Cette thèse est consacrée à l'étude de la dynamique des systèmes complexes. Nous construisons des réseaux couplés à partir de multiples instances de systèmes dynamiques déterministes, donnés par des équations différentielles ordinaires ou des équations aux dérivées partielles de type parabolique, qui décrivent un problème d'évolution. Nous étudions le lien entre la dynamique interne à chaque nœud du réseau, les éléments de la topologie du graphe portant ce réseau, et sa dynamique globale. Nous recherchons les conditions de couplage qui favorisent une dynamique globale particulière à l'échelle du réseau, et étudions l'impact des interactions sur les bifurcations identifiées sur chaque nœud. Nous considérons en particulier des réseaux couplés de systèmes de réaction-diffusion, dont nous étudions le comportement asymptotique, en recherchant des régions positivement invariantes, et en démontrant l'existence d'attracteurs exponentiels de dimension fractale finie, à partir d'estimations d'énergie qui révèlent la nature dissipative de ces réseaux de systèmes de réaction-diffusion. Ces questions sont étudiées dans le cadre de quelques applications. En particulier, nous considérons un modèle mathématique pour l'étude géographique des réactions comportementales d'individus, au sein d'une population en situation de catastrophe. Nous présentons les éléments de modélisation associés, ainsi que son étude mathématique, avec une analyse de la stabilité des équilibres et de leurs bifurcations. Nous établissons l'importance capitale des chemins d'évacuation dans les réseaux complexes construits à partir de ce modèle, pour atteindre l'équilibre attendu de retour au comportement du quotidien pour l'ensemble de la population considérée, tout en évitant une propagation du comportement de panique. D'autre part, la recherche de solutions périodiques émergentes dans les réseaux d'oscillateurs nous amène à considérer des réseaux complexes de systèmes hamiltoniens pour lesquels nous construisons des perturbations polynomiales qui provoquent l'apparition de cycles limites, problématique liée au XVIème problème de Hilbert. / This thesis is devoted to the study of the dynamics of complex systems. We consider coupled networks built with multiple instances of deterministicdynamical systems, defined by ordinary differential equations or partial differential equations of parabolic type, which describe an evolution problem.We study the link between the internal dynamics of each node in the network, its topology, and its global dynamics. We analyze the coupling conditions which favor a particular dynamics at the network's scale, and study the impact of the interactions on the bifurcations identified on each node. In particular, we consider coupled networks of reaction-diffusion systems; we analyze their asymptotic behavior by searching positively invariant regions, and proving the existence of exponential attractors of finite fractal dimension, derived from energy estimates which suggest the dissipative nature of those networks of reaction-diffusion systems.Our framework includes the study of multiple applications. Among them, we consider a mathematical model for the geographical analysis of behavioral reactions of individuals facing a catastrophic event. We present the modeling choices that led to the study of this evolution problem, and its mathematical study, with a stability and bifurcation analysis of the equilibria. We highlight the decisive role of evacuation paths in coupled networks built from this model, in order to reach the expected equilibrium corresponding to a global return of all individuals to the daily behavior, avoiding a propagation of panic. Furthermore, the research of emergent periodic solutions in complex networks of oscillators brings us to consider coupled networks of hamiltonian systems, for which we construct polynomial perturbationswhich provoke the emergence of limit cycles, question which is related to the sixteenth Hilbert's problem.

L’étude du fonctionnement et de la fabrique de Vendôme du 11e au début du 19e s. propose une lecture différente des villes intermédiaires en montrant toutes la complexité du phénomène urbain dans un type de ville très souvent réduit à son origine castrale. La ville résulte en fait d’une multitude de temporalités et de spatialités où le temps des acteurs et de leurs projets n’est pas celui des structures. Tout d’abord, une approche théorique présente les concepts et la modélisation de l'espace urbain utilisés dans ce travail (1ère partie). Puis, l’étude de Vendôme dans la longue durée met en évidence quatre grandes phases dans le fonctionnement urbain, durant lesquelles les fins poursuivies par les acteurs et leurs répercutions spatiales sont étudiées (2ème partie). Enfin, sont analysées les structures de la ville, tant morphologiques que fonctionnelles, grâce à une modélisation de l’espace urbain prenant en compte la multiplicité des objets de la réalité urbaine (parcelle, réseau de voies, domaine construit…) évoluant chacun dans leur temporalité propre mais interagissant entre eux (3ème partie) / The study of the functioning and of the urban fabric of Vendôme between the 11th and the beginning of the 19th century offers a different interpretation of small towns showing the great complexity of the urban phenomenon in a type of town often regarded as the simple result of the construction of a castle. As a matter of fact, a town is the result of a large number of time and space units in which the time of the people involved in various projects is not the same as the time of structures. To start with, the concepts and the modeling rules of urban fabric used in this research are defined (part 1). Then, the study of Vendôme in the longue durée allows to distinct four main phases in the urban functioning for which the projects fulfilled by various actors are analyzed as well as their impact on urban space (part 2). Finally, urban structures are considered both from a morphological and functional point of view through a model based on the diversity of urban objects such as plots, street system, buildings etc. which have their own timing but interact with each other (part 3)

Le changement climatique continue d'affecter la dynamique des paysages forestiers à grande échelle. Cependant, il demeure incertain comment ces changements affecteront les forêts futures et en particulier les épidémies des insectes ravageurs forestiers. Le changement climatique affecte l’émergence des insectes, en perturbant notamment la synchronisation phénologique entre les insectes herbivores et leurs arbres hôtes. De telles perturbations peuvent avoir des conséquences importantes sur le moment de l’émergence, l'étendue et la gravité de l'épidémie. Cette étude vise à comprendre comment le changement climatique pourrait affecter la synchronie phénologique entre la tordeuse des bourgeons de l'épinette (Choristoneura fumiferana), un défoliateur indigène, et ses espèces hôtes (Abies balsamea et Picea mariana) et comment cela pourrait affecter l'étendue des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette dans la région de la Côte-Nord au Québec, Canada. Nous avons exploré les effets de deux facteurs expérimentaux sur l'étendue des épidémies à l'aide d'un modèle de simulation stochastique spatialement explicite à base d’agents (MBA): (1) la température quotidienne représentée selon deux niveaux d'augmentation (+2°C et +4°C) relative à une base de référence 2016 et (2) la variation de la phénologie des arbres hôtes correspondant aux différents niveaux d'incertitude (SD) concernant le moment du débourrement des bourgeons. Nous avons évalué comment ces facteurs ont affecté la variation de l'étendue des épidémies de la tordeuse des bourgeons de l'épinette et la complexité spatiale du patch épidémique sur un horizon de simulation de 20 ans. Nos résultats de simulation indiquent que la synchronisation phénologique arbres hôtes-insectes est fortement affectée par les changements de température, mais de manière non linéaire. Une augmentation de 2°C a permis de réduire l'étendue de l'épidémie en raison de la faible survie des larves, tandis qu'une augmentation de 4°C a entraîné une survie plus élevée des insectes et des épidémies plus importantes. Notre modèle peut aider à prévoir la dynamique future des forêts et faciliter l'élaboration de meilleures stratégies de gestion pour réduire l'effet des épidémies sur les paysages forestiers. / Climate change continues to affect forest landscape dynamics at a global scale. However, it remains uncertain how these changes will affect future forests and in particular outbreaks of forest insect pests. Climate change can affect outbreaking insects by disrupting phenological synchrony between herbivorous insects and their host trees. Such disruptions can have important consequences for outbreak timing, extent, and severity. This study aims to understand how climate change could affect the phenological synchrony between the spruce budworm (Choristoneura fumiferana), a native outbreaking defoliator, and its host trees (Abies balsamea and Picea mariana), and how this might affect the extent of spruce budworm outbreaks in the Côte-Nord region in Quebec, Canada. We explored the effects of two experimental factors on outbreak extent using a spatially explicit stochastic agent-based simulation model (ABM): (1) daily temperature represented as two levels of increase (+2°C and +4 °C) relative to a 2016 baseline, and (2) variation in host phenology represented as four different levels of uncertainty (SD) around the timing of budburst. We assessed how these factors affected variation in spruce budworm outbreak extent and outbreak patch spatial complexity over a 20-year simulation horizon. Our simulation results indicate that host trees-insect phenological synchrony is strongly affected by temperature changes, but in a non-linear way. An increase of 2°C was found to reduce outbreak extent due to poor larval survival, while an increase of 4°C resulted in higher insect survival and larger outbreaks. Our model can help to forecast future forest dynamics and facilitate the development of better management strategies to reduce the effect of outbreaks on forest landscapes.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Cette thèse propose une réflexion autour de l'étude des marchés financiers sous le prisme des systèmes complexes.Tout d'abord une description mathématique est proposée pour représenter le processus de prises de décision des agents dès lors où celui-ci bien que représentant les intérêts individuels d'un agent, est également influencé par l'émergence d'un comportement collectif. La méthode est particulièrement applicable lorsque le système étudié est caractérisé par une dynamique non-linéaire. Une application du modèle est proposée au travers de l'implémentation d'un marché artificiel boursier avec une approche système multi-agents. Dans cette application la dynamique du marché est décrite à la fois aux niveaux microscopiques (comportement des agents) et macroscopique (formation du prix). Le processus de décision des agents est défini à partir d'un ensemble de règles comportementales reposant sur des principes de logique floue. La dynamique de la formation du prix repose sur une description déterministe à partir des règles d'appariement d'un carnet d'ordres central tel que sur NYSE-Euronext-Paris. Il est montré que le marché artificiel boursier tel qu'implémenté est capable de répliquer plusieurs faits stylisés des marchés financiers : queue de distribution des rendements plus épaisse que celle d'une loi normale et existence de grappes de volatilité (ou volatility clustering).Par la suite, à partir de simulations numériques il est proposé d'étudier trois grandes propriétés du système : sa capacité d'auto-organisation, de résilience et sa robustesse. Dans un premier temps une méthode est introduite pour qualifier le niveau d'auto-organisation du marché. Nous verrons que la capacité d'auto-organisation du système est maximisée quand les comportements des agents sont diversifiés. Ensuite, il est proposé d'étudier la réponse du système quand celui-ci est stressé via la simulation de chocs de marché. Dans les deux analyses, afin de mettre en évidence comment la dynamique globale du système émerge à partir des interactions et des comportements des agents des résultats numériques sont systématiquement apportés puis discutés.Nos résultats montrent notamment qu'un comportement collectif grégaire apparait à la suite d'un choc, et, entraîne une incapacité temporaire du système à s'auto-organiser. Finalement, au travers des simulations numériques il peut être également remarqué que le marché artificiel boursier implémenté est plus sensible à de faibles répétitions répétées qu'à un choc plus important mais unique. / This thesis suggests reflection in studying financial markets through complex systems prism.First, an original mathematic description for describing agents' decision-making process in case of problems affecting by both individual and collective behavior is introduced. The proposed method is particularly applicable when studied system is characterized by non-linear, path dependent and self-organizing interactions. An application to financial markets is proposed by designing a multi¬agent system based on the proposed formalization.In this application, we propose to implement a computational agent-based financial market in which the system is described in both a microscopie and macroscopic levels are proposed. The agents' decision-making process is based on fuzzy logic rules and the price dynamic is purely deten-ninistic according to the basis matching rules of a central order book as in NYSE-Euronext-Paris. We show that, while putting most parameters under evolutionary control, the computational agent- based system is able to replicate several stylized facts of financial time series (distributions of stocks returns showing a heavy tau l with positive excess kurtosis and volatility clustering phenomenon).Thereafter, with numerical simulations we propose to study three system's properties: self-organization, resilience and robustness. First a method is introduced to quantify the degree of selforganization which ernerges in the system and shows that the capacity of self-organization is maximized when the agents' behaviors are heterogeneous. Secondly, we propose to study the system's response when market shock is simulated. in both cases, numerical results are presentedI and analyzed, showing how the global market behavior emerges from specific individual behavior interactions.Our results notably show that the emergence of collective herding behavior when market shock occurs leads to a temporary disruption on the system self-organization. Finaily, numerical simulations highlight that our artificial financial market can be able to absorb strong mono-shock but be lead to the rupture by low but repeated perturbations.

Et si les propriétés sensori-motrices de la parole modelaient le langage ? Cette hypothèse a propulsé le langage dans le monde de la complexité et de la cognition en-corporée. Nous introduisons ici différents types d'arguments montrant le rôle de la motricité de la parole dans la genèse du langage. Motricité orofaciale, d'abord, avec l'idée que les propriétés de la coordination inter-articulateurs contraindraient la morphogenèse du langage. Motricité orofaciale et brachiomanuelle, ensuite, avec l'hypothèse que le langage émergerait de la coordination main-bouche portant l'acte de pointage par la voix et par la main. Dans ce cadre, nos expériences analysent les mouvements enregistrés chez des locuteurs du français dans différentes tâches afin d'établir les propriétés des coordinations mâchoire-langue-lèvres dans la parole, puis mâchoire-main dans le pointage. Ces recherches s'intègrent au cadre de recherche global et récent proposant d'étudier le langage comme un système-complexe.

Les expériences de soin vécues par les infirmières de soins intensifs auprès des patients cérébrolésés et de leurs proches alors que l’arrêt de traitement devient une option confrontent les infirmières à des défis qui surgissent particulièrement lors de l’instauration de la relation de soin, infirmière-patient, et lors de la mise en action de leur rôle d’avocate. Parmi les théories en sciences infirmières, celle du Human Caring de Watson (1979/1985/2008/2012) positionne la relation avec le patient, une relation transpersonnelle, comme un idéal moral. Dès lors, lorsqu’elles sont confrontées à des défis pour développer cette relation, les infirmières remettent en question tant leur pratique, que la conception qu’elles ont de la nature du soin, centre d’intérêt de leur discipline. Toutefois, à ce jour, très peu d’études ont eu pour objet de recherche la compréhension de cette expérience de soin vécue par des infirmières auprès de patients cérébrolésés et de leurs proches alors que l’arrêt de traitement devient une option. Cela, même si les défis, et les questionnements qu’ils suscitent chez les infirmières peuvent avoir d’importantes répercussions pour les personnes soignées dans un environnement de soins intensifs. Instruite par le constructivisme projectif, la pensée complexe de Morin et la philosophie de la compréhension de Ricœur, notre étude a eu pour but précisément de chercher à décrire et comprendre l’expérience de soin vécue par des infirmières de soins intensifs auprès de patients cérébrolésés et leurs proches lorsque l’arrêt de traitement devient une option. Cette recherche a été réalisée à partir d’un devis descriptif interprétatif, tirant ses origines de la discipline infirmière, en s’inspirant du Narrative Inquiry, méthode qui a pour visée d’étudier l’expérience (Chase, 2005; Clandinin & Connelly, 2000). Onze infirmières provenant des régions de Montréal et de Québec ont participé. La chercheuse a rencontré chaque participante à trois reprises pour effectuer le recueil des données à partir desquelles les récits de recherche ont été co-construits, et le premier niveau d’analyse a été réalisé. Cette analyse qui demeurait descriptive s’est poursuivie par questionnement analytique (Paillé & Mucchielli, 2012) de conception complexe en dialogue avec les 11 récits de recherche. Les connaissances construites en deux étapes, une phase descriptive et une phase interprétative sur cette expérience de soin ont constitué les fondements de notre réflexion pour activer la conception de nouvelles connaissances disciplinaires sur l’ontologie du soin. Nous avons interprété que le soin, que nous qualifions d’humanéthique, peut être conçu dans le construit d’un système complexe ouvert, comportant : une finalité, la vie bonne avec et pour un patient heureux; une écologie dans laquelle il s’organise, où l’environnement social est prépondérant; une évolution temporelle se déployant dans un espace-temps; une reliance indicible, la dimension relationnelle essentielle au soin; mais aussi une part d’incertitude. Une modélisation du soin humanéthique, un système perçu complexe, est présentée à travers un récit s’inspirant de la pratique infirmière. Dans cette étude, le récit s’est révélé être un outil pertinent, car la narrativité a non seulement contribué à questionner et réfléchir la pratique lors du recueil des données, et de l’analyse; mais elle a aussi permis de réaliser une représentation dynamique et pragmatique des résultats empiriques et théoriques. Ainsi, notre projet à travers l’approfondissement d’expériences vécues en pratique par des infirmières a conduit à l’avancement d’un nouvel éclairage théorique sur le soin. De plus, à travers un récit, nous avons proposé des leviers qui puissent être actionnables en pratique par les infirmières, quel que soit le contexte dans lequel le soin se déroule. Des pistes de réflexion et des implications en ont résulté pour les secteurs de la pratique clinique, de la formation, de la gestion et de la recherche en sciences infirmières. Dès lors, cette étude orientée vers la pratique a non seulement la faculté de pouvoir soutenir la pratique infirmière, mais aussi d’être à l’origine de nouveaux questionnements sur la nature du soin, permettant ainsi de poursuivre son développement. / The care experiences of critical care nurses with brain-damaged patients and their loved ones as withdrawing treatment becomes an option confront nurses with challenges that arise particularly when establishing the nurse-patient care relationship and when putting their advocacy role into action. Among the nursing theories, Watson's Human Caring (1979/1985/2008/2012) positions the relationship with the patient, a transpersonal relationship, as a moral ideal. Therefore, when faced with challenges in developing this relationship, nurses question both their practice and their understanding of the nature of care, which is the focus of their discipline. However, to date, very few studies have focused on understanding nurses' experience of caring for brain-damaged patients and their loved ones as withdrawing treatment becomes a care option. This is despite the fact that the challenges, and the questions they raise for nurses, can have important implications for those being cared for in a critical care environment. Based on projective constructivism, Morin's complex thinking and Ricoeur's philosophy of understanding, the purpose of our study was precisely to seek to describe and understand the care experience of critical care nurses with brain-damaged patients and their families when withdrawing treatment becomes an option. This research was carried out from an interpretative descriptive specification, drawing its origins from the nursing discipline, inspired by the Narrative Inquiry, a method that aims to study the experience (Chase, 2005; Clandinin & Connelly, 2000). Eleven nurses from the regions of Montreal and Quebec City participated. The researcher met with each participant three times to carry out the data collection from which the research narratives were co-constructed, and the first level of analysis was carried out. This analysis, which remained descriptive, continued through analytical questioning (Paillé & Mucchielli, 2012) of complex design in dialogue with the 11 research narratives. The knowledge built up in two stages, a descriptive phase and an interpretative phase on this experience of care constituted the foundations of our reflection to activate the conception of new disciplinary knowledge on the ontology of care. We have interpreted that the care, which we call “humanethical”, can be designed in the construction of a complex open system, with: a purpose, a good life with and for a happy patient; an ecology in which it is organized, where the social environment is preponderant; a temporal evolution unfolding in space-time; an unspeakable relatedness , the relational dimension essential to care; but also an element of uncertainty. Modelling the “humanethical” care, a complex system, is presented through a narrative inspired by nursing practice. In this study, storytelling proved to be a relevant tool, as narrativity not only helped to question and reflect on practice during data collection and analysis, but also provided a dynamic and pragmatic representation of empirical and theoretical findings. Thus, our project through the deepening of experiences lived in practice by nurses has led to the advancement of a new theoretical perspective on care. In addition, through a narrative, we have proposed levers that can be operated in practice by nurses, regardless of the context in which the care takes place. This led to a number of reflections and implications for clinical practice, education, management and research in nursing. Therefore, this practice-oriented study not only has the potential to support nursing practice, but also to raise new questions about the nature of care, thus enabling its further development.

Dans un avion, un hélicoptère ou un lanceur actuel, des milliers de capteurs, pour la plupart non critiques sont utilisés pour la mesure de divers paramètres (températures, pressions, positions...) Les résultats sont ensuite acheminés par des fils vers les calculateurs de bord qui les traitent. Ceci implique la mise en place de centaines de kilomètres de câbles (500 km pour un avion de ligne) dont le volume est considérable. Il en résulte une grande complexité de conception et de fabrication, des problèmes de fiabilité, notamment au niveau des connexions, et une masse importante. Par ailleurs l'instrumentation de certaines zones est impossible car leur câblage est difficilement envisageable par manque d'espace. En outre, s'il est souvent intéressant d'installer de nouveaux capteurs pour faire évoluer un aéronef ancien, l'installation des câbles nécessaires implique un démantèlement partiel, problématique et coûteux, de l'appareil. Pour résoudre ces problèmes, une idée innovante a émergé chez les industriels de l'aéronautique : commencer à remplacer les réseaux filaires reliant les capteurs d'un aéronef et leur centre de décision par des réseaux sans fil. Les technologies de communication sans fil sont aujourd'hui largement utilisées dans les marchés de l'électronique de grande consommation. Elles commencent également à être déployées pour des applications industrielles comme l'automobile ou le relevé à distance de compteurs domestiques. Cependant, remplacer des câbles par des ondes représente un défi technologique considérable comme la propagation en milieu confiné, la sécurité, la sureté de fonctionnement, la fiabilité ou la compatibilité électromagnétique. Cette thèse est motivée d'une part par l'avancée non négligeable dans le milieu aérospatial que pourrait être l'établissement d'un réseau sans fil à bord d'aéronefs dans la résolution de problématique classiques comme l'allégement et l'instrumentation. Il en résulterait donc : * Une meilleure connaissance de l'environnement et de la santé de l'aéronef * Un gain sur le poids. * Un gain en flexibilité. * Un gain en malléabilité et en évolutivité. * Un gain sur la complexité. * Un gain sur la fiabilité D'autre part, étant donnée la complexité de la conception de ce réseau de capteur sans fil, il a été nécessaire d'appliquer une méthodologie évolutive et adaptée mais inspirée de l'ingénierie système. Il est envisageable, vu le nombre de sous-systèmes à considérer, que cette méthodologie soit réutilisable pour d'autre cas pratiques. Une étude aussi complète que possible a été réalisée autour de l'existant déjà établi sur le sujet. En effet, on peut en lisant ce mémoire de thèse avoir une idée assez précise de ce qui a été fait. Une liste a été dressée de toutes les technologies sans fil en indiquant leur état de maturité, leurs avantages et leurs inconvénients afin de préciser les choix possibles et les raisons de ces choix. Des projets de capteurs sans fil ont été réalisés, des technologies sans fil performantes et personnalisables ont été développées et arrivent à maturité dans des secteurs variés tels que la domotique, la santé, l'automobile ou même l'aéronautique. Cependant aucun capteur sans fil n'a été véritablement installé en milieu aérospatial car de nombreux verrous technologiques n'ont pas été levés. Fort des expériences passées, et de la maturité qu'ont prise certaines technologies, des conclusions ont été tirées des projets antérieurs afin de tendre vers des solutions plus viables. Une fois identifiés, les verrous technologiques ont été isolés. Une personnalisation de notre solution a été à envisager afin de remédier tant que faire se peut à ces points bloquants avec les moyens mis à disposition. La méthodologie appliquée nous a permis d'identifier un maximum de contraintes, besoins et exigences pour mieux focaliser les efforts d'innovation sur les plus importantes et choisir ainsi les technologies les plus indiquées.