster. The hippocampus was activated alongside structures known to be involved in self-motion processing (cerebellar cortices), in mental representation of space manipulations (retrosplenial, parietal, entorhinal cortices) and in goal-directed path planning (prefrontal-basal ganglia loop). The late stage was characterized by the emergence of correlated activity between the hippocampus, the cerebellum and the cortico-striatal structures. Conjointly, we explored whether path integration, model-based or model-free reinforcement learning algorithms could explain mice’s learning dynamics. Only the model-free system, as long as a retrospective memory component was added to it, was able to reproduce both the group learning dynamics and the individual variability observed in the mice. These results suggest that a unique model-free reinforcement learning algorithm was sufficient to learn sequence-based navigation and that the multiple structures this learning required adapted their functional interactions across learning.

La toxicité et l’efficacité de plus de 30 agents anticancéreux présentent de très fortes variations en fonction du temps de dosage. Par conséquent, les biologistes qui étudient le rythme circadien ont besoin d’une méthode très précise pour estimer le vecteur de composantes périodiques (CP) de signaux chronobiologiques. En outre, dans les développements récents, non seulement la période dominante ou le vecteur de CP présentent un intérêt crucial, mais aussi leurs stabilités ou variabilités. Dans les expériences effectuées en traitement du cancer, les signaux enregistrés correspondant à différentes phases de traitement sont courts, de sept jours pour le segment de synchronisation jusqu’à deux ou trois jours pour le segment après traitement. Lorsqu’on étudie la stabilité de la période dominante nous devons considérer des signaux très court par rapport à la connaissance a priori de la période dominante, placée dans le domaine circadien. Les approches classiques fondées sur la transformée de Fourier (TF) sont inefficaces (i.e. manque de précision) compte tenu de la particularité des données (i.e. la courte longueur). Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode pour l’estimation du vecteur de CP des signaux biomédicaux, en utilisant les informations biologiques a priori et en considérant un modèle qui représente le bruit. Les signaux enregistrés dans le cadre d’expériences développées pour le traitement du cancer ont un nombre limité de périodes. Cette information a priori peut être traduite comme la parcimonie du vecteur de CP. La méthode proposée considère l’estimation de vecteur de CP comme un problème inverse enutilisant l’inférence bayésienne générale afin de déduire toutes les inconnues de notre modèle, à savoir le vecteur de CP mais aussi les hyperparamètres (i.e. les variances associées). / The toxicity and efficacy of more than 30 anticancer agents presents very high variations, depending on the dosing time. Therefore the biologists studying the circadian rhythm require a very precise method for estimating the Periodic Components (PC) vector of chronobiological signals. Moreover, in recent developments not only the dominant period or the PC vector present a crucial interest, but also their stability or variability. In cancer treatment experiments the recorded signals corresponding to different phases of treatment are short, from seven days for the synchronization segment to two or three days for the after treatment segment. When studying the stability of the dominant period we have to consider very short length signals relative to the prior knowledge of the dominant period, placed in the circadian domain. The classical approaches, based on Fourier Transform (FT) methods are inefficient (i.e. lack of precision) considering the particularities of the data (i.e. the short length). In this thesis we propose a new method for the estimation of the PC vector of biomedical signals, using the biological prior informations and considering a model that accounts for the noise. The experiments developed in the cancer treatment context are recording signals expressing a limited number of periods. This is a prior information that can be translated as the sparsity of the PC vector. The proposed method considers the PC vector estimation as an Inverse Problem (IP) using the general Bayesian inference in order to infer all the unknowns of our model, i.e. the PC vector but also the hyperparameters.