Lorsque l’on place des atomes suffisamment proches les uns des autres, l’interaction dipôle-dipôle résonante entre les atomes modifie leurs propriétés. Les atomes se comportent alors de manière collective. Ces effets collectifs se produisent lorsque les distances interparticulaires sont de l’ordre de l/(2Pi), où l est la longueur d’onde de la transition atomique. La densité atomique est alors de l’ordre de 10^14 at/cm^3. Afin de créer des échantillons d’atomes froids présentant des densités aussi élevées, nous avons mis en place plusieurs méthodes de chargement de nos pinces optiques de taille micrométrique. L’une d’elles utilise un processus d’évaporation forcée qui amène les atomes proches de la dégénérescence quantique. En utilisant des nuages denses contenant quelques centaines d’atomes à des densités spatiales élevées, et en étudiant les modifications de la diffusion de la lumière qui en résultent, nous avons pu mettre en évidence des effets collectifs entre les atomes. Nous avons par ailleurs mesuré le retard de Wigner associé à la diffusion élastique de la lumière par un atome unique de rubidium. Nous avons mesuré un retard proche de la valeur théorique, c’est-à-dire deux fois la durée de vie de la transition atomique (52 ns). / When several atoms are placed close to each other, the resonant dipole-dipole interactionbetween atoms modifies the atomic properties and atoms behave collectively. These collective effects occur for interatomic distances on the order of l/(2Pi) where l is the wavelength of the atomic transition. The atomic density is then on the order of 10^14 at/cm^3. To create such cold atomic samples, we load optical tweezers with a microscopic size according to several loading schemes. One of them uses forced evaporative cooling and brings the atoms close to quantum degeneracy. We have used dense clouds containing a few hundred atoms with a high spatial density to demonstrate collective effects between the atoms. In particular, we have studied how these effects modify the scattering of light by the cloud. Besides, we have also measured for the first time the time-delay associated to the elastic scattering of light by a single rubidium atom, the so-called Wigner delay. We have shown that this delay is close to the theoretical prediction of twice the lifetime of the atomic transition (52 ns).

La croissance explosive des réseaux sans fil et l’augmentation du nombre de dispositifs sans fil ont soulevé de nombreuses difficultés techniques dans la planification et l’analyse de ces réseaux. Nous utilisons la modélisation continue, utile pour la phase initiale de déploiement et l’analyse à grande échelle des études régionales du réseau. Nous étudions le problème de routage dans les réseaux ad hoc, nous définissons deux principes d’optimisation du réseau: le problème de l’utilisateur et du système. Nous montrons que les conditions d’optimalité d’un problème d’optimisation construit d’une manière appropriée coïncide avec le principe de l’optimisation de l’utilisateur. Pour fonctions de coût différentes, nous résolvons le problème de routage pour les antennes directionnelles et omnidirectionnelles. Nous trouvons également une caractérisation des voies du coût minimum par l’utilisation extensive du Théorème de Green dans le cas d’antennes directionnelles. Dans de nombreux cas, la solution se caractérise par une équation aux dérivés partielles. Nous proposons l’analyse numérique par éléments finis qui donne les limites de la variation de la solution par rapport aux données. Lorsque nous permettons la mobilité des origines et destinations, on trouve la quantité optimale de relais actif. Dans les réseaux MIMO, nous montrons que, même lorsque la chaîne offre un nombre infini de degrés de liberté, la capacité est limitée par le rapport entre la taille du réseau d’antennes, la station de base, la position des mobiles et la longueur d’onde du signal. Nous constatons également l’association optimale mobile pour différentes politiques et distributions des utilisateurs. / The growing number of wireless devices and wireless systems present many challenges on the design and operation of these networks. We focus on massively dense ad hoc networks and cellular systems. We use the continuum modeling approach, useful for the initial phase of deployment and to analyze broad-scale regional studies of the network. We study the routing problem in massively dense ad hoc networks, and similar to the work of Nash, and Wardrop, we define two principles of network optimization: user- and system-optimization. We show that the optimality conditions of an appropriately constructed optimization problem coincides with the user-optimization principle. For different cost functions, we solve the routing problem for directional and omnidirectional antennas. We also find a characterization of the minimum cost paths by extensive use of Green’s theorem in directional antennas. In many cases, the solution is characterized by a partial differential equation. We propose its numerical analysis by finite elements method which gives bounds in the variation of the solution with respect to the data. When we allow mobility of the origin and destination nodes, we find the optimal quantity of active relay nodes. In Network MIMO systems and MIMO broadcast channels, we show that, even when the channel offers an infinite number of degrees of freedom, the capacity is limited by the ratio between the size of the antenna array at the base station and the mobile terminals position and the wavelength of the signal. We also find the optimal mobile association for the user- and system-optimization problem under different policies and distributions of the users.

Abstract With the unprecedented growth in mobile data traffic and network densification, the emerging fifth-generation (5G) wireless network warrants a paradigm shift with respect to system design and technological enablers. In this regard, the prime motivation of this thesis is to propose an integrated access-backhaul (IAB) framework to dynamically schedule users, while efficiently providing a wireless backhaul to dense small cells and mitigating interference. In addition, joint resource allocation and interference mitigation solutions are proposed for two-hop and multi-hop self-backhauled millimeter wave (mmWave) networks. The first contribution of this thesis focuses on a multi-user two-hop relay cellular system in which a massive antenna array enabled macro base station (BS) simultaneously provides high beamforming gains to outdoor users, and wireless backhauling to outdoor small cells. Moreover, a hierarchical interference mitigation scheme is applied to efficiently mitigate cross-tier and co-tier interference. In the second contribution, a multi-hop self-backhauled mmWave communication scenario is studied whereby a joint multi-hop multi-path selection and rate allocation framework is proposed to enable Gbps data rates with reliable communications. Using reinforcement learning techniques, a dynamic and efficient re-routing solution is proposed to cope with blockage and latency constraints. Finally, a risk-sensitive learning solution is leveraged to provide high-reliability and low-latency communications. In summary, the dissertation analyses key trade-offs between (i) capacity and latency, (ii) reliability and network density. Extensive simulation results were carried out to verify the performance gains of the proposed algorithms compared to several baselines and for different network settings. Key findings show significant improvements in terms of higher data rates, lower latency, and reliable communications with some trade-offs. / Tiivistelmä Liikkuvan dataliikenteen ennennäkemättömän kasvun ja verkkojen tihentymisen seurauksena pian käyttöön tulevien viidennen sukupolven (5G) langattomien verkkojen järjestelmäsuunnittelua ja teknologisten mahdollistajien käyttöä on täytynyt lähestyä kokonaan uudesta näkökulmasta. Niinpä tämän väitöstyön johtavana ajatuksena on ehdottaa integroitua verkkoon pääsyn ja runkoverkkoyhteyden muodostamismallia, jossa käyttäjät resursoidaan dynaamisesti ja samalla muodostetaan tehokkaat runkoverkkoyhteydet piensoluille. Tätä varten tutkitaan resurssiallokaation ja häiriöiden lieventämisen yhteisratkaisuja, jotka tukevat kahden tai useamman hypyn yhteyksiä ja samanaikaista runkoverkkoyhteyden luomista millimetriaaltoalueen verkoissa. Työn alkuosa keskittyy usean käyttäjän välitinavusteiseen kahden hypyn solukkoverkkoon, jossa makrotukiasemassa käytetään suurta antenniryhmää muodostamaan samanaikaisesti suuren vahvistuksen antennikeiloja käyttäjälinkeille ja langattomalle runkoyhteysosuudelle. Lisäksi sovelletaan hierarkkista häiriönvaimennusmenetelmää saman kerroksen ja kerrosten välisen häiriön tehokkaaseen vähentämiseen. Työn seuraavassa osassa arvioidaan usean hypyn runkoverkkoyhteyden muodostuksen tutkimusongelmaa millimetrialueen kommunikaatiossa kehittämällä yhdistetty menetelmä usean hypyn monipolkuvalinnalle ja tiedonsiirtoresurssien allokoinnille. Tällä tähdätään gigabittiluokan datanopeuksiin ja luotettavaan tietoliikenteeseen millimetrialueella. Vahvistavan oppimisen tekniikan avulla esitellään dynaaminen ja tehokas uudelleenreitityskonsepti toimimaan esto- ja viiverajoitusten kanssa. Lopuksi hyödynnetään riskisensitiivistä oppimista ja antennidiversiteettitekniikoita suuren luotettavuuden ja pienen latenssin saavuttamiseksi millimetrialueen tiedonsiirrossa. Näiden avulla analysoidaan kaupankäyntiä esimerkiksi (i) kapasiteetin ja latenssin sekä (ii) luotettavuuden ja verkon tiheyden/kuormituksen välillä. Mittavien suoritettujen simulointien avulla osoitetaan ehdotettujen algoritmien suorituskykyedut suhteessa tunnettuihin verrokkeihin useissa eri skenaarioissa. Tulosten perusteella saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä infrastruktuurin ja runkoverkon osalta sekä päästään suuriin datanopeuksiin ja parannuksiin pienen latenssin luotettavassa tietoliikenteessä.

L’étude des plasmas denses et tièdes est un domaine qui suscite aujourd’hui l’intérêt de nombreux groupes de recherche de part son large spectre d’applications. Ce régime de la matière, qui recouvre une densité proche de celle du solide et une température allant de 0.1 à une dizaine d’eV, est encore mal connu et présente une grande complexité de part son caractère partiellement dégénéré (électrons) et partiellement corrélé (ions). Afin d’explorer ce régime, nous proposons de le sonder par spectroscopie d’absorption X près des seuils grâce à une source X ultra-rapide (ps), intense, produite par laser. La spectroscopie d’absorption X près des seuils (XANES, EXAFS) est un diagnostic qui permet l’étude de la structure atomique locale de milieux éventuellement non-cristallins (solides, liquides, plasmas denses et tièdes). Elle nécessite l’utilisation de sources X de large bande spectrale ajustée au seuil d’absorption de l’élément étudié (...) / The possibility of producing, in a controlled way, matter at solid density (1-10 g/cm3) while maintaining it at temperatures ranging from 0.1 to 100 eV has been for a long time a desired goal. At the boundary between condensed matter and plasma physics, the study of matter in the Warm Dense Matter (WDM) regime involves, nowadays, many laboratories worldwide. This state is still poorly understood and presents a very complex character, being partly degenerated (electrons) and partly correlated (ions). To explore this regime, we proposed to probe WDM by X-ray absorption fine spectroscopy with an ultra-fast X-ray source (ps), produced by ultra intense lasers. X-ray absorption fine spectroscopy, specifically XANES and EXAFS spectroscopy, is a diagnostic tool that allows the study of local atomic structures, even in non-crystalline states (solid, liquid, WDM, plasmas). It requires the use of broadband X-ray sources adjusted on the x-ray absorption edge of studied element (...)

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-09-04T18:08:18Z No. of bitstreams: 1 LuisClaudioSilva.pdf: 4393489 bytes, checksum: 5c3cb715bd7992ba1cc5380c1a940f32 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-04T18:08:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LuisClaudioSilva.pdf: 4393489 bytes, checksum: 5c3cb715bd7992ba1cc5380c1a940f32 (MD5) Previous issue date: 2017-07-27 / Breast cancer is the second type of cancer that most a ects women in the world, losing only for non melanoma skin cancer. Breast density can hinder the location of masses, especially in early stages. In this work, the use of independent component analysis for detecting and segmentation lesions in dense breasts is proposed. Several works suggests the use of computer aided diagnosis, increasing sensitivity to over 90% in detecting cancer in non dense breasts, however there are few published studies about detecting in dense breasts. To analyse its e ciency in relation to other segmentation techniques, we compare the performance with principal component analysis. To measure the quality of the segmentation obtained by the two methods, a area overlay measure will be used. To verify if there was any di erence between the results of the proposed methods in the detection of lesions in nondense breasts and in dense breasts, a statistic test for two proportions was used. Experimental results on the Mini-MIAS and DDSM database showed an accuracy of 92.71% in detecting masses in nondense and 79.17% in dense breasts. All experiments showed that the ICA lters have a better performance for detect lesions in dense breast, compared with PCA. Contrary to previous works, our experiments showed that there is actually a signi cant di erence between the detection of masses in dense and nondense breasts. This study can help specialist to detect lesions in dense breast. / O câncer de mama é o segundo tipo de câncer que mais afeta mulheres no mundo, perdendo apenas para o câncer de pele não melanoma. A densidade da mama pode di cultar a localização de massas, especialmente em estágios iniciais. Neste trabalho, propõe-se o uso de análise de componentes independentes para detectar e segmentar lesões em mamas densas. Vários trabalhos sugerem o uso do diagnóstico auxiliado por computador, aumentando a sensibilidade para acima de 90% na detecção de câncer em mamas não densas, no entanto, existem poucos estudos publicados sobre a detecção em mamas densas. Para analisar a e ciência do método proposto em relação a outras técnicas de segmentação, comparamos o desempenho com a análise de componentes principais. Para medir a qualidade da segmentação obtida pelos dois métodos, será utilizada uma medida de sobreposição de área. Para veri car se houve diferença entre os resultados dos métodos propostos na detecção de lesões em mamas não densas e nas mamas densas, foi utilizado um teste estatístico para duas proporções. Os resultados experimentais usando os bancos de dados Mini-MIAS e DDSM mostraram uma acurácia de 92,71% na detecção de massas em mamas não densas e 79,17% em mamas densas. Todas as experiências mostraram que os ltros de ICA usados têm um melhor desempenho para detectar lesões em mamas densas, em comparação com PCA. Contrariamente aos trabalhos anteriores, nossos experimentos mostraram que existe realmente uma diferença signi cativa entre a detecção de massas em mamas densas e não densas. Este estudo pode ajudar o especialista a detectar lesões em mamas densas

A tese versa sobre a detecção e avaliação de padrões de coexistência de espécies arbóreas, buscando esclarecer as relações entre a diversidade fito-estrutural e os fatores condicionantes em escalas local e regional em uma zona de contato entre duas regiões fitoecológicas (Florestas Ombrófilas Mista e Densa). O trabalho está dividido em duas abordagens; a primeira trata de um inventário fitossociológico de comunidades definidas como “sítios”, onde o grau de singularidade local é avaliado através da identidade das espécies com maior valor de importância (VI) estrutural e de suas possíveis conexões fitogeográficas, bem como através de indicadores de diversidade alfa e beta. Na segunda abordagem, comunidades são definidas estatisticamente (Multivariada, Análise do Valor Indicador das Espécies) com base na composição e abundância de espécies (área basal dos troncos), testando-se a hipótese de que comunidades distintas devem diferir pelo menos na diversidade específica, fertilidade do solo e ou produtividade primária (produção de serrapilheira PS). O estudo foi realizado no Centro de Pesquisas e Conservação da Natureza Pró-Mata, localizado na borda sudeste do Planalto Meridional Brasileiro (29o30’S; 50o11’W). Cinco sítios de 100m x 100m (dois sítios no planalto, dois na encosta e um na borda planalto-encosta) foram selecionados, onde em cada sítio as árvores (DAP>10 cm) foram medidas e determinadas em vinte e uma unidades amostrais de 100m2 (regularmente distribuídas). Sessenta e seis espécies foram levantadas, no conjunto Cabralea canjerana e Myrcia retorta tiveram os maiores valores de importância. A primeira caracteriza a encosta e a segunda o planalto, sendo ambas co-dominantes no sítio da borda do planalto-encosta. Riqueza e diversidade foram maiores nessa borda, menor no planalto e intermediária na encosta. A beta-diversidade apresenta-se maior com medidas de abundância do que apenas com a composição de espécie, em função da diferenciação das dominantes, caracterizando comunidades discretas, indicando ao mesmo tempo um contínuo gradiente florístico. As análises de ordenação e agrupamento foram utilizadas com dois tamanhos de unidade amostral (100 m2 e 500 m2), das quais somente a última apresentou padrões interpretáveis, similares aos obtidos fitossociologicamente nos sítios, onde dois principais tipos de vegetação apresentam afinidades fitogeográficas e riqueza de espécies peculiares. Os subgrupos refletiram processos histórico-ecológicos mais recentes, como a perturbação antrópica e condições locais especiais. A determinação de espécies com valores indicadores significativos é útil para a diferenciação ecológica dos tipos de comunidades. Apenas uma comunidade diferiu significativamente das demais na fertilidade do solo, devido à condição especial topográfica e litológica. A produção de serrapilheira destas florestas foi similar aos valores médios das florestas brasileiras tropicais e subtropicais. Conclui-se que, na zona de transição estudada, tende a ter um ecótono da vegetação associado à transição geomorfológica planalto-encosta. Algumas considerações sobre o alcance metodológico de detecção de biodiversidade e das perspectivas de pesquisas integradas sobre os processos ecossistêmicos são apresentadas. / This thesis searches to detect patterns of the arboreal species coexistence on a transition zone of two phyto-ecological regions, Mixed and Dense Rainforests, contributing to the knowledge of ecological processes on the local to regional scale. The work is divided in two approaches; the first is a phytosociological inventories aiming to answer if in this zone exists a set of local communities with similar floristic-structural patterns, or not, and what are their phytogeographical affinities; the second tests the hypothesis that the communities types statistically defined have indicator species and differs in specific diversity attributes, soil fertility and the primary productivity (litterfall). The study was carried out at CPCN Pró-Mata, a research center located on the southeastern border of the Meridional Brazilian Plateau (29o30’S; 50o11’W). Five sites of 100 x 100m (two plateau sites, two slope sites, and one plateau-slope site) were selected; the trees (DBH>10cm) were measured and determined and twenty-one sampling units of 100m2 (regularly distributed), in each site. Sixty-six species were surveyed. Cabralea canjerana and Myrcia retorta had the highest importance value indexes. The first species characterizes the slope; the second species characterizes the plateau; and both are co-dominant at the slope-plateau site. Richness and diversity (Shannon index) were higher at slope-plateau transition, lower at the plateau and intermediate at the slopes. The Beta diversity shows that the sharpness between slope and plateau communities is more associated to species abundance than to species composition only. The Ordination and Cluster analyses were used with two sized sampling units (100 m2 and 500m2), which only the latter showed interpretable patterns, similar to those phytosociological results, where emerges the two main vegetation types indicated the broader regional floristic affinities and its influence on species richness. The sub-groups reflected more recent local historical-ecological processes, mainly identified as anthropic disturbance regime and special local conditions. The Indicator Species Analysis was very responsive to the present objective helping to define the best indicative species and ecological context. Soils differ significantly only for one group, differentiated by special topographic condition and lithologic origin. The annual litterfall of these forests were equivalent among sites and they are similar to register for average the tropical and subtropical Brazilian forests. Conclude that in this transition zone trends to have a vegetation ecotone is associated to the geomorphologic transition slope-plateau. Then, communities types statistically defined reflect hierarchically phytoecological regional affinities and particular ecological conditions. Some considerations about methodological biodiversity detection integrated to researches about ecosystem process are shown.

L'algèbre linéaire est une brique de base essentielle du calcul scientifique. Initialement dominée par le calcul numérique, elle connaît depuis les dix dernières années des progrès considérables en calcul exact. Ces avancées algorithmiques rendant l'approche exacte envisageable, il est devenu nécessaire de considérer leur mise en pratique. Nous présentons la mise en oeuvre de routines de base en algèbre linéaire exacte dont l'efficacité sur les corps finis est comparable celles des BLAS numériques. Au délà des applications propres au calcul exact, nous montrons qu'elles offrent une alternative au calcul numérique multiprécision pour la résolution de certains problèmes numériques mal conditionnés.<br /><br />Le calcul du polynôme caractéristique est l'un des problèmes classiques en algèbre linéaire. Son calcul exact permet par exemple de déterminer la similitude entre deux matrices, par le calcul de la forme normale de Frobenius, ou la cospectralité de deux graphes. Si l'amélioration de sa complexité théorique reste un problème ouvert, tant pour les méthodes denses que boîte noire, nous abordons la question du point de vue de la praticabilité : des algorithmes adaptatifs pour les matrices denses ou boîte noire sont dérivés des meilleurs algorithmes existants pour assurer l'efficacité en pratique. Cela permet de traiter de façon exacte des problèmes de dimensions jusqu'alors inaccessibles.

Des observations in situ et la modélisation ont été conjointement utilisées pour mieux comprendre les processus physiques qui contrôlent les échanges côte-large et étudier les transferts de matière particulaire gouvernés par l'effet des courants et des vagues dans le Golfe du Lion. Cette étude montre que les tempêtes de vent marin induisent une circulation cyclonique sur le plateau et un processus de downwelling dans les canyons sous-marins. En période automnale, lorsque la colonne d'eau est stratifiée et que l'eau du plateau est légère, le downwelling est limité en profondeur. En revanche, en hiver, les plongées d'eaux denses, formées lors des vents de nord froids sur le plateau, intensifient ce processus. D'autre part, les tempêtes de vent marin sont responsables de fortes remises en suspension sur l'ensemble du plateau (> 5 M t) et d'une exportation massive dans la partie ouest du Golfe. Le canyon du Cap Creus apparaît comme une voie d'exportation privilégiée vers le large.

Cette thèse est consacrée aux écoulements de grains secs en régime dense. Nous nous restreigons aux géométries de cisaillement simple, sur plan incliné ou en conduite verticale, autorisant l'étude d'écoulement stationnaires et uniformes. Nous mesurons les grandeurs permettant de discuter la loi de comportement : profils de vitesse, de compacité, et distribution des forces de contact.<br />En conduite verticale, le profil de vitesse est mesuré à la paroi par imagerie rapide, et à l'intérieur de l'écoulement par imagerie par résonnance magnétique nucléaire. On met en évidence la localisation du cisaillement près des parois, et l'invariance de la forme du profil de vitesse avec le débit, signe d'un régime d'écoulement quasi-statique. On a aussi étudié l'influence de la rugosité sur le profil des vitesses, et montré le caractère intermittent de ce type d'écoulement.<br />Sur le plan incliné, la simulation numérique discrète (méthode de dynamique des contacts) permet d'étudier des écoulements d'assemblées de disques polydisperses frottants et complètement inélastiques. Nous avons mis en évidence la plage des écoulements stationnaires et uniformes, limité par une épaisseur d'arrêt dépendant de l'inclinaison. Nous avons observé un profil de compacité constante, avec une décroissance de la compacité moyenne lorsque l'inclinaison augmente. Le profil de vitesse est convexe, et montre une zone d'influence du socle sur les dix premières couches et une zone centrale en accord avec la prédiction du modèle de Bagnold. La vitesse moyenne suit une loi d'échelle en accord avec l'observation de Pouliquen. L'étude du réseau de contact met en évidence des anisotropies importantes ainsi qu'une statistique étalée des forces de contacts. Enfin nous avons montré que le tenseur des contraintes se restreint essentiellement à la contribution des forces de contacts, et que la pression est isotrope.<br />Ces observations conduisent à une discussion du rôle relatif des collisions, du frottement, de la compacité, du socle et du réseau de contacts, et une comparaison qualitative des prédictions de plusieurs modèles rhéologiques est proposée. L'analyse micromécanique des problèmes couplés de frottement et rotation permet de comprendre la rotation moyenne des grains, et la réduction notable du frottement effectif entre grains.

Depuis quelques années, la complexité croissante de besoins informatiques dans tous les domaines de recherche scientifique et technique exige une puissance de calcul sans cesse plus importante. Dans ce contexte, le calcul parallèle apparaît comme un outil vital qui permet d'exploiter la capacité de calcul de plusieurs microprocesseurs travaillant ensemble. Le domaine auquel le calcul parallèle sera appliqué dans cette thèse est celui de l'imagerie, plus spécifiquement la synthèse d'images à partir d'images réelles. Pour permettre la création de nouvelles vues virtuelles à partir de scènes réelles, une des étapes les plus coûteuses en temps de calcul est la phase d'appariement des images. Il s'agit de la formation de paires de pixels qui représentent le même point sur les surfaces de deux images source. Le problème principal que nous cherchons à résoudre dans cette thèse est la proposition d'une version parallèle pour l'algorithme d'appariement quasi-dense (aussi appelé algorithme de propagation) d'images qui est basé sur une stratégie adaptative globale. Cette version doit être capable de préserver la qualité du résultat final obtenu par la version séquentielle de l'algorithme de propagation tout en réduisant le temps d'exécution dans un contexte de programmation orienté vers les grappes de processeurs.