Lors de le la propagation d’une impulsion laser ultra- intense et ultra-brève dans un plasma sous dense une onde de plasma se forme dans son sillage, susceptible d’accélérer des électrons à des énergies élevées sur de très courtes distances. Dans un régime d’excitation extrêmement non-linéaire, connu sous le nom de régime de la bulle, on peut obtenir des faisceaux mono-énergétiques d’électrons relativistes. Si les faisceaux d’électrons issus de l’interaction sont aujourd’hui bien caractérisés, de nombreux paramètres de l’interaction restent inaccessibles, faute de diagnostics adaptés. Nous avons tenté de répondre à cette problématique au cours de cette thèse, en étudiant à l’aide de simulations numériques comment interpréter le rayonnement issu de l’interaction pour déterminer la dynamique du milieu.La première partie de l’étude est consacrée aux propriétés du rayonnement des électrons accélérés, qui s’étend jusque dans le domaine des X. L’étude des caractéristiques de l’émission doit pouvoir renseigner sur le mouvement des électrons du milieu et plus généralement sur l’interaction laser-plasma. Les études menées dans le cadre de cette thèse montrent qu’en effet l’observation du rayonnement permet de déterminer la direction des électrons du faisceau en fin d’accélération, et dans une certaine mesure, leur répartition à l’intérieur du faisceau.La deuxième partie concerne la propagation en milieu sous dense. Le plasma perturbe l’impulsion au cours de sa propagation, modifiant ses caractéristiques spatiales et spectrales. Nous avons étudié ces effets lorsque le milieu est constitué d’un gaz d’azote puis d’argon. Nos résultats mettent en évidence les contributions respectives de l’auto-modulation de l’impulsion ainsi que celle du gradient de densité électronique créé par l’ionisation des gaz dans leurs différents états de charge. L’étude a été poursuivie dans des conditions d’accélération exploitant un gaz plus léger et à plus haute intensité, dans le régime de la bulle. Nous avons identifié l’origine des variations des conditions d’interaction observées dans la première partie. / An intense and short laser pulse propagating through an under dense plasma creates a plasma wave in its wake. The huge electric fields generated by this wave are responsible for the acceleration of trapped electrons to high energies in a very short distance. A nonlinear acceleration regime, known as the bubble regime, is particularly exciting as it generates mono-energetic electron beams. Outstanding results have been obtained recently in this thematic. However, while the electron beam itself has been widely characterized, there is still a lack of information concerning the detail of the interaction process itself. During my thesis work, I contribute to bring responses to this problematic, by studying the information carried out by the light emitted during interaction using intensive numerical simulations.The first part of my thesis is the dedicated to the links existing between the properties of accelerated electrons and the radiation they emit. From its properties, we can deduce the direction of the electron beam at the end of the acceleration, as well as in some particular conditions inside the beam. It is also possible to observe variations of the interaction through radiations.The second part is dedicated to the pulse propagation study. The pulse shape and spectrum of the laser pulse can be modified during the interaction of the laser within the medium. We have studied the propagation of the pulse in Nitrogen and Argon for slightly relativistic intensity. We showed that in given conditions, the pulse spectrum can be shifted due to self-modulation, the generation of an electronic density gradient due to the gas ionization. We also studied the pulse propagation at higher intensity, in the bubble regime. We identified the origin of interaction variations, observed in the first part of the thesis through the emitted radiation study.

Cette thèse porte sur l’utilisation de techniques d’accélération matérielle pour la conception de processeurs basés sur l’optimisation dynamique de binaires. Dans ce type de machine, les instructions du programme exécuté par le processeur sont traduites et optimisées à la volée par un outil de compilation dynamique intégré au processeur. Ce procédé permet de mieux exploiter les ressources du processeur cible, mais est délicate à exploiter car le temps de cette recompilation impacte de manière très significative l’effet global de ces optimisations. Dans cette thèse, nous montrons que l’utilisation d’accélérateurs matériels pour certaines étapes clés de cette compilation (construction de la représentation intermédiaire, ordonnancement des instructions), permet de ramener le temps de compilation à des valeurs très faible (en moyenne 6 cycles par instruction, contre plusieurs centaines dans le cas d’une mise en œuvre classique). Nous avons également montré comment ces techniques peuvent être exploitées pour offrir de meilleurs compromis performance/consommation sur certains types de noyaux de calculs. La thèse à également débouché sur la mise à disposition de la communauté de recherche du compilateur développé. / This thesis is focused on the hardware acceleration of processors based on Dynamic Binary Translation. Such architectures execute binaries by translating and optimizing each instruction at run-time, thanks to a DBT toolchain embedded in the system. This process leads to a better ressource utilization but also induces execution time overheads, which affect the overall performances. During this thesis, we've shown that the use of hardware components to accelerate critical parts of the DBT process (First translation, generation of an intermediate representation and instruction scheduling) drastically reduce the compilation time (around 6 cycles to schedule one instruction, against several hundreds for a fully-software DBT). We've also demonstrated that the proposed approach enables several continuous optimizations flow, which offers better energy/performance trade-offs. Finally, the DBT toolchain is open-source and available online.

Les effets de taille finie et de densité de particules sur leur dynamique Lagrangienne dans un écoulement turbulent ont été étudiés, dans ce travail de recherche. L'écoulement de choix est la turbulence de grille en soufflerie. Des bulles de savon, gonflée au gaz ont été utilisés comme particules, la densité est la taille de les quelles peuvent ajuster à souhait dans une gamme réalisable. Celles-ci sont injectées dans l'écoulement, et sont suivies de manière Lagrangienne, en se basant sur l'état de l'art en Vélocimétrie Doppler Acoustique. Pour un même configuration d'écoulement, les tailles et les densités de particules ont été varié à l'intérieur d'une gamme faisable. Pour chaque série de particules, la vitesse et l'accélération statistiques Lagrangienne ont été déterminées, après avoir enregistré quelques mille signaux de vitesses. Les résultats montrent que les PDFs de vitesse Lagrangienne sont Gaussiennes et : indépendantes de la taille et de la densité des particules ; et sont similaire aux PDFs des vitesses Eulérienne de l'écoulement porteur. Aucuns effets de taille et de densité n'ont été trouvés sur la PDF d'accélération normalisée. Par contre, ces effets sont dominant dans la variance d'accélération, qui pour les particules iso densité décroit dans une façon monotone avec la taille de particule. Par contre, pour les bulles lourdes ces effets de taille finie peut traduire ni à partir des modèle limite de point particule ni du cas de particule iso densité. La dynamique de toutes les séries étudiées a été trouvé intermittente. Le temps de forçage turbulente été calculé à partir de l'auto corrélation d'accélération qui ont été trouvé de n'est pas varié beaucoup et qui reste dans l'ordre de temps de kolmogorov par rapport aux temps de réponses de particules calculé normalement.

La liquéfaction d'un massif de sol, due à l'action des sollicitations sismiques, provoque son instabilité et engendre des efforts importants sur les ouvrages avoisinants, qu'il convient de prendre en compte dans le dimensionnement de ces derniers. Nous proposons dans ce travail une approche dans le but d'une part de simuler l'évolution dans le temps du massif de sol liquéfié, modélisé comme un matériau viscoplastique de Bingham, d'autre part d'évaluer les efforts exercés sur les ouvrages que le sol liquéfié rencontre en s'écoulant. La résolution du problème d'évolution repose sur un principe de minimum en vitesses, combiné à un schéma d'intégration explicite dans le temps, permettant d'actualiser de proche en proche la géométrie du massif entre deux configurations successives. Une condition de bord réaliste autorisant le glissement à partir d'un seuil de cisaillement est par ailleurs formulée. Les efforts exercés sur les structures avoisinantes sont alors évalués en analysant le problème bidimensionnel de l'écoulement d'un fluide de Bingham autour d'un obstacle. Un outil numérique, reposant sur une formulation type "éléments finis" et utilisant la méthode du lagrangien augmenté associée à la technique de décomposition-coordination, a été élaboré et mis en oeuvre sur un certain nombre d'applications.

Afin de mieux comprendre et de préciser les réponses cardio-respiratoires chez l'homme lors d'exercices physiques effectués à des niveaux de gravité (ag) différents, des expérimentations en hypergravité et des analyses de données obtenues en microgravité ont été réalisées.Ainsi nous avons pu identifier les variables influençant la cinétique des réponses cardio-pulmonaires en fonction d'ag lors de la pratique d'exercices physiques, et proposer un modèle prédictif de la dépense énergétique en fonction d'ag. Il ressort de nos analyses que les effets de ag sur la consommation d'oxygène (VO2) sont déterminés par des changements de la puissance métabolique interne et non pas par des changements de la puissance mécanique ou de la VO2 de repos. Quant à la consommation maximale d'oxygène (VO2 max) estimée, celle-ci diminue de façon importante en fonction de l'augmentation d'ag. Selon nos estimations, la VO2 max serait atteinte au repos à une valeur d'ag de 4.5 G. Ceci indiquerait que l'être humain serait dans l'impossibilité d'effectuer le moindre travail sur les plus grandes planètes du système solaire, rendant ainsi leur colonisation impossible.

Cette thèse présente une série de diagnostiques tir-par-tir non invasifs pour des paquets d'électrons produits par un accélérateur laser-plasma (LPA). Trois phénomènes d'injection du LPA sont caractérisés : auto-injection canalisée et autoguidée, injection dans une rampe plasma et injection par collision de pulses laser. De nouvelles techniques sont démontrées : simplification des mesures de densité en utilisant un détecteur de front d'onde multiplie la sensitivité par 8, le fort couplage spatiotemporel du pulse THz focalisé est démontré par convolution des champs électriques (TEX) de deux pulses sondes et confirme la double structure du paquet observée avec le spectromètre à électrons, et des émittances transverses normalisées de 0.1 mm mrad sont démontrées pour des électrons de 0.5 GeV produits dans un LPA à capillaire en caractérisant la radiation bétatron émise par les électrons à l'intérieur du plasma en utilisant une nouvelle technique de spectrométrie X tir-par-tir.

Les approximants de Padé et leurs généralisations sont depuis plusieurs années l'objet d'intenses recherches, et leurs applications sont nombreuses. Beaucoup de problèmes théoriques restent cependant en suspens: problèmes tout d'abord d'existence, d'unicité problèmes de convergence, d'accélération de convergence. L'objectif du travail présenté ici était justement d'apporter des réponses à de telles questions. Dans la première partie nous nous sommes intéressés aux approximants de Padé vectoriels de séries de matrices. Des conditions d'existence et d'unicité, des résultats de convergence sont donnés, ainsi que le lien avec la théorie de Lanczos pour la résolution de systèmes linéaires. Nous utilisons aussi les approximants de Padé vectoriels pour l'approximation simultanée d'une fonction et de sa dérivée. Dans la seconde partie une condition suffisante pour la convergence quadratique de l'epsilon algorithme topologique pour la résolution de systèmes non linéaires est donnée. Des résultats d'accélération de la convergence sont démontrés pour la deuxième colonne de l'epsilon algorithme/vectoriel et plus généralement pour des procédés quasi linéaires vectoriels. La troisième partie porte sur certains approximants de type Padé de fonctions entières. Des résultats sur l'accélération sont établis. La dernière partie fait le lien entre biorthogonalité, procédé de Gram-Schmidt, système linéaire et interpolation.

Les ondes de surface ont été observées pour la première fois par Wood en 1902 qui note des anomalies dans le spectre de diffraction d'une lumière continue sur un réseau métallique. Pour certaines longueurs d'onde, le spectre diffracté présente des lignes noires que Fano interprète quelques années plus tard (1941) comme dues à l'excitation d'ondes de surface. De façon analogue, on peut exciter par laser de façon résonante une onde plasma de surface à la surface d'un plasma sur-dense créé par interaction laser-solide, si les conditions d'excitation de l'onde sont satisfaites. L'onde de surface se propage le long de l'interface plasma-vide et se caractérise par un champ électrique résonant haute-fréquence localisé. Dans ce travail, la dynamique du plasma et les champs associés à l'excitation par laser de l'onde de surface sont décrits numériquement avec des simulations bidimensionnelles Particule-In-Cell dans lesquelles la surface du plasma est initialement pré-structurée de sorte à satisfaire les conditions d'excitation de l'onde de surface. L'intensité laser a été variée entre Iλ2 =10^15 et 10^20 μm^2/Wcm^2 afin d'étudier la transition entre un régime d'excitation non-relativiste et relativiste. Les simulations dans lesquelles l'onde de surface est excitée sont comparées à celles où elle ne l'est pas et le couplage du laser avec la cible est analysé. Pour différents paramètres du laser et de la cible, nous avons considéré les quatre aspects suivants de l'interaction laser plasma : i) l'absorption laser et le champ électrique à la surface du plasma, ii) le champ magnétique quasi-statique généré, iii) le chauffage électronique et iiii) l'accélération des ions. Nous avons démontré la possibilité d'exciter une onde plasma de surface pour une large gamme d'intensité laser. Lorsque l'onde de surface est excitée, la composante perpendiculaire à la surface du plasma du champ électrique est amplifiée par rapport au champ laser sur la surface plasma-vide d'un facteur allant de 3.2 à 7.2 selon les cas. L'absorption augmente également fortement de 27% lorsque l'onde de surface n'est pas excitée à 73% lorsqu'elle l'est pour Iλ2=10^19 μm^2/Wcm^2 par exemple. Cette étude nous a permis de définir les conditions optimales pour lesquelles le couplage entre le laser et l'onde de surface est le plus efficace. Elles correspondent au régime d'intensité laser relativiste dans lequel le mécanisme d'absorption principale est le " vacuum heating " : les particules gagnent de l'énergie en oscillant dans le champ électrique perpendiculaire à la cible. En présence de l'onde de surface, cette oscillation est fortement augmentée par la présence du champ localisé de l'onde de surface plus intense que le celui du laser. La possibilité de créer des champs magnétiques quasi-statiques auto-générés en présence d'une onde de surface a de plus été étudiée analytiquement et les résultats ont été comparés à ceux des simulations. Les structures de champ obtenues suggèrent que l'intensité du champ magnétique généré induit un confinement partiel des particules sur la surface de la cible lorsque l'onde de surface est excitée. Enfin, nous avons observé un effet induit par l'excitation de l'onde de surface encore plus fort dans des cibles minces dans lesquelles les électrons peuvent circuler d'un bord à l'autre de la cible et interagir plusieurs fois avec le champ de l'onde. Le champ de charge d'espace ainsi créé au cours de l'interaction induit une augmentation importante de l'énergie des ions émis sur les deux faces de la cible mince. L'ensemble de ce travail nous a permis de montrer que l'excitation d'une onde de surface par interaction laser-plasma structuré est un mécanisme physique prometteur pour augmenter l'énergie des particules émises. C'est un point particulièrement intéressant pour les applications liées à la production de protons énergétiques telles que la thérapie hadronique ou à celle d'électrons de hautes énergies indispensables dans le processus de fusion inertiel dans lequel le schéma de l'allumeur rapide est utilisée.

Le travail décrit dans cette thèse s'inscrit dans le contexte de la validation de propriétés de sûreté de programmes, et plus particulièrement des propriétés numériques. L'utilisation de la technique d'Analyse des Relations Linéaires, une interprétation abstraite fondée sur une approximation des états numériques par des polyèdres convexes, a fait ses preuves dans le domaine. Il s'agit de générer des surapproximations polyédriques de l'ensemble des valuations associées à chaque point de contrôle, l'introduction d'un opérateur d'élargissement assurant la convergence des analyses. Cependant dans certains cas les invariants générés ne sont pas assez précis, et l'amélioration de la précision via le retardement du moment d'application de l'élargissement est trop via le retardement du moment d'application de l'élargissement est trop coûteux. Nous nous sommes donc intéressés aux méthodes dites d'accélération, qui consistent à calculer exactement l'effet d'une ou plusieurs boucles (sous la forme de formules de Presburger), le principal inconvénient de ces méthodes étant qu'elles ne s'appliquent qu'à une classe restreinte de programmes.<br />Dans cette thèse nous proposons une approche combinant l'Analyse des Relations Linéaires classique (avec élargissement) et la notion d'Accélération abstraite utile pour calculer une surapproximation précise de l'application itérée de certains types de boucles, dans le but d'améliorer la précision des analyses tout en garantissant toujours la terminaison. Les premiers résultats expérimentaux obtenus grâce à l'implémentation de l'analyseur Aspic ont permis de valider la méthode, qui a le principal avantage de combiner amélioration de la précision et efficacité.

Le lancé de rayons est une technique très utilisée pour la production d'animations de synthèse. Les temps de calculs nécessaires sont cependant très importants.Nous proposons en conséquence une méthode permettant l'accélération de ceux-ci. Nous construirons tout d'abord les outils permettant de mesurer l'influence des translations et rotations de chaque objet sur son mouvement apparent dans l'espace de l'image, ceci entre deux instants de l'animation. A l'aide de cette information, nous proposerons une méthode permettant le calcul d'une animation visuellement équivalente à celle qui serait produite avec un calcul image par image, en un temps beaucoup plus court. Contrairement à d'autre méthodes, aucune limitation n'existe sur les mouvements ni de l'observateur ni des objets de la scène. De plus, la connaissance a priori de l'animation n'est pas nécessaire, ce qui permet d'appliquer la méthode au temps réel.