Dans cette thèse, je présente la formation de structures utilisant l'auto-organisation de molécules azo. Lorsqu'elles sont éclairées par la lumière, ces molécules subissent une photoisomérisation trans-cis-trans et bougent dans le film mince polymère loin des zones éclairées. Je montre qu'il est possible de former des structures spontanées sur la surface des films azopolymères (réseaux de surface) sous éclairement d'une lumière cohérente. L'orientation de la structure dépend de la polarisation de la lumière. Différentes structures peuvent être inscrites en faisant varier la polarisation du faisceau d'entrée et l'angle d'incidence. Les résultats expérimentaux pour différents angles d'incidence sont expliqués en utilisant le formalisme théorique des anomalies de Wood. D'autre part, sous illumination d'une lumière incohérente, la diffusion des molécules azo est aléatoire et il n'y a pas de corrélation spatiale entre elles. En revanche, la présence d'un faible faisceau de lumière cohérente additionnel permet de former un réseau de surface. L'information alors, inscrite sur la région éclairée par le faisceau cohérent se propage de manière auto-organisée et couvre la totalité de la région éclairée par le faisceau incohérent. Seules quelques pourcents de molécules ayant reçu de l'information suffisent à générer l'auto-organisation. Une dernière partie concerne la biréfringence photo-induite et la formation d'un réseau de surface dans une série d'azopolymères. Quelques applications possibles de ces structures sont présentées.

L'étude de nombreux processus biologiques et nanotechnologiques requièrent une bonne compréhension du repliement et de la dénaturation des acides nucléiques. Les travaux décrits dans cette thèse portent principalement sur le développement et l'utilisation de modèles thermodynamiques de ces mécanismes. Nous avons tout d'abord mis en place un formalisme unifié du modèle de Poland-Scheraga qui permet de décrire la dénaturation thermique de l'ADN quelque soit la taille des molécules considérées, leur concentration et leur environnement ionique. Nous utilisons ce modèle pour décrire quelques aspects génériques de la dénaturation. En particulier, nous montrons que le comportement des observables est particulièrement sensible à l'incertitude sur les paramètres du modèle pour les longs oligomères. Nous considérons ensuite le modèle de Zimm-Bragg qui est une approximation du modèle précédent. Cela nous permet de procéder à une analyse statistique systématique des corrélations entre domaines thermodynamiquement stables et gènes dans les génomes. Nous avons ensuite développé un modèle sur réseau du repliement de l'ARN paramétré à l'aide d'une version réduite et unifiée du modèle de Turner. L'étude du modèle sur réseau, grâce à la mise en place de plusieurs techniques avancées de Monte-Carlo, montre qu'il décrit quantitativement le repliement de structures complexes. Nous évaluons aussi l'importance des interactions stériques. En particulier, nous estimons des corrections de champ moyen utilisables dans les programmes standard traitant la structure secondaire. Enfin, nous exploitons l'aspect tridimensionnelle du modèle, pour étudier l'effet d'un confinement géométrique.

CE MEMOIRE EST COMPOSE DE TROIS CHAPITRES. LE PREMIER POSE LE PROBLEME DE LA SPECIFICATION DES SYSTEMES DE COMMANDE COMPLEXES FORMES D'UN ENSEMBLE D'AUTOMATISMES COMMUNICANTS. APRES AVOIR INTRODUIT LES RESEAUX DE PETRI EN TANT QU'OUTIL FORMEL POUR LA SPECIFICATION, IL EST MONTRE QUE CET OUTIL N'EST PAS CONTRADICTOIRE AVEC UNE APPROCHE STRUCTUREE. QUELQUES REGLES DE STRUCTURATION SONT PROPOSEES. CETTE DEMARCHE EST ILLUSTREE PAR UN EXEMPLE CONCRET. LE SECOND CHAPITRE MONTRE COMMENT UNE SPECIFICATION STRUCTUREE PEUT ETRE VALIDEE. LE TROISIEME CHAPITRE PROPOSE UN LANGAGE DE SPECIFICATION ADAPTE A LA DESCRIPTION STRUCTUREE D'AUTOMATISMES INTERCONNECTES. CE LANGAGE EST FONDE SUR L'UTILISATION DES RESEAUX DE PETRI. UN LOGICIEL D'ANALYSE SYNTAXIQUE ET SEMANTIQUE A ETE DEVELOPPE SUR MICROCALCULATEUR EN LANGAGE PASCAL. CE LOGICIEL TRADUIT LA SPECIFICATION EN TABLES ET EST CONCU DE FACON A PERMETTRE LE TELECHARGEMENT D'AUTOMATES PROGRAMMABLES SPECIALISES

Nous etudions des systemes de spin quantiques a temperature finie<br />avec une contrainte d'occupation stricte des sites au moyen d'une procedure<br />introduite par V. N. Popov et S. A. Fedotov. Nous montrons que cette contrainte modifie <br />le comportement d'observables physiques par rapport au cas ou cette<br />contrainte est fixee de facon moyenne par la methode des multiplicateurs de Lagrange. La pertinence de l'etat de Neel est <br />etudiee en presence de la contrainte stricte d'occupation des sites du <br />reseau de spin. <br />La temperature de transition des parametres d'ordre antiferromagnetique<br />de Neel et d'etat de liquide de spins sont doubles par rapport a ceux <br />obtenu par la methode moyenne des multiplicateurs de Lagrange. Nous <br />considerons l'Hamiltonien de basse energie d'ecrit par un Lagrangien de <br />QED3 pour les spinons. Dans ce contexte la masse generee dynamiquement<br />est comparee a celle obtenue par la methode d'occupation moyenne de site.

Cette thèse est organisée autour d'une problématique centrale : l'étude théorique de l'effet Kondo dans les fermions lourds, lorsque les ions magnétiques sont en forte concentration.<br /><br />Dans une première partie, l'influence sur le réseau Kondo, d'une variation du nombre d'électrons de conduction est étudiée à basse température (problème de l'épuisement). Cet effet peut s'observer expérimentalement sur des composés de Cérium ou d'Uranium, dont la température de cohérence peut être bien plus petite que la température de Kondo à une impureté. Par des approches analytiques et numériques, le problème est résolu dans la limite ``grand-N'',<br />où N est le nombre de composantes du spin effectif. Alors que les modèles à une seule impureté sont caractérisés à basse température par une unique échelle d'énergie T_K, cette thèse confirme l'existence, pour le réseau Kondo, d'une deuxième échelle T*, caractéristique de l'apparition du comportement de liquide de Fermi, et définie à partir des propriétés physiques du système (thermodynamiques, magnétiques et de transport).<br /><br />Dans la deuxième partie, les effets du désordre et de la frustration magnétique du réseau Kondo sont étudiés analytiquement, dans le formalisme de la théorie du champ dynamique moyen, en considérant la limite ``grand-N''. Un point critique quantique (QCP) est obtenu, entre un régime de liquide de Fermi lourd et un régime de liquide de<br />spin. Les propriétés physiques du système sont calculées dans la phase Kondo, qui présente une très forte diminution de T* et de T_K à l'approche du QCP. Ce résultat est à corréler avec la forte masse effective observée expérimentalement pour le composé LiV$_{2}$O$_{4}$.<br /><br />Enfin, la troisième partie présente une étude préliminaire et les étapes principales du calcul permettant de déterminer numériquement le diagramme de phase magnétique du modèle d'Anderson périodique, par la méthode du champ dynamique moyen.

On présente ici un ensemble de méthodes numériques performantes pour lasimulation micromagnétique 3D reposant sur l'équation de Landau-Lifchitz-Gilbert, constituantun code nommé feeLLGood. On a choisi l'approche éléments finis pour sa flexibilitégéométrique. La formulation adoptée respecte la contrainte d'orthogonalité entre l'aimantationet sa dérivée temporelle, contrairement à la formulation classique sur-dissipative.On met au point un schéma de point milieu pour l'équation Landau-Lifchitz-Gilbert quiest stable et d'ordre deux en temps. Cela permet de prendre, à précision égale, des pas detemps beaucoup plus grands (typiquement un ordre de grandeur) que les schémas classiques.Un véritable enjeu numérique est le calcul du champ démagnétisant, non local. Oncompare plusieurs techniques de calcul rapide pour retenir celles, inédites dans le domaine,des multipôles rapides (FMM) et des transformées de Fourier hors-réseau (NFFT). Aprèsavoir validé le code sur des cas-tests et établi son efficacité, on présente les applications àla simulation des nanostructures : sélection de chiralité et résonance ferromagnétique d'unplot monovortex de cobalt, hystérésis des chapeaux de Néel dans un plot allongé de fer.Enfin, l'étude d'un oscillateur spintronique prouve l'évolutivité du code.

Les objets structurés à l'échelle sub-longueur d'onde sont le siège d'interactions lumièrematière permettant d'obtenir des résonances d'amplitude extraordinaire localisées spectralement. Ils permettent ainsi la réalisation de filtres spectraux dans l'infrarouge. Pour améliorer les performances de ces filtres et ce, notamment en termes d'efficacité de réjection, j'ai étudié au cours de ma thèse la superposition de structures sub-longueur d'onde identiques mettant en jeu des modes évanescents et propagatifs. J'ai ainsi mis en évidence la présence d'une extinction extraordinaire de la transmission ou de la réflexion lorsque les structures sont en champ proche. L'origine de ce phénomène est révélée dans ce manuscrit grâce à la mise en place d'une approche heuristique basée sur la formule de Mason et la traduction des interactions entre les modes propagatifs et évanescents en graphes de fluence. J'ai ainsi pu établir des règles de conception qui ouvrent la voie vers le design de structures filtrantes hautes performances à forte efficacité de réjection hors bande passante. De manière à valider cette étude théorique, j'ai conçu et fabriqué une structure encapsulée dans du diélectrique qui a permis de démontrer la fonction d'amélioration de l'efficacité de réjection dans les structures superposées. Parallèlement, j'ai cherché à étudier l'agilité spectrale de cette extinction extraordinaire en superposant dynamiquement deux structures filtrantes par le biais d'actionneurs piézoélectriques. Véritable challenge expérimental, ce banc a nécessité la mise en place d'une procédure d'alignement originale des réseaux sublongueur d'onde pour une mise en champ proche par assemblage.

Prédiction des conflits dans le systèmes homme-machine. Le travail fait partie de la recherche consacrée à des problèmes d'interaction homme-machine et aux conflits entre l'homme et la machine qui pourrait découler de ces situations.

Les smart grids sont considérés comme un moyen efficace pour accueillir plus largement des énergies renouvelables, de mieux maitriser la demande, d’améliorer les conditions d’exploitation du système électrique, d’augmenter sa performance et de faciliter le développement des nouveaux usages tels que le véhicule électrique. Cependant, ces bénéfices potentiels du smart grid sont également porteurs d’incertitudes pour le système électrique ainsi que pour ses acteurs. Ces incertitudes sont de nature technologique, économique, sociale, politique, entre autres.La thèse s’inscrit dans le cadre du projet GreenLys (un démonstrateur smart grid adressant des innovations allant du producteur d’énergie jusqu’au consommateur en incluant les acteurs du réseau électrique de transport et de distribution). Elle a pour objectif de proposer des paliers techniques et économiques de transition vers le smart grid à l’horizon 2050.Dans la perspective de cette thèse, trois incertitudes qui peuvent influencer considérablement les stratégies des investissements futurs sont traitées dans trois modèles séparés. Les trois modèles sont appliqués aux scénarios de GreenLys (un scénario conservateur ‘Grenelle’ qui respecte les engagements énergétiques européens et un scénario plus ambitieux ‘100% EnR’ qui vise une production électrique totalement renouvelable) pour proposer des paliers d’investissements smart grid et des recommandations. Premièrement, l’incertitude portant sur la régulation du réseau public de distribution est étudiée dans un modèle utilisant une approche d’options réelles combiné avec un algorithme logique floue. Deuxièmement, une approche d’options réelles basée sur un arbre binomial classique est utilisée pour analyser l’incertitude sur l’évolution du gisement de flexibilité. Enfin, l’incertitude portant sur les coûts systèmes d’informations est modélisée dans un algorithme basé sur un processus de Monte-Carlo. / Smart grids are seen as an adequate way to facilitate the penetration of renewable energies, to improve the electrical power system operating conditions, to increase its performance and to promote the development of new uses such as the electric vehicle. However, the potential benefits of smart grids come with uncertainties for the electrical power system itself and for its players as well. These uncertainties are technological, economic, social, political, among others.The thesis is part of GreenLys experimentations. GreenLys is a demonstrator project which tests the operation of a smart grid over the whole electricity supply chain: from the producer to the end consumer, including all those involved in the transportation, distribution and supply of electricity. This thesis aims to provide technical and economic transition towards smart grid by 2050.In the context of this thesis, three uncertainties are considered, each within a separated model. These uncertainties can significantly influence the strategies of future investments of smart grid. The developed models are applied to GreenLys scenarios (a conservative scenario that respects the European energy commitments called 'Grenelle' and an ambitious scenario that considers electricity production is fulfilled from renewables called '100%EnR') in order to propose some investment strategies and recommendations for smart grid.Firstly, the uncertainty about the future regulation of the public distribution network is studied in a model using a real option approach combined with a fuzzy logic algorithm. Secondly, a real option approach based on the classic binomial tree is used to analyze the uncertainty about the evolution of electrical loads flexibility. Finally, the uncertainty about the costs of smart grid information systems (Software) is modeled using a statistical Monte Carlo process.The results of the models developed in this thesis are combined and analyzed within techno-economic framework in order to spot the best smart grids deployment strategy with respect to GreenLys scenarios and experimentation zone. The highlighted strategies optimize the economic value of the investment while minimizing future risks.

Les cellules immunitaires proviennent d'un ensemble commun de cellules souches hématopoïétiques qui se différencient hiérarchiquement en lignées myéloïdes et lymphoïdes. Ce processus est étroitement régulé par un réseau entrelacé de facteurs de transcription et de régulateurs épigénétiques, qui contrôlent l'activation et la répression des gènes impliqués. Les travaux récents sur la reprogrammation cellulaire ont montré que certaines protéines peuvent reprogrammer des cellules différenciées, comme le facteur de transcription C/EBPa qui peut induire la trans-differenciation de cellules B en macrophages. De plus, une courte induction de Cebpa suivie de l’expression des quatre facteurs de transcription Oct4-Sox2-Klf4-cMyc permet une reprogrammation extrêmement rapide en cellules pluripotentes. Afin de déchiffrer le réseau de régulation moléculaire contrôlant la spécification et la reprogrammation des cellules immunitaires, j’ai combiné différentes méthodes à haut débit pour analyser l’expression des gènes et leur régulation épigénétique, et ce au court de la reprogrammation des cellules B. J’ai découvert des interactions entre différents facteurs de transcription, au niveau des régions régulatrices de gènes des différents programmes génétiques impliqués (lymphoide, myeloide et pluripotence), et j’ai identifié des facteurs régulant l’état de la chromatine également impliqués dans la reprogrammation (notamment Lsd1, Hdac1, Brd4 et Tet2). Enfin, J’ai intégré ces données dans un modèle dynamique du réseau moléculaire régulant la spécification des cellules B et des macrophages à partir de progéniteurs multipotents. J’ai utilisé à la fois des méthodes analytiques (analyse des états stables) et des simulations (simulations logiques asynchrones, chaînes de Markov à temps continu) pour étudier in silico la différenciation et la reprogrammation cellulaire. Ces analyses ont révélés des régulations transcriptionelles encore inconnues, que nous avons pu confirmer expérimentalement. Nous avons ainsi obtenu une meilleure compréhension des circuits de régulation contrôlant le destin cellulaire. / Immune cells arise from a common set of hematopoietic stem cells, which differentiate hierarchically into the myeloid and lymphoid lineages. This process is tightly regulated by an intertwined network of transcription and epigenetic factors, which control both the activation and repression of gene programs, to ensure cell commitment. However, recent work on cellular reprogramminghas shown that the ectopic expression of some specific factors can enforce the trans-differentiation of committed cells. The transcription factor C/EBPa can induce the reprogramming of B-cells into macrophages. Furthermore, a pulse of Cebpa expression in B cells followed by the expression of the four transcription factors Oct4-Sox2-Klf4-cMyc leads to an extremely fast and efficient reprogramming into induced pluripotent stem cells. Despite the many data we have on the molecular mechanisms by which specific genes are regulated, we are still lacking a global understanding of the interplay between these factors and how theycontrol cell fate. In order to decipher the molecular regulatory network controlling immune cell specification and their reprogramming, I have combined a variety of high-throughput methods to measure changes in gene expression and epigenetic regulation during B cells reprogramming. I have revealed the interplay between different transcription factors at enhancers regulating genes of the different programs (B cells, macrophages and pluripotent cells) and identified epigenetic regulators forming complexes and controlling enhancers activities (such as Lsd1, Hdac1, Brd4 and Tet2) and consequently regulating cell fate. Finally, I integrated these data together with published data, in a computational model of the regulatory network controlling the specification of B-cells and macrophages from multipotent progenitors. I used both analytic tools (stable states analysis) and simulations (logical asynchronous simulations, continuous time Markov chains) to study in silico differentiation and reprogramming.These analyses have revealed previouslyunknown transcriptional regulations, which weconfirmed experimentally, and allowed us to get abetter understanding of the regulatory circuitscontrolling cell fate commitment.