L’évolution des supercalculateurs, de leur origine dans les années 60 jusqu’à nos jours, a fait face à 3 révolutions : (i) l’arrivée des transistors pour remplacer les triodes, (ii) l’apparition des calculs vectoriels, et (iii) l’organisation en grappe (clusters). Ces derniers se composent actuellement de processeurs standards qui ont profité de l’accroissement de leur puissance de calcul via une augmentation de la fréquence, la multiplication des cœurs sur la puce et l’élargissement des unités de calcul (jeu d’instructions SIMD). Un exemple récent comportant un grand nombre de cœurs et des unités vectorielles larges (512 bits) est le co-proceseur Intel Xeon Phi. Pour maximiser les performances de calcul sur ces puces en exploitant aux mieux ces instructions SIMD, il est nécessaire de réorganiser le corps des nids de boucles en tenant compte des aspects irréguliers (flot de contrôle et flot de données). Dans ce but, cette thèse propose d’étendre la transformation nommée Deep Jam pour extraire de la régularité d’un code irrégulier et ainsi faciliter la vectorisation. Ce document présente notre extension et son application sur une mini-application d’hydrodynamique multi-matériaux HydroMM. Ces travaux montrent ainsi qu’il est possible d’obtenir un gain de performances significatif sur des codes irréguliers. / Since the 60s to the present, the evolution of supercomputers faced three revolutions : (i) the arrival of the transistors to replace triodes, (ii) the appearance of the vector calculations, and (iii) the clusters. These currently consist of standards processors that have benefited of increased computing power via an increase in the frequency, the proliferation of cores on the chip and expansion of computing units (SIMD instruction set). A recent example involving a large number of cores and vector units wide (512-bit) is the co-proceseur Intel Xeon Phi. To maximize computing performance on these chips by better exploiting these SIMD instructions, it is necessary to reorganize the body of the loop nests taking into account irregular aspects (control flow and data flow). To this end, this thesis proposes to extend the transformation named Deep Jam to extract the regularity of an irregular code and facilitate vectorization. This thesis presents our extension and application of a multi-material hydrodynamic mini-application, HydroMM. Thus, these studies show that it is possible to achieve a significant performance gain on uneven codes.

L'objectif principal de ce travail de thèse étant la préparation de nanovecteurs biocompatibles, nous avons mis au point des systèmes catalytiques exempts de métal pour polymériser les différents monomères préparés dérivés de l’acide diméthylmalique. En présence de ces systèmes catalytiques, la polymérisation anionique par ouverture de cycle (aROP) se déroule de manière contrôlée avec une cinétique plus rapide que celle réalisée en présence d’autres organo-catalyseurs déjà décrit dans la littérature. Nous avons ainsi synthétisé trois homopolymères hydrophobes et deux familles de copolymères di-blocs amphiphiles ayant différentes balances hydrophiles/hydrophobes. Des nanoparticules (NPs) ont été préparées par nanoprécipitation à partir des homopolymères hydrophobes et des copolymères à blocs amphiphiles. La taille des NPs varie entre 30 et 170 nm avec de faibles dispersités (PDI ≤ 0,23) et ayant une très bonne stabilité à 4°C et à 37°C. Des études de cytotoxicité in vitro sur la lignée cellulaire d'hépatome HepaRG ont mis en évidence que toutes les NPs ont une faible toxicité à des concentrations inférieures à 3 μM. En parallèle, une sonde fluorescente, le DiR, a été encapsulée dans les NPs lors de la nanoprécipitation sans affecter les caractéristiques et la stabilité des NPs correspondantes. Enfin, des études in vitro utilisant ces NPs chargées en DiR ont montré que ces dernières étaient effectivement captées par les cellules HepaRG avec différents pourcentages de captation. / The main objective of this PhD thesis being the preparation of biocompatible nanovectors, we have set up metal-free catalytic systems to polymerize various prepared monomers derived from dimethylmalic acid. Using such catalytic systems, the anionic ring opening polymerization (aROP) proceeds in a controlled manner with faster kinetics compared to the organo-catalysts already reported in the literature. Three hydrophobic homopolymers and two families of amphiphilic block copolymers with different hydrophilic/hydrophobic balances have been therefore synthesized. Nanoparticles (NPs) have been prepared by nanoprecipitation of these hydrophobic homopolymers and amphiphilic block copolymers. The size of the NPs ranges from 30 to 170 nm with low dispersity values (PDI ≤ 0.23) and high stability at 4°C and 37°C. In vitro cytotoxicity studies on HepaRG hepatoma cell line have highlighted that all the NPs have low toxicity at concentrations lower than 3μM. In parallel, NPs were loaded with the fluorescent probe DiR without altering the characteristics and the stability of the corresponding DiR loaded NPs. Finally, in vitro studies using NPs loaded with DiR have shown that HepaRG cells effectively uptake the NPs in different percentages of uptake.

Depuis les années 60, les auto-assemblages de monoglycérides font l'objet de nombreusesrecherches. En effet, une fois émulsifiés, ces systèmes de taille nanométrique, sont constitués degouttelettes contenant une phase aqueuse, lipidique et une interface très importante, offrant ainsi lapossibilité de solubiliser tous types de molécules. Ces réservoirs potentiels à molécules sontcependant assez fragiles et nécessitent des recherches plus abouties afin de pouvoir les rendreutilisables dans les domaines de l'alimentaire, de la pharmaceutique, de la cosmétique ou de lamédecine.Nous avons montré la possibilité de diversifier l'émulsifiant utilisé pour stabiliser ces Isasomes,permettant de faire varier à volonté les tailles de gouttelettes ainsi que leur charge de surface. Lesucrose stéarate s'est montré une très bonne alternative au F127 classiquement utilisé. Lesconditions de fabrication et de stockage sont déterminantes dans la compréhension des Isasomes etde l'évolution de leurs structures internes. En effet, dans le cas des mélanges monolinoléine/limonène,ce dernier s'est vu décrire une évaporation dans le temps qui modifie ainsi les structures internes. Cephénomène a été décrit pour la première fois.Une fois les influences des conditions opératoires définies, nous avons utilisé ces Isasomes commeréservoirs à molécules d'intérêt. Nous avons alors décrit les différentes influences que ces moléculesont sur les structures internes, en fonction, de leur structure, de leur masse moléculaire et de leursolubilité. Enfin, nous avons utilisé les Isasomes comme vecteurs pour des moléculesmédicamenteuses. Leur utilisation a permis d'améliorer la disponibilité et l'efficacité de tellesmolécules.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Depuis les années 60, les auto-assemblages de monoglycérides font l’objet de nombreusesrecherches. En effet, une fois émulsifiés, ces systèmes de taille nanométrique, sont constitués degouttelettes contenant une phase aqueuse, lipidique et une interface très importante, offrant ainsi lapossibilité de solubiliser tous types de molécules. Ces réservoirs potentiels à molécules sontcependant assez fragiles et nécessitent des recherches plus abouties afin de pouvoir les rendreutilisables dans les domaines de l’alimentaire, de la pharmaceutique, de la cosmétique ou de lamédecine.Nous avons montré la possibilité de diversifier l’émulsifiant utilisé pour stabiliser ces Isasomes,permettant de faire varier à volonté les tailles de gouttelettes ainsi que leur charge de surface. Lesucrose stéarate s’est montré une très bonne alternative au F127 classiquement utilisé. Lesconditions de fabrication et de stockage sont déterminantes dans la compréhension des Isasomes etde l’évolution de leurs structures internes. En effet, dans le cas des mélanges monolinoléine/limonène,ce dernier s’est vu décrire une évaporation dans le temps qui modifie ainsi les structures internes. Cephénomène a été décrit pour la première fois.Une fois les influences des conditions opératoires définies, nous avons utilisé ces Isasomes commeréservoirs à molécules d’intérêt. Nous avons alors décrit les différentes influences que ces moléculesont sur les structures internes, en fonction, de leur structure, de leur masse moléculaire et de leursolubilité. Enfin, nous avons utilisé les Isasomes comme vecteurs pour des moléculesmédicamenteuses. Leur utilisation a permis d’améliorer la disponibilité et l’efficacité de tellesmolécules. / Monoglyceride self-assemblies are promising vectors for bioactives or drugs. Their constitutions allow to solubilize all type of molecules. They need deeper researches to improve their stability and their applications in food, pharmaceutic, cosmetic or medicine. We succeed to replace the commonly used emulsifier F127 with other surfactants usable in food industry. In this way we show the possibility to control their size, charge and stability. The process parameters are of primary interest to understand their formation and their stability during time. Indeed, we demonstrate for the first time an evaporation of limonene during time, changing the internal structures. Once these parameters defined, we used these 0self-assemblies for vectorisation. We observe the influence on structures, of the solubilization of bioactives and drugs. Finally, we observe the improvement of Paclitaxel cellular internalization, when included in Isasomes.

Les applications ne sont pas toujours optimisées pour le matériel sur lequel elles s'exécutent, comme les logiciels distribués sous forme binaire, ou le déploiement des programmes dans des fermes de calcul. On se concentre sur la maximisation de l'efficacité du processeur pour les extensions SIMD. Nous montrons que de nombreuses boucles compilées pour x86 SSE peuvent être converties dynamiquement en versions AVX plus récentes et plus puissantes. Nous obtenons des accélérations conformes à celles d'un compilateur natif ciblant AVX. De plus, on vectorise en temps réel des boucles scalaires. Nous avons intégré des logiciels libres pour (1) transformer dynamiquement le binaire vers la forme de représentation intermédiaire, (2) abstraire et vectoriser les boucles fréquemment exécutées dans le modèle polyédrique (3) enfin les compiler. Les accélérations obtenues sont proches du nombre d'éléments pouvant être traités simultanément par l'unité SIMD. / In many cases, applications are not optimized for the hardware on which they run. This is due to backward compatibility of ISA that guarantees the functionality but not the best exploitation of the hardware. Many reasons contribute to this unsatisfying situation such as legacy code, commercial code distributed in binary form, or deployment on compute farms. Our work focuses on maximizing the CPU efficiency for the SIMD extensions. The first contribution is a lightweight binary translation mechanism that does not include a vectorizer, but instead leverages what a static vectorizer previously did. We show that many loops compiled for x86 SSE can be dynamically converted to the more recent and more powerful AVX; as well as, how correctness is maintained with regards to challenges such as data dependencies and reductions. We obtain speedups in line with those of a native compiler targeting AVX. The second contribution is a runtime auto-vectorization of scalar loops. For this purpose, we use open source frame-works that we have tuned and integrated to (1) dynamically lift the x86 binary into the Intermediate Representation form of the LLVM compiler, (2) abstract hot loops in the polyhedral model, (3) use the power of this mathematical framework to vectorize them, and (4) finally compile them back into executable form using the LLVM Just-In-Time compiler. In most cases, the obtained speedups are close to the number of elements that can be simultaneously processed by the SIMD unit. The re-vectorizer and auto-vectorizer are implemented inside a dynamic optimization platform; it is completely transparent to the user, does not require any rewriting of the binaries, and operates during program execution.

La biodiversité dans les paysages dépend des caractéristiques de ce paysage mais peut aussi être influencée par son histoire. En effet, certaines espèces ne réagissent pas immédiatement à une perturbation mais peuvent montrer un temps de réponse plus ou moins long. De ce fait, la prise en compte de l'évolution de l'habitat des espèces est devenue un enjeu important en écologie depuis quelques années, pour mieux comprendre la présence ou la diversité biologique actuelle. L'objectif de cette thèse en géomatique s'inscrit dans ce contexte applicatif d'écologie historique. Le sujet que nous traitons porte sur l'extraction automatique d'îlots boisés et la caractérisation de leur évolution spatio-temporelle depuis le milieu du XIXe siècle pour modéliser l'effet de leur trajectoire historique sur la diversité actuelle en syrphes forestiers (Diptera : Syrphidae). Le site d'étude est un paysage agri-forestier des Coteaux de Gascogne. La démarche générale proposée se compose de trois étapes principales : (1) la constitution de la base de données spatiales des îlots boisés intégrant plusieurs sources de données hétérogènes, (2) l'appariement des îlots boisés aux différentes dates avec la caractérisation de leur évolution spatio-temporelle, (3) la modélisation statistique des relations espèces-habitats intégrant l'histoire comme un des facteurs explicatifs de la diversité en syrphes observée. Plusieurs contributions méthodologiques ont été apportées à cette démarche. Nous avons proposé une nouvelle méthode de correction géométrique fondée sur la régression ridge à noyau pour rendre compatible les données spatiales anciennes et actuelles mobilisées. Nous avons également développé une approche et un outil de vectorisation automatique des forêts dans les dessins-minutes de la carte d'Etat-Major du XIXe siècle. Enfin, une première évaluation de l'impact de l'incertitude spatiale sur la réponse des modèles espèces-habitats a également été initiée. D'un point de vue écologique, les résultats ont révélé un effet significatif de la continuité temporelle des habitats sur la diversité en syrphes forestiers. Nous avons montré que les forêts les plus isolées présentaient une dette d'extinction ou un crédit de colonisation selon le type d'évolutions apparues au cours de la dernière période étudiée (1979-2010). Il s'est avéré qu'une durée de 30 ans n'était pas suffisante aux syrphes forestiers pour qu'ils retrouvent un été d'équilibre à la suite d'une évolution spatiale de leur habitat isolé. / Biodiversity in landscapes depends on landscape spatial patterns but can also be influenced by landscape history. Indeed, some species are likely to respond in the longer term to habitat disturbances. Therefore, in recent years, landscape dynamics have become a possible factor to explain current biodiversity. The aim of this thesis in GIS is part of this historical ecology context. We are dealing with automatic extraction of forest patches and characterization of their spatiotemporal evolution. The objective is to evaluate forest dynamics effects on current diversity of forest hoverflies. (Diptera: Syrphidae) in the agri-forestry landscape of Coteaux de Gascogne. The proposed general approach consists of three main steps: (1) the forest spatial database production from heterogeneous sources, (2) forest patches matching and characterization of their spatiotemporal evolution, (3) species-habitat modeling while integrating history as one of the factors likely to explain hoverflies diversity. Several methodological contributions were made. We proposed a new geometric correction approach based on kernel ridge regression to make consistent past and present selected data sources. We also developed an automatic extraction approach of forest from Historical Map of France of the 19th century. Finally, spatial uncertainty effects on ecological models responses have been assessed. From an ecological viewpoint, a significant effect from historical continuity of patches on forest hoverflies diversity was revealed. The most isolated fragments presented an extinction debt or a colonization credit according to area dynamics occurred in the last time-period (1970-2010). As it turns out, 30 years was not sufficient for forest hoverflies to reach new equilibrium after isolated habitat changes.

L'administration de principes actifs de manière locale et externe permet de contrôler leur biodisponibilité et de prolonger leur action thérapeutique sur le site à traiter. Cependant, la délivrance au sein des couches profondes de la peau est un challenge pour la recherche dermatologique car ce tissu représente une barrière difficilement franchissable. Il permet ainsi de protéger l'organisme mais c'est un frein pour l'administration de médicaments par voie cutanée. De nombreux systèmes ont été imaginés afin d'améliorer le passage d'actifs à travers la peau : promoteurs chimiques de pénétration, méthodes électriques, vecteurs encapsulant le principe actif. Parmi ceux-ci, les vésicules montrent un fort potentiel en particulier si elles sont capables de se déformer ou fusionner avec les lipides de la peau. Notre équipe a conçu un système de vectorisation à partir d'un tensioactif catanionique, issu de l'association de deux amphiphiles de charges opposées, capable de s'auto-associer en solution aqueuse pour former des vésicules pouvant être utilisées pour l'encapsulation de principes actifs de natures variées. Ces vecteurs ont démontré par le passé leur aptitude à interagir et fusionner avec les membranes lipidiques. Dans ces travaux, nous avons donc étudié leur capacité à améliorer la pénétration cutanée de principes actifs. Les propriétés physicochimiques des vésicules sont très bien décrites dans l'eau mais une formulation dermatologique peut impliquer la présence d'additifs tels que des promoteurs de pénétration ou des agents hydratants. Les vésicules peuvent également être incorporées dans des gels aqueux pour faciliter leur application. L'influence de ces différents additifs a donc été étudiée en caractérisant systématiquement les vésicules en termes de taille, de charge, de stabilité et en évaluant la fluidité de leur membrane. Ensuite, afin d'étudier la capacité des formulations à pénétrer dans la peau, une sonde fluorescente a été encapsulée dans les vésicules. Des expériences in vitro sur peau de cochon ont permis de prouver l'importance de l'état thermodynamique de la membrane. En effet, la rétention de la sonde dans la peau est supérieure lorsque la bicouche de la vésicule est fluide. La microscopie confocale a été utilisée pour estimer la profondeur de pénétration ainsi que les chemins préférentiellement empruntés par la sonde dans la peau. Enfin, l'application de ce système à la vectorisation d'un corticostéroïde employé dans le traitement du psoriasis a validé le potentiel des vésicules catanioniques pour des usages thérapeutiques. Ces expériences ont montré une nette augmentation de la rétention cutanée grâce à nos vecteurs, en comparaison notamment avec une solution de corticoïde additionnée d'éthanol, pourtant promoteur de pénétration reconnu. / The local and external administration of drugs allows bioavailability control and sustained therapeutic action on the treatment site. Yet, the delivery to the deep layers of the skin is a challenge for dermatological research because this tissue represents an efficient barrier. It protects the organism against aggressions but it also constrains cutaneous drug delivery. Various systems have been imagined in order to improve drug passage through the skin: chemical penetration enhancers, electrical methods, drug carriers. Among these, vesicles have a strong potential, in particular if they can deform or fuse with skin lipids. Our team has designed a drug delivery system based on a catanionic surfactant, made of two oppositely charged amphiphiles. It is able to self-associate in aqueous solutions to form vesicles used to encapsulate drugs of various nature. These carriers have shown the ability to interact and fuse with lipidic membranes. In this work, we therefore studied their capacity to improve drugs' skin penetration. The vesicles' physicochemical properties are well described in water but a dermatological formulation may contain additives such as penetration enhancers or hydrating agents. The carriers can also be incorporated into aqueous gels in order to facilitate their application. The influence of these different additives was studied systematically by characterizing the vesicles in terms of size, charge, stability and by evaluating the membrane fluidity. Then, a fluorescent probe was encapsulated into the vesicles to study the formulations' ability to penetrate the skin. In vitro experiments on pig skin proved the importance of the membrane's thermodynamic state. Indeed, the probe's skin retention is higher when the vesicles' bilayer is in a fluid state. Confocal microscopy was used to estimate the penetration depth as well as the pathways followed by the probe into the skin. Finally, this system was applied to a corticosteroid used for psoriasis treatment. It confirmed the catanionic vesicles' potential for therapeutic use. These experiments showed a clear increase in cutaneous retention thanks to our carriers, in comparison with a corticoid solution containing ethanol, which is a known penetration enhancer.

Disposer de descriptions tridimensionnelles d'une scène urbaine intéresse de plus en plus d'applications industrielles. Les fournisseurs de services en télécommunications ont besoin de Modèles Numériques Urbains (MNU) précis pour alimenter les outils de planification qui leur permettent de déployer et de densifier leurs réseaux cellulaires. Avec comme objectif la fourniture d'un produit destiné aux applications des télécommunications, cette thèse traite de la modélisation de bâtiments. Les contributions principales de cette thèse sont la présentation, l'étude et le développement de plusieurs outils pour la reconstruction automatique de bâtiments. Une contribution originale et importante est l'algorithme de reconstruction automatique des façades. Il permet la reconstruction des façades sans aucun a priori sur la forme du bâtiment traité ni sur l'orientation de ses façades. Nous montrons comment utiliser les points reconstruits sur les façades pour corriger les limites des bâtiments dans un MNE (Modèle Numérique d'Elévation) ou pour guider des contours actifs. Nous présentons aussi un système de modélisation automatique des bâtiments basé sur les outils que nous avons développés. Ce système de modélisation de scène urbaine se compose des trois étapes suivantes : (1) segmentation du MNE initial en plans horizontaux pour retrouver les régions planes qui permettent de décrire les toits des bâtiments, (2) approximation polygonale des contours des plans pour construire un modèle initial et (3) orthogonalisation de ces modèles de bâtiments. Nous proposons une procédure de validation des résultats basée sur des outils télécoms. Les résultats montrent que ces données sont satisfaisantes pour déployer un réseau et le maintenir dans une zone rurale et sub-urbaine.

Pac est un système de calcul formel dédié a une machine Mind massivement parallèle. Dans une première partie, l'architecture du système est décrite. Elle est illustrée par une modélisation théorique et pratique de la parallélisation du produit de deux polynômes. Le système Pac est implante sur la machine t40 de Fps (32 processeurs). Dans une deuxième partie, l'arithmétique nodale en précision infinie sur les rationnels est étudiée. Différents algorithmes sont dégagés, notamment pour la multiplication, la division et le pgcd d'entiers de taille quelconque. Une vectorisation de l'arithmétique de base est discutée et expérimentée