Les grandes évolutions de la technique de systèmes embarqués au cours des dernières années ont permis avec succès la combinaison de la détection, le traitement des données, et diverses technologies de communication sans fil tout en un nœud. Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) qui se composent d’un grand nombre de ces nœuds ont attiré l’attention du monde entier sur les établissements scolaires et les communautés industrielles, puisque leurs applications sont très répandues dans des domaines tels que la surveillance de l’environnement, le domaine militaire, le suivi des événements et la détection des catastrophes. En raison de la dépendance sur la batterie, la consommation d’énergie des réseaux de capteurs a toujours été la préoccupation la plus importante. Dans cet article, une méthode mixte est utilisée pour l’évaluation précise de l’énergie sur les réseaux de capteurs, ce qui inclut la conception d’un environnement de SystemC simulation base au niveau du système et au niveau des transactions pour l’exploration de l’énergie, et la construction d’une plate-forme de mesure d’énergie pour les mesures de nœud banc d’essai dans le monde réel pour calibrer et valider à la fois le modèle de simulation énergétique de nœud et le modèle de fonctionnement. La consommation d’énergie élaborée de plusieurs différents réseaux basés sur la plate-forme de nœud sont étudiées et comparées dans différents types de scénarios, et puis des stratégies globales d’économie d’énergie sont également données après chaque scénario pour les développeurs et les chercheurs qui se concentrent sur la conception des réseaux de capteurs efficacité énergétique. Un cadre de l’optimisation basée sur un algorithme génétique est conçu et mis en œuvre à l’aide de MATLAB pour les réseaux de capteurs conscients de l’énergie. En raison de la propriété de recherche global des algorithmes génétiques, le cadre de l’optimisation peut automatiquement et intelligemment régler des centaines de solutions possibles pour trouver le compromis le plus approprié entre la consommation d’énergie et d’autres indicateurs de performance. Haute efficacité et la fiabilité du cadre de la recherche des solutions de compromis entre l’énergie de nœud, la perte de paquets réseau et la latence ont été prouvés par réglage paramètres de l’algorithme CSMA / CA de unslotted (le mode non-beacon de IEEE 802.15.4) dans notre simulation basé sur SystemC via une fonction de coût de la somme pondérée. En outre, le cadre est également disponible pour la tâche d’optimisation basée sur multi-scénarios et multi-objectif par l’étude d’une application médicale typique sur le corps humain. / The great technique developments of embedded system in recent years have successfully enabled the combination of sensing, data processing and various wireless communication technologies all in one node. Wireless sensor networks (WSNs) that consist of many of such node have gained worldwide attention from academic institutions and industrial communities, since their applications are widespread in such as environment monitoring, military fields, event tracing/tracking and disaster detection. Due to the reliance on battery, energy consumption of WSNs has always been the most significant concern. In this paper, a mixed method is employed for the accurate energy evaluation on WSNs, which involves the design of a transaction-level system-level based SystemC simulation environment for energy exploration, and the building of an energy measurement system platform for the real world testbed node measurements to calibrate and validate both node energy simulation model and operation model. Elaborate energy consumption of several different node platform based networks are investigated and compared under different kinds of scenarios, and then comprehensive energy-saving strategies are also given after each case scenario for the developers and researchers who focus on the energy-efficient WSNs design. A genetic algorithm (GA) based optimization framework is designed and implemented using MATLAB for the energy aware WSNs. Due to the global search property of genetic algorithms, the optimization framework is able to automatically and intelligently fine tune hundreds/thousands of potential solutions to find the most suitable tradeoff among energy consumption and other performance metrics. The framework’s high efficiency and reliability of finding the tradeoff solutions among node energy, network packet loss and latency have been proved by tuning unslotted CSMA/CA algorithm parameters (used by non-beacon mode of IEEE 802.15.4) in our SystemC-based simulation via a weighted sum cost function. Furthermore, the framework is also available for the multi-scenario and multi-objective based optimization task by studying a typical medical application on human body. Keywords: Wireless sensor networks (WSNs), energy consumption, simulation/emulation, SystemC, testbeds, measurements, calibration, optimization, genetic algorithms, performance metrics, weighted sum cost function, multi-scenario and multi-objective optimization, Pareto-front

Les progrès réalisés durant ces dernières années dans le domaine de la microélectronique et notamment vis-à-vis de l’augmentation exponentielle de la densité d’intégration des composants et des systèmes a participé activement à l’apparition et au développement de systèmes portables communicants de plus en plus performants et polyvalents. La R&D dans les technologies de stockage d’énergie n’a pas suivi cette tendance d’évolution très rapide ; ce qui constitue un handicap majeur dans les évolutions futures des systèmes portables. La transmission d’énergie sans fils sur des distances considérables (plusieurs dizaines de mètres) grâce aux microondes constitue une solution très prometteuse pour pallier aux problèmes d’autonomie dans le cas des systèmes sans fils communicants. De plus, du fait de l’omniprésence des ondes électromagnétiques dans notre environnement avec des niveaux plus ou moins importants, la récupération et l’exploitation de cette énergie libre est également possible. La rectenna (Rectifying Antenna) est le dispositif permettant de capter et de convertir une onde électromagnétique en une tension continue. Plusieurs travaux de thèse axés sur l’étude et l’optimisation de la rectenna ont été réalisés au sein du laboratoire. Ces travaux avaient montré que pour des faibles niveaux de champs les tensions délivrées par la rectenna sont généralement très faibles et inexploitables. Aussi, comme la majorité des micro-sources d’énergie et à cause de son impédance interne, les performances de la rectenna dépendent fortement de sa charge de sortie. Ainsi, le développement d’un système d’interfaçage de la rectenna est nécessaire afin de pallier ces manquements inhérents du convertisseur RF/DC. Ce genre de système d’interfaçage est généralement absent dans la littérature à cause des faibles niveaux de puissance exploités. Par conséquent, la rectenna est très souvent utilisée tel quelle ; ce qui limite fortement le champ applicatif. Dans ce projet de recherche, un système de gestion énergétique de la rectenna complètement autonome a été conçu, développé et optimisé afin de garantir les performances optimales de la rectenna quelques soient les fluctuations de la puissance d’entrée et celles de la charge de sortie. Le circuit d’interfaçage permet également de fournir à la charge des niveaux de tension utilisables. Le système réalisé est basé tout d’abord sur l’utilisation d’un convertisseur DC/DC résonant pouvant fonctionner d’une manière complètement autonome à partir de niveaux très bas de la tension et de la puissance de la source. Ce convertisseur permet donc de garantir l’autonomie du système en éliminant la nécessité d’une source d’énergie auxiliaire. A cause de ses faibles performances énergétiques, ce convertisseur ne sera utilisé que durant la phase de démarrage. L’efficacité du système en termes de rendement énergétique et d’adaptation d’impédance est garantie grâce à l’utilisation d’un convertisseur Flyback fonctionnant dans son régime de conduction discontinu. Ainsi, une adaptation d’impédance très efficace est réalisée entre la rectenna et la charge de sortie. Ce convertisseur principal fonctionnera durant le régime permanent. Les deux convertisseurs ont été optimisés pour des niveaux de tension et de puissance aussi bas que quelques centaines de mV et quelques μW respectivement. Des mesures expérimentales réalisées sur plusieurs prototypes ont démontré le bon fonctionnement et les excellentes performances prédites par la procédure de conception ; ce qui nous permet de valider notre approche. De plus, les performances obtenues se distinguent parfaitement vis-à-vis de l’état de l’art. Enfin, en fonction de l’application désirée, plusieurs synoptiques d’association des deux structures sont proposés. Ceci inclut également la gestion énergétique de la charge de sortie. / Latest advancements in microelectronic technologies and especially with the exponential increase of components and devices integration density have yield novel high technology and polyvalent portable systems. Such polyvalent communication devices need more and more available energy. Nonetheless, research in energy storage technology did not evolve with a similar speed. This constitutes a substantial handicap for the future evolution of portable devices. Wireless energy transfer through large distances such as tens of meters using microwaves is a very promising solution in order to deal with the autonomy problem in portable devices. In addition, since electromagnetic waves are ubiquitous in our environment, harvesting and using this free and available energy is also possible. Rectenna (Rectifying Antenna) is the device that allows to collect and to convert an electromagnetic wave into DC power. Several thesis research projects focusing on studying and optimizing the rectenna was carried-out into the Ampere laboratory. It has been shown that for a low level of the electromagnetic field the voltage provided by the rectenna is ultra-low and thus impractical. Further, as it is the case for the majority of energy harvesting micro-sources, the performances of the rectenna depend highly with the loading conditions. So, the development of an interfacing circuit for the rectenna is a necessary task in order to relieve the RF/DC converter inherent flaws. As it is pointed out into the literature, such power management circuit is in most cases absent due to the ultra-low power levels. In most cases, the rectenna is used as it; which reduces strongly the applications area. Within this research project, an ultra-low power and fully-autonomous power management system dedicated to rectennas was developed and optimized. It allows to guarantee highest performances of the rectenna whatever are the fluctuation of the input power level and the output load conditions. In addition, this power management system allows to provide a conventional voltage level to the load. The first part of the developed system is composed by a resonant DC/DC converter which plays the role of start-up circuit. In this case, no external energy source is required even with low voltage and ultra-low power source conditions. Because of its general poor energetic performances, this resonant converter will be used only during the start-up phase. The second part of the developed system is composed by a Flyback converter operating in its discontinuous conduction mode. Using this mode, the converter realizes static and very effective impedance matching with the rectenna in order to extract the maximum available power whatever are the input and the output conditions. Furthermore, thanks to the optimization procedure, the converter shows excellent efficiency performances even for μW power levels based on a discrete demonstrator. Finally, the converter provides conventional voltage levels allowing to power standard electronics. Experimental tests based on discrete prototypes for the both converters show distinguish results for the start-up voltage, the impedance matching effectiveness and the efficiency as regard to the state of the art.

Bien que la dynamique des réseaux périodiques non-linéaires ait été investiguée dans les domainestemporel et fréquentiel, il existe un réel besoin d’identifier des relations pratiques avec lephénomène de la localisation d’énergie en termes d’interactions modales et topologies de bifurcation.L’objectif principal de cette thèse consiste à exploiter le phénomène de la localisation pourmodéliser la dynamique collective d’un réseau périodique de résonateurs non-linéaires faiblementcouplés.Un modèle analytico-numérique a été développé pour étudier la dynamique collective d’unréseau périodique d’oscillateurs non-linéaires couplés sous excitations simultanées primaire et paramétrique,où les interactions modales, les topologies de bifurcations et les bassins d’attraction ontété analysés. Des réseaux de pendules et de nano-poutres couplés électrostatiquement ont étéinvestigués sous excitation extérieure et paramétrique, respectivement. Il a été démontré qu’enaugmentant le nombre d’oscillateurs, le nombre de solutions multimodales et la distribution desbassins d’attraction des branches résonantes augmentent. Ce modèle a été étendu pour investiguerla dynamique collective des réseaux 2D de pendules couplés et de billes sphériques en compressionsous excitation à la base, où la dynamique collective est plus riche avec des amplitudes de vibrationplus importantes et des bandes passantes plus larges. Une deuxième investigation de cettethèse consiste à identifier les solitons associés à la dynamique collective d’un réseau périodique etd’étudier sa stabilité. / Although the dynamics of periodic nonlinear lattices was thoroughly investigated in the frequencyand time-space domains, there is a real need to perform profound analysis of the collectivedynamics of such systems in order to identify practical relations with the nonlinear energy localizationphenomenon in terms of modal interactions and bifurcation topologies. The principal goal ofthis thesis consists in exploring the localization phenomenon for modeling the collective dynamicsof periodic arrays of weakly coupled nonlinear resonators.An analytico-numerical model has been developed in order to study the collective dynamics ofa periodic coupled nonlinear oscillators array under simultaneous primary and parametric excitations,where the bifurcation topologies, the modal interactions and the basins of attraction havebeen analyzed. Arrays of coupled pendulums and electrostatically coupled nanobeams under externaland parametric excitations respectively were considered. It is shown that by increasing thenumber of coupled oscillators, the number of multimodal solutions and the distribution of the basinsof attraction of the resonant solutions increase. The model was extended to investigate the collectivedynamics of periodic nonlinear 2D arrays of coupled pendulums and spherical particles underbase excitation, leading to additional features, mainly larger bandwidth and important vibrationalamplitudes. A second investigation of this thesis consists in identifying the solitons associated tothe collective nonlinear dynamics of the considered arrays of periodic structures and the study oftheir stability.

Le stockage d’énergie par air comprimé est une des technologies nécessaires à l’emploi massif des énergies renouvelables intermittentes, d’origine solaire ou éolienne. La compression d’air par piston liquide permet d’augmenter l’efficacité du stockage d’énergie en favorisant un échange thermique intense dans la chambre de compression. La description et l’évaluation de cet échange convectif pour des chambres de compression à faible rapport alésage/course ne sont cependant que peu étudiées dans la littérature scientifique. A l’aide d’une étude expérimentale menée sur deux bancs d’essais, l’échange convectif interne dans la chambre de compression est étudié. Une méthode inverse, couplée à la mesure de la température de l’air comprimé et de la position du piston, est employée afin de déterminer les transferts thermiques pariétaux instantanés au cours des compressions.Après avoir mis en lumière la présence systématique d’une transition du régime convectif de type laminaire vers un régime turbulent dans le volume d’air comprimé, de nouvelles corrélations d’échange convectif sont recherchées. Sur la base de 73 expérimentations, plusieurs formes de corrélations basées sur des nombres sans dimension sont optimisées puis comparées. Deux nouvelles corrélations du nombre de Nusselt, l’une en régime laminaire et l’autre en régime turbulent, sont ensuite sélectionnées. Un modèle instationnaire thermodynamique 1D de la chambre de compression est alors construit dans l’environnement Matlab / Simulink afin de tester la qualité de ces corrélations. Les résultats numériques sont ainsi comparés aux données expérimentales. Finalement, deux essais expérimentaux supplémentaires, réalisés sur un banc d’essai différent, permettent de confirmer la qualité des nouvelles corrélations d’échange convectif proposées. / Energy storage by compressed air would be one of the required technologies for enabling massive use of intermittent solar or wind renewable energy sources. Air compression using a liquid piston enables an increase in the energy storage efficiency by inducing an intense heat exchange in the compression chamber. Few studies reported in the literature have focused on the description and evaluation of the convective heat exchange for a low ratio compression chamber (L/D). Using an experimental study and two test benches, the internal convective heat transfer during compression has been studied. In addition to measuring liquid piston position and air pressure, an inverse method was used to determine the instantaneous parietal convective heat flow during compression. After highlighting the presence of a systematic transition from laminar to turbulent convective regime in the compressed air, new convective heat transfer correlations were sought. On the basis of 73 experiments, several correlation forms based on dimensionless numbers were optimized and compared. Two new Nusselt number correlations, one for laminar and the other for turbulent flow, were then selected. A 1D thermodynamic transient model of the compression chamber was built using Matlab / Simulink environment in order to test the quality of these correlations. Thus, numerical results and experimental data were compared. Finally, results from two additional experiments carried out on a different test bench have confirmed the quality of the new proposed correlations for convective heat exchange.

La photopolymérisation joue un rôle prééminent dans l'industrie comme en témoigne son nombre d'applications croissant dans des domaines classiques tels que les revêtements, les encres et les adhésifs mais aussi dans des domaines de haute technologie comme l’optoélectronique, l’imagerie laser, la stéréolithographie et la nanotechnologie. En effet, la photopolymérisation présente de nombreux avantages. C’est un processus rapide. Elle peut être réalisée à température ambiante et/ou sans solvant, permettant ainsi de limiter la formation de COV. Enfin, la photopolymérisation permet de réticuler dans des zones spatialement bien définies puisqu’elle se fait uniquement dans les zones exposées au rayonnement lumineux. Depuis 2011, le système photoamorçant fait l’objet d’intenses recherches pour développer des systèmes capables d’amorcer des réactions de polymérisation dans des conditions d’irradiation douces de manière à limiter les risques de toxicité et les coûts relatifs à l’utilisation de sources UV. Néanmoins, les systèmes reportés sont caractérisés par des réactivités modérées et peuvent difficilement rivaliser avec les systèmes UV actuels. Dans ce contexte, nous avons synthétisé une large librairie de molécules photosensibles construites à partir de chromophores naphtalimides ou dicétopyrrolopyrroles et capables d’amorcer une réaction de polymérisation dans des conditions d’irradiation douces. La fonctionnalisation ad hoc des chromophores et les propriétés photochimiques qui en découlent ont été exploitées pour développer des systèmes photoamorçants très performants capables d’absorber la lumière dans le domaine du proche UV ou du visible, émise par les LEDs. / Photoinitiated polymerization has gained significant importance in industry as illustrated by the large number of applications of this technique in conventional areas such as coatings, inks, and adhesives but also high-tech domains, like optoelectronics, laser imaging, stereolithography, and nanotechnology. Indeed, photopolymerization presents several advantages such as decreasing the time of reaction, the possibility to be performed at room temperature or without solvents limiting the formation of volatile organic compounds. Moreover, the possibility to irradiate with high precision specific zones allows the spatial-control of the polymerization. Since 2011, photoinitiating systems able to initiate polymerization under soft light irradiation sources have been the subject of intense efforts to minimize the risks and the cost related to UV irradiation. However, even if some results are promising, the reported systems still present moderate reactivity and can hardly compete with actual UV systems. In this context, we have synthesized a large library of photosensitive molecules based on naphthalimide and dicetopyrrolopyrrole derivatives are able to initiate the polymerization under soft irradiation sources. The ad hoc functionalization of the chromophore and the consequent tuning of the photochemical properties have been used to develop highly efficient photoinitiating systems able to absorb into the near UV and visible spectra emitted by LED.

L’exploitation des énergies renouvelables est une voie nécessaire afin de lutter contre le réchauffement climatique, et afin d’anticiper la raréfaction des matières premières. Le mur capteur/stockeur solaire appliqué aux bâtiments à très basses consommations d’énergie s’inscrit dans cette volonté d’une transition vers les énergies renouvelables. Dans le cadre de ces travaux de thèse, l’énergie solaire est stockée dans des matériaux à changement de phase qui permettent un stockage de chaleur latente plus dense que le stockage sensible des matériaux de construction traditionnels. Cette énergie est restituée à l’ambiance intérieure par la circulation d’air neuf à travers l’élément de stockage. Un mur capteur/stockeur solaire a été développé en s’appuyant sur une revue bibliographique préalable des différents travaux scientifiques menés pour des problématiques similaires. Le dispositif a été expérimenté en environnement réel dans un premier temps, intégré à l’enveloppe d’un petit bâtiment en bois fortement isolé. La quantité de chaleur captée par le mur peut atteindre 2 kWh.m-2.jour-1, pour une quantité de chaleur restituée à l’air de 1,5 kWh.jour-1. Le dispositif a été testé en conditions maîtrisées de laboratoire. Une attention particulière a été portée à la mesure de température au sein même du MCP, afin d’analyser le comportement thermique de ce dernier. Deux phénomènes ont été observés : le recouvrement de la phase liquide sur la phase solide et l’homogénéisation des températures en phase liquide. Le comportement thermique du MCP dépend des interactions entre trois flux : le flux de charge (apport solaire), le flux de décharge (énergie restituée à l’air) et un flux vertical induit par le recouvrement de la phase liquide sur la phase solide. Par ailleurs, un modèle numérique dynamique du mur capteur a été développé en volumes finis. Ce modèle permet de simuler l’effet de serre du mur capteur, le stockage de chaleur et les phases de solidification et de fusion du MCP, et la restitution de chaleur à l’air entrant dans le bâtiment. Les résultats numériques alors obtenus ont été confrontés aux données expérimentales. Le modèle a été validé pour la température d’air soufflée (en sortie du mur capteur). L’écart entre valeurs expérimentales, sur des périodes journalières, est en moyenne de 0,6°C pour la température d’air soufflé et est inférieur à 10 % pour l’énergie fournie à l’air préchauffé. Ces différences sont inférieures aux incertitudes de mesures et à l’incertitude du calcul énergétique. Le modèle ainsi validé peut être couplé au code de simulation thermique dynamique du bâtiment TRNSYS. / Use of renewable energy is a necessary way to fight global warming and to anticipate scarcity of raw materials. The solar/storage wall used in buildings with lower energy consumption meets this evolution to renewable energy sources. In this thesis, solar energy is stored in a phase charge material (PCM), which provides latent storage. The latent storage is higher than sensible storage in usual building materials. This energy is restored to indoor air, by circulation and heating of inlet air through the wall storage element. In this thesis work, the solar storage wall was developed, based on previous published works dealing with similar systems. An experiment has been carried out with the solar storage integrated in a small wood building with a high insulation. The solar energy recovered by the wall reaches 2 kWh.m-2.day-1 and 1,5 kWh.day-1 was restored to air. In a second experiment, a prototype was developed to be used in controlled laboratory conditions. Special attention was given to PCM temperature measures to analyze the PCM thermal behavior. Two phenomena were observed: (i) liquid phase recovering solid phase, (ii) temperature homogenization in liquid phase. The PCM thermal behavior depends on interactions between three energetic flows: the charge flow (solar energy recovered), the restored flow (energy restored to the inlet air) and a vertical flow created by the liquid phase recovering. Furthermore, a numerical dynamic model for the solar storage wall was developed. It is based on a finite volume approach. This model simulates: (i) the ground effect in a solar wall, (ii) the thermal energy storage and phase changes, and (iii) heat recovery energy to air inlet. Numerical results were compared to experimental values. The model was validated for air temperature for daily cycle defined with a charge period (during sunning) and a continue air heating. The difference between numerical values and experimental values are lower than 0.6°C in mean temperature, and 10% in energy. This difference is lower than measurement uncertainties and energy calculation error margins. So the model is valeted and can be coupled with the dynamic thermal simulation code: TRNSYS.

Comprendre l’origine microscopique du ralentissement de la dynamique au voisinage de la transition vitreuse reste l’un des problèmes fondamentaux de la physique de la matière condensée. Au cours de ce travail, nous introduisons un nouveau modèle de liquide, appelé liquide de Voronoï, et dont les interactions sont directement reliées aux propriétés géométriques des tessellations de Voronoï. Pour cette classe de liquides, les interactions sont à plusieurs corps et agissent de telle sorte que le système est toujours sous tension tout en restant stable. Le but de ce travail est d’étudier un mélange binaire du liquide de Voronoï et de voir de quelles façons ces interactions exotiques affectent le scénario habituel de la transition vitreuse. Tout au long de ce travail, nous caractérisons le liquide de Voronoï bidisperse théoriquement et par le biais des simulations numériques. Nous proposons également des comparaisons avec des liquides de Lennard-Jones surfondus bien décrit dans la littérature. / Understanding the origin of the important slowing down of the dynamics near glass transition is still one of the remaining fundamental problems of condensed matter physics. During this work we introduced a brand-new model of liquids named Voronoi liquid, whose interactions are directly related to the geometrical properties of Voronoi tessellations. For these class of liquids interactions are intrinsically manybody and act in such a way that the liquid is always under tension but remains stable. The aim of this work is to use a binary mixture of the Voronoi liquid to see to what extend these exotic interactions may affect the classical scenario of glass transition. Throughout this work we characterize theoretically and by mean of numerical simulation the bidisperse Voronoi liquid. Comparisons with well-known Lennard-Jones glass formers are systematically performed.

Ce manuscrit présente une nouvelle formulation de l’Interaction Laser-Plasma (ILP) à l’échelle hydrodynamique, qui couple la dynamique du plasma avec les processus d’ILP linéaires et non-linéaires. Le modèle standard du tracé de rayon (Ray-Tracing), basé sur l’Optique Géométrique, est peu adapté pour modéliser l’ILP non-linéaire car la distribution de l’intensité laser dans le plasma n’est pas directement disponible. Nous proposons un modèle alternatif spécifiquement formulé pour un code hydrodynamique Lagrangien, basé sur l’Optique Géométrique Complexe Paraxiale qui décrit la propagation de faisceaux Gaussiens. Cette méthode est ensuite adaptée à la description de faisceaux laser non Gaussiens, et permet de reproduire la statistique d’intensité, l’enveloppe et le contraste de faisceaux lissés par une Lame de Phase. Nous proposons des modèles en ligne pour décrire l’échange d’énergie entre faisceaux croisés (CBET) et la génération d’électrons rapides par l’ILP non-linéaire, en utilisant PCGO. Le modèle en ligne de CBET est validé par comparaison avec un code de propagation d’une onde électromagnétique paraxial conventionnel dans le cas d’un plasma inhomogène en vitesse. Un bon accord est trouvé après une période transitoire de l’ordre de la picoseconde, notamment en ce qui concerne la distribution spatiale de l’intensité laser et des perturbations de densité du plasma. Ce modèle appliqué à une configuration d’attaque directe de Fusion par Confinement Inertiel (FCI) montre que le CBET réduit le couplage laser-cible, réduit le facteur de convergence, et amplifie les modes basse fréquence de déformation de la capsule. Le modèle de génération d’électrons rapides par l’ILP non-linéaire modélise les propriétés des faisceaux d’électrons rapides, i.e. leur flux, énergie moyenne, dispersions angulaire et direction, à partir de l’intensité laser prédite par PCGO et à partir d’expressions simplifiées, basées sur des modèles théoriques et des lois d’échelles obtenues à l’aide de simulations cinétiques. La propagation et le dépôt d’énergie par les électrons rapides est décrite à partir d’une approximation de diffusion angulaire adaptée en deux dimensions, pour des faisceaux de profil transverse d’intensité Gaussien, de distribution d’énergie exponentielle et d’ouverture angulaire arbitraire. Ce modèle couplé rend compte de (i) la compétition pour l’énergie laser entre les différentes instabilités et avec l’absorption collisionnelle, (ii) le couplage entre l’ILP non-linéaire et la dynamique du plasma à travers les faisceaux d’électrons rapides, et(iii) la perte de couplage laser-plasma due à la diffusion Raman arrière. Les performances de ce modèle sont évaluées par comparaisons avec des expériences d’allumage par choc conduites sur les installations laser Omega et Pals. Ce modèle multi-échelle est ensuite utilisé pour interpréter plusieurs expériences. On trouve notamment que les électrons générés par l’ILP non-linéaire augmentent la vitesse du choc et la pression en aval de ce dernier, tout en réduisant sa force et la pression d’ablation. Une application à la phase fortement non-linéaire de l’allumage par choc en FCI suggère que ces électrons sont néfastes pour l’implosion de la capsule en ce qui concerne les cibles conventionnelles : ceux-ci causent une augmentation de la masse du point chaud et des pertes radiatives. Ce modèle peut être appliqué à la modélisation hydrodynamique des expériences laser-cible de physique des hautes densités d’énergie pour les régimes d’interaction pertinents pour les instabilités évoquées ci dessus. / This manuscript presents a novel formulation of the Laser-Plasma Interaction (LPI) at hydrodynamical scales, that couples the plasma dynamics with linear and nonlinear LPI processes. The standard Ray Tracing model, based on Geometrical Optics, is not well suited for that purpose because it does not readily describe the laser intensity distribution in plasma. We propose an alternative model formulated for a Lagrangian hydrodynamic code. It is based on the ray-based Paraxial Complex Geometrical Optics (PCGO) that describes Gaussian optical beamlets. A method for modeling non-Gaussian laser beams smoothed by Phase Plates is presented, that allows to create intensity variations that reproduce the beam envelope, contrast and high-intensity statistics predicted by paraxial laser propagation codes. We propose inline reduced models for the non-linear laser-plasma interaction, in the case of the Cross-Beam Energy Transfer (CBET) and the generation of Hot Electrons (HE). The inline CBET model is validated against a time-dependent conventional paraxial electromagnetic wave propagation code, in a well-defined plasma configuration with density and velocity profiles corresponding to an inhomogeneous plasma. Good agreement is found past a transient period on the picosecond time scale, notably for the spatial distribution of density perturbations and laser intensities in the interaction region. Application of the model to a direct-drive Inertial Confinement Fusion (ICF) configuration shows that CBET significantly degrades the irradiation symmetry by amplifying low frequency modes and reducing the laser-capsule coupling efficiency, ultimately leading to large modulations of the shell areal density and lower convergence ratios. The LPI/HE model predicts the HE fluxes, temperatures, angular dispersion and direction from the laser intensity of PCGO beamlets from simplified expressions based on theoretical models and scaling laws obtained in kinetic simulations. The HE beams propagation and energy deposition in plasma is described in the angular scattering approximation, adapted to two-dimensional, transversally Gaussian, multigroup HE beams of arbitrary angular distribution. This model accounts for (i) competition for the laser energy between the various instabilities and with the linear collisional absorption, (ii) coupling between nonlinear LPIs and plasma dynamics via the high energy electron beams and(iii) loss of coupling due to backscattered Raman light. Its performance is confirmed by comparison with measurements of shock timing, laser absorption, HE fluxes and temperatures in experiments conducted on Omega and Pals laser facilities. This multiscale inline LPI-HE model is used to interpret several Shock Ignition experiments. It is found that HEs from parametric instabilities significantly increase the shock pressure and velocity in the target, while decreasing its strength and the overall ablation pressure. Applications to the high-intensity regime of shock ignition ICF suggest that HEs generated by the nonlinear LPI are nefarious to the capsule implosion in conventional target designs, as they lead to a dramatic increase in the hotspot mass and losses by Bremsstrahlung radiation. This model is readily applicable to hydrodynamic description of laser-target experiments of High Energy Density Physics, in the interaction regimes involving the above-mentioned non-linear LPI processes.

Bien que la consommation énergétique des processeurs a considérablement diminué, la demande pour des techniques visant à la réduire n’a jamais été aussi forte. En effet, la consommation énergétique des machines haute performance a crûproportionnellement à leurs accroissements en taille. Elle a atteint un tel niveau qu’elle doit être minimisée par tous les moyens. Les processeurs actuels peuvent changer au vol leurs fréquences d’exécution. Utiliser une fréquence plus faible peut mener à une réduction de leurs consommations énergétiques. Cette thèse recherche jusqu’à quel point cette fonctionnalité, appelé DVFS, peut favoriser cette réduction. Dans un premier temps, une analyse d’une machine simple est effectuée pour une meilleure compréhension des différents éléments consommateurs afin de focaliser les optimisations sur ces derniers. La consommation d’un processeur dépend de l’application qui est exécutée. Une analyse des applications est donc effectuée pour mieux comprendre leurs impacts sur cette dernière. Basés sur cette étude, plusieurs outils visant à réduire cette consommation ont été créés. REST, adapte la fréquence d’exécution au regard du comportement de l’application. Le second, UtoPeak, calcule la réduction maximum que l’on peut attendre grâce au DVFS. Le dernier, FoREST, est créé pour corriger les défauts de REST et obtenir cette réduction maximum de la consommationénergétique. Enfin, les applications scientifiques actuelles utilisent généralement plus d’unprocesseur pour leurs exécutions. Cette thèse présente aussi une première tentative de découverte de la borne inférieure sur la consommation énergétique dans ce nouvel environnement d’exécution / Over the past decade, processors have drastically reduced their power consumption. With each new processor generation, new features enhancing the processor energy efficiency are added. However, the demand for energy reductiontechniques has never been so high. Indeed, with the increasing size of high performance machines, their power and energy consumptions have grown accordingly. They have reached a point where they have to be reduced by all possible means.Current processors allow an interesting feature, they can change their operating frequency at run-time. As granted by transistor physics, lower frequency means lower power consumption and hopefully, lower energy consumption. This thesisinvestigates to which extent this processor feature, called DVFS, can be used to save energy. First, a simple machine is analyzed to have a complete understanding of the different power consumers and where optimizations can be focused. It will be demonstrated that only fans and processors allow run-time energy optimizations. Betweenthe two, the processor shows the highest consumption, therefore potentially exposing the higher potential for energy savings. Second, the power consumption of a processor depends on the applications being executed. However, there are as many applications as problems to solve. The focus is then put on applications to understand their impacts on energy consumption. Based on the gathered insights, multiple tools targeting energy savings on a single processor are created. REST, the most naive, tries to adapt the processor state to the stress generated by the application, hoping for energy reduction. The second, UtoPeak, computes the maximum energy reduction one can expect for any tool usingDVFS. It allows to evaluate the efficiency of such systems. The last one, FoREST, was created in order to correct all the flaws of REST and target maximum energy reduction. Last, scientific applications generally need more than one processor to be executed in a decent time. The thesis also presents a first attempt to compute a lower bound in energy reduction when considering this new execution context

Grâce aux avancées conjointes des systèmes microélectroniques, des technologies sans fil et de la microélectronique embarquée, les réseaux de capteurs sans fil (RCsF) ont récemment pu voir le jour. Très sophistiqués et en interaction directe avec leur environnement, ces systèmes informatiques et électroniques communiquent principalement à travers des réseaux radio qui en font des objets communicants autonomes. Ils offrent l'opportunité de prendre en compte les évolutions temporelles et spatiales du monde physique environnant. Les RCsF se retrouvent donc au cœur de nombreuses applications couvrant des domaines aussi variés que la santé, la domotique, l'intelligence ambiante, les transports, la sécurité, l'agronomie et l'environnement. Ils connaissent un véritable essor et ce dans divers domaines des STIC : hardware, système d'exploitation, conception d'antenne, système d'information, protocoles réseaux, théorie des graphes, algorithmique distribuée, sécurité, etc. L’intérêt des communautés issues de la recherche et de l’industrie pour ces RCsF s’est accru par la potentielle fiabilité, précision, flexibilité, faible coût ainsi que la facilité de déploiement de ces systèmes. La spontanéité, l’adaptabilité du réseau et la dynamicité de sa topologie dans le déploiement des RCsF soulèvent néanmoins de nombreuses questions encore ouvertes. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux aspects liés à la problématique du routage dans un RCsF, l’objectif étant de proposer des approches algorithmiques permettant de faire du routage adaptatif multi critères dans un RCsF. Nous nous sommes concentrés sur deux critères principaux : la consommation d’énergie dans les capteurs et le délai d’acheminement des informations collectées par les capteurs. Nous avons proposé ainsi un nouveau protocole de routage, appelé EDEAR (Energy and Delay Efficient Adaptive Routing), qui se base sur un mécanisme d’apprentissage continu et distribué permettant de prendre en compte la dynamicité du réseau. Celui-ci utilise deux types d’agents explorateurs chargés de la collecte de l’information pour la mise à jour des tables de routage. Afin de réduire la consommation d’énergie et la surcharge du réseau, nous proposons également un processus d’exploration des routes basé sur une diffusion optimisée des messages de contrôle. Le protocole EDEAR calcule les routes qui minimisent simultanément l’énergie consommée et le délai d’acheminement des informations de bout en bout permettant ainsi de maximiser la durée de vie du réseau. L’apprentissage se faisant de manière continue, le routage se fait donc de façon évolutive et permet ainsi une réactivité aux différents évènements qui peuvent intervenir sur le réseau. Le protocole proposé est validé et comparé aux approches traditionnelles, son efficacité au niveau du routage adaptatif est mise particulièrement en évidence aussi bien dans le cas de capteurs fixes que de capteurs mobiles. En effet, celui-ci permet une meilleure prise en compte de l'état du réseau contrairement aux approches classiques / Through the joint advanced microelectronic systems, wireless technologies and embedded microelectronics, wireless sensor networks have recently been possible. Given the convergence of communications and the emergence of ubiquitous networks, sensor networks can be used in several applications and have a great impact on our everyday life. There is currently a real interest of research in wireless sensor networks; however, most of the existing routing protocols propose an optimization of energy consumption without taking into account other metrics of quality of service. In this thesis, we propose an adaptive routing protocol called "EDEAR" which takes into account both necessary criteria to the context of communications in sensor networks, which are energy and delay of data delivery. We are looking the routes for optimizing a nodes’ lifetime in the network, these paths are based on joint optimization of energy consumption and delay through a multi criteria cost function. The proposed algorithm is based on the use of the dynamic state-dependent policies which is implemented with a bio-inspired approach based on iterative trial/error paradigm. Our proposal is considered as a hybrid protocol: it combines on demand searching routes concept and proactive exploration concept. It uses also a multipoint relay mechanism for energy consumption in order to reduce the overhead generated by the exploration packets. Numerical results obtained with NS simulator for different static and mobility scenario show the efficiency of the adaptive approaches compared to traditional approaches and proves that such adaptive algorithms are very useful in tracking a phenomenon that evolves over time