Wir untersuchen das Verhalten von stochastischen bistabilen und erregbaren Systemen auf der Basis einer Modellierung mit diskreten Zuständen. In Ergänzung zum bekannten Markovschen Zwei-Zustandsmodell bistabiler stochastischer Dynamik stellen wir ein nicht Markovsches Drei-Zustandsmodell für erregbare Systeme vor. Seine relative Einfachheit, verglichen mit stochastischen Modellen erregbarer Dynamik mit kontinuierlichem Phasenraum, ermöglicht eine teilweise analytische Auswertung in verschiedenen Zusammenhängen. Zunächst untersuchen wir den gemeinsamen Einfluß eines periodischen Treibens und Rauschens. Dieser wird entweder mit Hilfe spektraler Größen oder durch Synchronisation des Systems mit dem treibenden Signal charakterisiert. Wir leiten analytische Ausdrücke für die spektrale Leistungsverstärkung und das Signal-zu-Rauschen Verhältnis für periodisch getriebene Renewal-Prozesse her und wenden diese auf das diskrete Modell für erregbare Dynamik an. Stochastische Synchronization des Systems mit dem treibenden Signal wird auf der Basis der Diffusionseigenschaften der Übergangsereignisse zwischen den diskreten Zuständen untersucht. Wir leiten allgemeine Formeln her, um die mittlere Häufigkeit dieser Ereignisse sowie deren effektiven Diffusionskoeffizienten zu berechnen. Über die konkrete Anwendung auf die untersuchten diskreten Modelle hinaus stellen diese Ergebnisse ein neues Werkzeug für die Untersuchung periodischer Renewal-Prozesse dar. Schließlich betrachten wir noch das Verhalten global gekoppelter bistabiler und erregbarer Systeme. Im Gegensatz zu bistabilen System können erregbare Systeme synchronisiert werden und zeigen kohärente Oszillationen. Alle Untersuchungen des nicht Markovschen Drei-Zustandsmodells werden mit dem prototypischen Modell für erregbare Dynamik, dem FitzHugh-Nagumo System, verglichen und zeigen eine gute Übereinstimmung. / We investigate the behavior of stochastic bistable and excitable dynamics based on a discrete state modeling. In addition to the well known Markovian two state model for bistable dynamics we introduce a non Markovian three state model for excitable systems. Its relative simplicity compared to stochastic models of excitable dynamics with continuous phase space allows to obtain analytical results in different contexts. First, we study the joint influence of periodic signals and noise, both based on a characterization in terms of spectral quantities and in terms of synchronization with the periodic driving. We present expressions for the spectral power amplification and signal to noise ratio for renewal processes driven by periodic signals and apply these results to the discrete model for excitable systems. Stochastic synchronization of the system to the driving signal is investigated based on diffusion properties of the transition events between the discrete states. We derive general results for the mean frequency and effective diffusion coefficient which, beyond the application to the discrete models considered in this work, provide a new tool in the study of periodically driven renewal processes. Finally the behavior of globally coupled excitable and bistable units is investigated based on the discrete state description. In contrast to the bistable systems, the excitable system exhibits synchronization and thus coherent oscillations. All investigations of the non Markovian three state model are compared with the prototypical continuous model for excitable dynamics, the FitzHugh-Nagumo system, revealing a good agreement between both models.

La question du rôle du cortex dans la modulation des afférences somesthésiques inhérente à l'intégration sensorimotrice et au contrôle moteur reste l'objet de recherches cliniques et fondamentales. Si le cortex moteur primaire (M1) occupe un rôle central dans le contrôle du mouvement en participant activement à l'élaboration du plan moteur et à son exécution, il semble réciproquement influencé par les afférences somesthésiques générées par le mouvement. Il est probable que réciproquement il soit capable de moduler ces afférences somesthésiques. L'objectif principal de ce travail de thèse était d'apporter des arguments en faveur de cette modulation potentielle des afférences somesthésiques par le cortex moteur. Nous nous sommes, dans ce contexte, intéressés à la stimulation électrique chronique du cortex moteur (SCM) utilisée dans la prise en charge de certaines douleurs neuropathiques et dont les mécanismes de l'effet analgésique demeurent mal connus. Afin de mettre en évidence une possible neuromodulation induite par la SCM nous avons étudié son influence sur les rythmes corticaux liés au mouvement, particulièrement la synchronisation du rythme béta suivant le mouvement (SLE β) sachant qu'il existe des arguments en faveur d'une relation entre SLE β et le traitement cortical des afférences somesthésiques liées au mouvement. La première partie du travail a consisté à conforter cette probable influence des afférences somesthésiques corticales sur la SLE β. Nous avons pour ce faire étudié les profils de SLE β en enregistrement électroencéphalographique (EEG) 128 voies chez des patients présentant, dans un contexte de douleurs neuropathiques, une déafférentation sensitive d'origine centrale ou périphérique, documentée par une altération des potentiels évoqués somesthésiques (PES). Nous avons pu constater que la déafférentation sensitive provoquait une destructuration du profil de SLE β en comparaison à une population de volontaires sains. En effet, les patients présentaient une SLE β dont la distribution spatiale était restreinte et volontiers ipsilatérale au mouvement du côté douloureux contrairement à la distribution spatiale physiologique de la SLE β volontiers bilatérale à prédominance controlatérale au mouvement. Nous avons donc conclu au terme de cette première partie que la SLE β pouvait être considérée comme un reflet des afférences somesthésiques au niveau cortical et un bon outil de l'étude de l'intégration sensori-motrice. La deuxième partie du travail a consisté à étudier les effets de la SCM sur les modifications de la SLE β en condition de déafférentation sensitive. Nous avons exploré les profils de SLE β chez des patients éligibles à une SCM pour la prise en charge de leurs douleurs neuropathiques. Ces explorations ont eu lieu avant et durant la réalisation de la SCM. Nous avons pu constater une modulation significative de la SLE β par la SCM avec une restauration d'une distribution spatiale plus physiologique. Compte tenu du rôle du thalamus dans la génèse des oscillations corticales, des connexions réciproques du cortex moteur et du thalamus et de l'influence des afférences somesthésiques sur la SLE β, nous avons supposé que la SCM facilitait les afférences somesthésiques thalamo-corticales liées au mouvement. Dès lors, nous nous sommes intéressés dans une troisième partie aux effets de la SCM sur les PES de ces patients. Nous avons constaté chez certains d'entre eux une augmentation de l'amplitude des potentiels N20/P25, et ce de façon corrélée à l'effet analgésique de la SCM. Notre travail semble apporter des arguments en faveur d'une capacité du cortex moteur à moduler les afférences somesthésiques tout au moins en condition non physiologique d'une stimulation électrique. Ces résultats sont concordants avec des données cliniques et fondamentales antérieurement rapportées dans la littérature.

La coopération est un aspect important dans les équipes de conception. L'ingénierie concourante a fait que les organisations industrielles évoluent d'une approche séquentielle à une approche intégrée pour réaliser ses processus de conception. Ainsi les processus de conception se réalisent de plus en plus à distance, où les concepteurs sont repartis dans des endroits différents. Pour étudier cette problématique, cette thèse analyse l'activité de conception à distance. En particulier elle s'attache à la caractérisation des activités de conception et à la modélisation du phénomène d'intercompréhension à travers des objets. A partir des résultats deux propositions sont faites : d'une part, un modèle d'activité qui prend en compte les aspects collectifs et cognitifs de la conception et d'autre part, un cadre pour l'analyse et le développement des outils pour l'assistance de l'activité collective de conception.

Avec les progrès technologiques en microéléctronique, les méthodes de conception traditionnelles {\og}tout synchrone{\fg} atteignent leurs limites. Une solution efficace pour résoudre ce problème est de diviser un circuit en plusieurs domaines d'horloge indépendants et de faire communiquer leurs composants avec un réseau sur puce asynchrone. Toutefois, la généralisation de cette solution est limitée par le manque d'outils adaptés à la conception de circuits asynchrones complexes tels que des réseaux sur puce asynchrones. Une contribution de cette thèse, pour pallier cette limitation, a été de développer la bibliothèque ASC qui permet de modéliser fidèlement en SystemC des circuits asynchrones insensibles aux délais. Des facilités de traçage basées sur un modèle de temps distribué ont également été développées pour être en mesure de valider par simulation le comportement d'un modèle ASC. Une dernière contribution de cette thèse a été de définir une méthode de présynthèse des structures de choix qui prennent en compte efficacement les primitives de synchronisation spécifiques aux circuits asynchrones.

Le développement des technologies de réseaux de capteurs incite les industries à envisager des alternatives réduisant les coûts et la complexité tout en améliorant la fiabilité. Parmi les solutions sans fil actuelles, la technologie LP-WPAN IEEE 802.15.4/ZigBee dispose des mécanismes et des garanties nécessaires pour une utilisation industrielle. Nous proposons des mécanismes de synchronisation entièrement déterministe permettant l'utilisation du standard IEEE 802.15.4 en mode balisé dans un réseau maillé, ainsi qu'une méthode de routage adaptative « AODV en » pour les messages transmis dans un réseau étendu. En premier lieu, nous analysons la technologie IEEE 802.15.4/ZigBee, plus particulièrement sa capacité à conserver son comportement déterministe et économe en énergie dans une architecture de réseau maillé. Cette étude met en évidence plusieurs insuffisances du standard. Notre contribution consiste à palier à ces manques par une synchronisation centralisée réactive aux changements de topologie, esquivant les collisions de balises et de GTS. Ces modifications seront apportées au niveau de la sous-couche MAC. En second lieu, aucun des protocoles de routage (couche 3 du modèle ISO) actuellement les plus utilisés, ne prennent en compte simultanément les critères indispensables au contexte des communications dans un environnement industriel à fortes contraintes sur la consommation et sur le temps. Nous proposons un mécanisme de routage réactif adaptatif recherchant les routes optimisant la durée de vie des noeuds du réseau contraints énergétiquement, et basé sur l'optimisation conjointe du délai et de la consommation. Pour cela, nous avons analysé et évalué la consommation de chacun des noeuds sans fil autonomes utilisant le standard. Nous avons ainsi proposé des informations de délai et de niveau de charge de la batterie de chacun des noeuds, prises en considération dans notre mécanisme de routage adaptatif. L'ensemble de nos propositions sont validées en utilisant diverses méthodes dont les réseaux de Petri temporisés, la simulation et le prototypage. Les résultats obtenus sont exposés à la suite de chacune de nos contributions.

Dans un premier temps, nous présentons des modèles permettant de décrire des systèmes de processus communicants, synchronisés par rendez-vous, ainsi que les différentes théories qui traitent le problème de la comparaison observationnelle. Nous abordons ensuite le problème à partir du langage FP2. Nous proposons une démarche qui permet de faire totalement abstraction des événements internes des processus et d'exprimer le comportement de communication des processus en n'utilisant que les événements de communication avec l'environnement. Enfin, une notion de contexte est définie et étudiée

Le mélange de deux faisceaux laser sur un photo-détecteur permet de générer un signal radiofréquence jusqu'au THz. Par corrélation des deux sources optiques, le signal obtenu peut acquérir la pureté spectrale requise pour les réseaux de communications radio sur fibre. Notre travail porte sur la méthode de corrélation par accrochage optique sur un peigne de fréquences. L'injection optique permet de transférer le bruit de phase d'un laser maître, pris comme référence, à un laser esclave. En utilisant deux harmoniques d'un laser modulé en fréquence comme sources distinctes d'injection, les bruits de phase des deux lasers esclaves sont corrélés et la différence de fréquences est multiple de la fréquence primaire. Nous avons réalisé une étude théorique générale de l'injection dans les lasers semi-conducteur à cavité complexe, en particulier les lasers DFB, en mettant notamment en évidence l'asymétrie géométrique du bruit. Nous avons relié théoriquement le degré de corrélation entre les deux lasers aux paramètres d'injection et au bruit de phase. L'expression a été confirmée par des mesures sur le contraste de franges d'interférences et le spectre du photo-courant hétérodyne. Ces battements temporels ont été mis en regard avec l'optique de Fourier et le speckle. Nous avons étudié la pureté spectrale du battement et établi les limites fondamentales de cette technique en fonction de la qualité de l'oscillateur primaire, des propriétés spectrales des lasers, des paramètres d'injection et de transport sur fibre. Les mesures de bruit de phase sur le signal généré expérimentalement, pour différentes conditions d'injection, sont en très bon accord avec les expressions analytiques.

Le train des spikes, la séquence des temps des potentiels d'action d'une cellule, est le donné habituellement analysé dans les enregistrementsélectrophysiologiques pour la description du pattern de décharge qui on suppose caractérisant les cellules neuronales. Nous présentons les résultats obtenus décrivant l'activité de décharge d'un petit réseau neuronal avec un modèle mathématique de saut-diffusion. Le potentiel membranaire du neurone en fonction du temps est donné par la somme d'un processus stochastique de diffusion et de deux processus de point qui provoquent des sauts d'amplitude constante à temps aléatoires discrètes. Différentes distributions sont considérées. Deux résultats principaux émergent. Le premier est que les histogrammes des intervalles entre potentiels d'action successifs montrent plus d'un maximum et un comportement de type resonnant. Ce fait suggère qu'en correspondance de chaque maximum la cellule ait une probabilité plus élevée de se décharger, de manière que le temps du potentiel d'action est un temps caractéristique de la cellule qui pourrait etre modulé en conditions physiologiques. Le deuxième résultat principal est que les afférences inhibitrices peuvent faciliter la transmission des potentiels d'action déchargés par l'unité afferente inhibitrice. Ce fait suggère que les cellules inhibitrices ne soient pas seulement impliquées en gardant équilibré l'excitabilité des toutes les neurones mais aussi dans le processus de l'information. La simulation de ce type de modèles exige une amélioration des algorithmes classiques. Dans ce cadre, la deuxième partie est dédiée àune étude purement théorique sur les processus bridge multidimensionnels.

Cette étude traite de la représentation informatique de connaissances en musique, abordée à partir de deux expériences en grandeur réelle. La première est une méthode d'acquisition de connaissances en ethnographie mettant en interaction un expert (le musicien), un analyste (le musicologue) et une machine dans une situation d'apprentissage. Les schémas d'improvisation des musiciens sont identifiés et exprimés à l'aide de règles de production dans un formalisme dérivé des grammaires génératives et des langages de formes. Un algorithme déterministe de test d'appartenance de chaînes arbitraires au langage défini par une grammaire (sensible au contexte) est présenté, ainsi qu'une technique d'inférence inductive de langages réguliers permettant l'acquisition automatique de connaissances lexicales et syntaxiques. La seconde expérience s'insère dans l'élaboration d'un environnement de composition musicale assistée par ordinateur. Le problème est ici la représentation du temps dans une structure discrète d'“objets temporels”, et plus généralement la synchronisation de processus parallèles. Une méthode est proposée pour la détermination d'une structure à partir de données incomplètes sur la synchronisation des objets. La notion d'“objet sonore” est ensuite explicitée formellement. Un algorithme efficace permet l'instanciation des objets sonores affectés à une structure en tenant compte des contraintes liées à leurs propriétés métriques et topologiques.

Les pulsars sont une des sources d'ondes gravitationnelles attendues pour les interféromètres terrestres. Dans la gamme de fréquences où la sensibilité sera suffisamment bonne pour espérer une détection typiquement au-dessus de 10 Hz , la majorité des pulsars appartient à un système binaire. La fréquence des ondes gravitationnelles émises par un pulsar en système binaire subit plusieurs effets Doppler : celui dû à la rotation de la Terre sur elle-même, celui dû à la révolution de la Terre autour du Soleil, et celui dû à l'orbite du pulsar autour de son compagnon. <br> Cette thèse présente le contrôle du système de synchronisation de Virgo, la simulation du signal émis par les pulsars en système binaire et deux méthodes adaptées à la recherche de tels objets. Les principes de ces méthodes, les puissances de calcul nécessaires et les performances sont détaillés.