Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Notre thèse s'inscrit dans une approche socio-constructiviste du fonctionnement et du développement du système cognitif. L'objectif poursuivi est double : 1°) expliquer les effets d'une situation asymétrique de tutorat dans laquelle un expert doit aider un novice dans l'accomplissement d'une tâche avec l'informatique comme outil de travail ; 2°) montrer le rôle bénéfique des sur l'acquisition de nouvelles connaissances et de nouvelles compétences cognitives chez les tutorés. L'hypothèse générale défendue dans cette thèse est que les activités de tutelle et de guidage dans la résolution d'une tâche utilisant l'outil informatique favorisent à la fois le développement des compétences dans la pratique informatique et des connaissances académiques scolaires. Trois dispositifs expérimentaux relevant d'une situation de communication référentielle ont mis en scène des dyades dissymétriques : un expert de classe ordinaire doit aider un novice dans la réalisation d'une tâche informatique sans accomplir la tâche lui-même. Les novices-tutorés sont en difficulté scolaire, suivis par le RASED, fréquentant une CLIS et/ou porteurs de handicap(s). Dans les trois expériences les résultats mettent en évidence des progrès chez les novices, validant nos hypothèses opérationnelles. On en déduit que l'activité de tutelle et de guidage ont favorisé chez les novices, via la transmission d'un savoir en savoir-faire, l'appropriation de nouvelles compétentes et ainsi la (ré)organisation de leur système cognitif. / The thesis is based on a socio-constructivist approach of the functioning and the development of the cognitive system. Two main aims are pursued: 1) to explain the effects of an asymmetric situation in which an expert must help a novice in performing a task with the computer as a work too l; 2) to show the beneficial role of cognitive-linguistic exchanges on the acquisition of new knowledge and new cognitive skills among tutees. Our main hypothesis is that the activities of supervision and guidance in solving a task using the computer as a work tool promote both the development of skills in practical computer and academic school knowledge. Three experimental devices have been organised. In each experiment, asymmetrical dyads were placed in a situational context of tutoring: an expert (pupil attending a regular classroom) should help a novice in performing a task with a computer, without solving the task himself. Tutored novices are children with learning difficulties in school, followed by RASED, attending a CLIS and/or carrying handicap(s). In all three experiments the results highlight of progress among novices, validating our assumptions. One can deduce that the activity of supervision and guidance have helped the novices, through the transmission of knowledge, the acquisition of new skills and so the (re) organisation of their cognitive system. Our explanatory hypothesis is that it is the cognitive-linguistic exchanges tutor-tutee that allowed both partners to build intersubjectivity through semiotic mediation achieved during the time of working together.

Les modes de Laguerre-Gauss sont une des solutions de l’équation de propagation de la lumière dans l’approximation paraxiale en coordonnées cylindriques. Ces modes sont caractérisés par deux indices (azimutal et radial) et présentent des propriétés particulières : une structure en forme d’anneau et une phase en hélice. Ces propriétés ont été mises au profit pour plusieurs applications allant de la microscopie à l’astronomie. Cette thèse a été dédiée à l’étude de ces modes et à leur application dans le domaine des atomes froids. Dans un premier temps, la pureté des modes fabriqués par la méthode d’holographie numérique a été étudiée, ainsi que le rôle que la pureté joue dans leur propagation. Ces modes ont été ensuite utilisés pour l’obtention une source d’atomes froids brillante. Depuis plus de 20 ans, des efforts considérables ont été faits pour obtenir des sources d’atomes froids les plus brillantes et les plus compactes possibles. Un piège magnéto-optique à deux dimensions (2D-MOT) est couramment utilisé pour obtenir une source continue d’atomes froids avec un flux important de l’ordre de 1010 atomes/s. Toutefois, le jet atomique ainsi obtenu présente une divergence d’environ 40 mrad ce qui contraint l’utilisateur à travailler près de la sortie mais avec un accès optique limité ou bien loin où il a un bon accès optique mais au prix d’une densité atomique plus faible. Une alternative est présentée, dans laquelle un mode de Laguerre-Gauss est utilisé pour canaliser les atomes à la sortie d’un 2D-MOT. Le mode de Laguerre-Gauss réalise un piégeage dipolaire qui confine les atomes sont le centre noir du mode, ce qui présente l’intérêt de limiter le chauffage dû à l’absorption/émission de la lumière. Ainsi, puisque les modes de Laguerre-Gauss gardent leur forme au cours de leur propagation, les atomes sont canalisés sur une distance de plusieurs décimètres. Nous avons étudié le fonctionnement de ce système pour différents ordres du mode de Laguerre-Gauss et différentes fréquences, et nous avons montré que ce système est efficace et permet d’atteindre un gain en densité d’un facteur 200 par rapport au cas d’un 2D-MOT conventionnel. Un cas particulier est aussi présenté, dans lequel la fréquence du mode de Laguerre-Gauss est choisie pour effectuer non seulement la canalisation des atomes mais aussi leur repompage, ce qui conduit à une simplification importante du système. D’un autre côté, les modes de Laguerre-Gauss sont d’un grand intérêt dans le domaine de l’information et la cryptographie quantique car ils peuvent être utilisés pour encoder et enregistrer l’information. Pour cela, il est indispensable de pouvoir les détecter de façon non-équivoque. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à la détermination de ces modes. Jusqu’à maintenant, les techniques de détection ont permis de mesurer l’indice azimutal mais peu d’entre elles mesurent l’indice radial. Si on est capable de mesurer aussi l’indice radial, il peut être utilisé comme une nouvelle variable pour le codage et l’enregistrement de l’information. Sous cette motivation, une technique basée sur la transformation du mode de Laguerre-Gauss par un système astigmatique a été mise au point pour déterminer les deux indices qui le caractérisent. Nous avons montré que cette technique peut aussi être utilisée pour optimiser expérimentalement la fabrication des modes de Laguerre-Gauss d’ordre élevé les plus purs possibles. / Laguerre-Gaussian modes of light are one of the solutions to the propagation equation of light in the paraxial approximation in cylindrical coordinates. These modes are characterized by two indices (azimuthal and radial) and present particular properties: ring-shaped structure and a helical phase. These properties have been put to use in several applications going from microscopy to astronomy. This work has been devoted to the study of these modes and their application in the cold atom domain. Initially, the purity of such modes generated by numerical holography was studied, as well as the role played by the purity in their propagation. These modes were then used to obtain a bright source of cold atoms. For more than 20 years, considerable efforts have been made to create sources of cold atoms as bright and compact as possible. A two dimensional magneto-optical trap (2D-MOT) is currently used to obtain a continuous source of cold atoms with high flux of the order of 1010 atomes/s. Nevertheless, the source of cold atoms thereby achieved show a divergence of about 40 mrad which constrains the user to work by output but with a limited optical access or far from the output but at the cost of lower density. An alternative is presented, in which a Laguerre-Gaussian mode of light is used to channel the atoms at the output of a 2D-MOT. The Laguerre-Gaussian mode of light carries out a dipole trapping that confines the atoms in the black center of the mode, which has the advantage of limiting the heating due to absorption/emission of light. Thus, since the Laguerre-Gaussian modes of light keep their ring-shape along their propagation, the atoms are channeled over a distance of several decimeters. We studied the functioning of this system for different orders of the Laguerre-Gaussian mode and at different frequencies, and we showed that this system is efficient and allows to achieve a density gain of a factor 200 compared to a conventional 2D-MOT. A particular case is also presented, in which the frequency of the Laguerre-Gaussian mode of light is chosen to carry out not only the channeling of the atoms, but also their repumping, which leads to an important simplification of the system. Laguerre-Gaussian modes of light are also of great interest in the domain of quantum information and quantum cryptography because they can be used to encode and store information. In order to do that, it is crucial to be able to detect them in an unequivocal way. In this context, we are interested in the determination of these modes. Until now, different detection techniques have measured the azimuthal index, but few of them have been able to measure the radial index. If we are able to measure the radial index, it can be used as a new variable to encode and store information. Under this motivation, a technique based on the transformation of a Laguerre-Gaussian mode of light by an astigmatic system has been extended to determine the two indices characterizing them. We showed that this technique can also be used to experimentally optimize the generation of the purest possible Laguerre-Gaussian modes of high order.

Remorquer des satellites peut être utiles pour de nombreuses raisons : les désorbiter ou ré-orbiter, nécessaire dans le cas des satellites en fin de vie, ou pour finaliser les lancements par exemple. Dans ce cas, cette manœuvre augmenterait la capacité des étages supérieurs de lanceurs. Plusieurs moyens peuvent être envisagés pour modifier l’orbite d’un satellite cible grâce à un autre satellite. Parmi eux, les concepts sans contact sont intéressants, car ils fournissent un moyen d’éviter le besoin d’interfaces normalisées. Ils permettent ausside ne pas réaliser d’amarrages non coopératifs, qui représentent une grande difficulté. Enfin, ils contribuent à réduire le risque de créer de nouveaux débris par collision. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser les forces magnétiques pour remorquer le satellite cible. En effet, de nombreux satellites, en particulier en orbite terrestre basse, sont équipés de magnéto-coupleur, utilisés pour le contrôle d’attitude. Un satellite chasseur équipé d’un dipôle magnétique puissant pourrait donc générer des forces sur la cible. Cependant, la création d’une force entre deux dipôles magnétiques génère automatiquement des couples sur les deux dipôles. Par conséquent, la viabilité d’un remorqueur magnétique spatial n’est a priori pas assurée, étant donné qu’appliquer en permanence des couples sur les deux satellites ne serait pas acceptable. / Satellite tugging can be undertaken for various reasons: de-orbiting or reorbiting,necessary in the case of satellites at the end-of-life, or for instance to finalise launches,in which case this manoeuvre would increase the capacity of launchers’ upper stages. Severalmeans can be considered to modify the orbit of a target satellite by tugging it with anothersatellite. Contact-less concepts are interesting, as they provide a way to avoid standardisedinterfaces and hazardous docking phases. They also help to prevent the creation of new debrisby reducing the risk of collision. In this thesis, we suggest using magnetic forces to tug the target. Indeed many satellites, especially in Low Earth Orbit, are equipped with Magnetic Torque Bars used for attitudecontrol. A chaser satellite equipped with a powerful magnetic dipole could hence generateforces on the target. However, creating a force between two magnetic dipoles automaticallycreates torque on both of them. Therefore, the feasibility of magnetic tugging is a priori notassured, considering that applying constant torques on both satellites would not be acceptable.

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Depuis quelques années, le poisson zèbre (Danio rerio) est devenu un modèle de choix pour l'étude du système nerveux et de ses fonctions. Récemment, des technologies nouvelles d'édition du génome permettent la génération d'allèles mutés de manière constitutionnelle et l'étude fonctionnelle de gènes chez ce modèle vertébré. Néanmoins, certains loci nécessite une inactivation spatiotemporelle précise et contrôlée. La première partie de ma thèse décrit la mise au point d'une nouvelle stratégie de disruption génétique de manière tissu-spécifique, basée sur la technologie du CRISPR/Cas9 et du système UAS/Gal4. Cette technique permet l'introduction de mutations somatiques dans des tissus, des clones ou des cellules individuelles préalablement génétiquement marqués, rendant ainsi possible le suivi in vivo de l'effet de la mutation générée grâce au gène rapporteur. La seconde partie de ma thèse se centre sur l'étude fonctionnelle d'une famille des gènes, les meteorines, durant le développement du système nerveux et lors du ciblage axonale chez le poisson zèbre. Les Meteorines sont des protéines conservées chez les vertébrés qui ont été impliquées dans la prolifération, la différentiation des progéniteurs de neurones et notamment dans l'élongation axonale in vitro. Nous avons pu mettre en évidence que les meteorines sont exprimées le long de la ligne médiane du système nerveux chez les larves et au niveau du plancher de la partie postérieure du cerveau et de la moelle épinière. Par l'utilisation du CRISPR/Cas9, nous avons généré des lignées mutantes pour chaque gène meteorine et avons ainsi procédé à l'analyse de l'établissement des projections axonales dans ces lignées mutantes. / In recent years, the zebrafish (Danio rerio) has emerged as a powerful model organism to study neuronal circuit development and function. To date, different genome editing technologies allow the generation of constitutive mutant alleles, permitting the study of gene loss-of-function in this vertebrate model. Nevertheless, to assess the role of certain loci it might be required a precise spatiotemporal control of gene inactivation. The rst part of my thesis describes a novel strategy for tissue-specific gene disruption based on the CRISPR/Cas9 and the Gal4/UAS systems. The described technique allows the induction of somatic mutations in genetically labeled tissues, cell clones or single cells, making it possible to follow the effect of gene disruption in vivo via reporter gene expression. The second part of the thesis focuses on the functional analysis of the role of the meteorin gene family during neuronal development and axonal targeting in zebra sh. Meteorin family is conserved among vertebrates and its members have been shown to be involved in neuronal progenitor proliferation and differentiation and axonal elongation, in vitro. We used the zebrafish nervous system as a model to dissect the role of Meteorins during embryonic development, focusing on their potential role as novel guidance molecules. Interestingly, we found that genes belonging to the meteorin family are expressed along the midline of the larval central nervous system and at the floor plate in the hindbrain and spinal cord. We generated CRISPR/Cas9 mutant lines carrying out-of-frame deletions in the coding sequence of each member of the zebrafish meteorin family and we performed a comprehensive analysis of the establishment of axonal projections in the mutants. Our data pointed out that metrns loss-of-function affects the earliest process of axonal development, demonstrating a crucial role in the process of axonal outgrowth for this new family of evolutionary conserved guidance molecules.

La navigation des axones sur de longues distances est jalonnée de zones de choix, entraînant des changements de direction pour suivre des trajectoires hautement stéréotypées. Dans ce modèle de guidage séquentiel, chaque étape est vue comme essentielle à la suivante. De façon intrigante, quelques exemples suggèrent que le suivi strict de la trajectoire puisse être dispensable pour que les axones atteignent leur destination finale. Nous nous sommes intéressés à cette capacité trajectoire indépendante des axones à localiser leur cible. Pour ce faire, nous avons utilisé deux populations neuronales de la moelle épinière ayant des cibles diamétralement opposées dans l'organisme : les interneurones dorsaux, qui projettent dans le système nerveux central, et les motoneurones ventraux, qui ciblent les muscles en périphérie. Après avoir été déplacés chirurgicalement dans des embryons de poulet, ces deux populations de neurones envoient des axones vers leurs territoires cibles qu'ils atteignent par des trajectoires inédites. Ces observations suggèrent l'existence d'un système de guidage global délivrant aux axones des informations spatiales à large échelle. Outre les signaux moléculaires de guidage bien connus, les signaux bioélectriques sont également des candidats intéressants pour remplir cette fonction. Des champs électriques (CE) ont été détectés dans les embryons en développement et sont connus pour être des vecteurs d'information spatiale. Nous avons testé sur des neurones en culture si des CE comparables à ceux mesurés pendant le développement embryonnaire pourraient guider l'élongation des axones moteurs et d'interneurones dorsaux de poulet. Nous avons trouvé que les deux types d'axones s'orientent en direction de la cathode (-) dans un CE. Cependant, ils présentent des sensibilités significativement différentes aux CE, qui pourraient contribuer à des choix de trajectoires différents in vivo. Ensuite, nous avons observé un effet inhibiteur de la Concanavaline A (ConA) sur la réponse des axones aux champs, indiquant un rôle des récepteurs membranaires connus pour lier la ConA. Nous avons donc réalisé un screen pharmacologique sur des pompes et des canaux ioniques qui se lient à la ConA, conduisant à l'identification des pompes Na+/K+ ATPases comme des candidats prometteurs. Des expériences préliminaires d'invalidation des sous-unités de ces pompes suggèrent qu'elles contribuent à la réponse aux CE et à la navigation axonale in vitro et in vivo. Finalement, nos résultats apportent une vision nouvelle des mécanismes assurant la fidélité et la résilience du guidage axonal, et révèlent la contribution méconnue des signaux bioélectriques et des pompes Na+/K+ ATPases au développement neuronal / Long distance navigation of axons is marked by choice points, instructing highly stereotyped directional changes of axon trajectories. In this stepwise model, each step is thought to be essential for the next one, but intriguingly, examples suggest that pathway experience can be dispensable for axons to reach their final destination. We investigated pathway-independent ability of axons to locate their target, using two populations of spinal cord neurons having drastically different target location in the organism: the dorsal interneurons, which target the central nervous system and ventral motoneurons, which target muscles. After grafting these neurons at ectopic positions in the chicken embryo, both neuron-types were observed to form axons which, remarkably, oriented towards and reached appropriate targets. This suggests that, in the embryo, an overall guidance information might exist that enables the axons to locate positions over large scales. Beside well-studied chemical cues, bioelectric signals are attractive candidates for this function. Electric Fields (EF) were detected in the embryo and reported to encode spatial information. Thus, using in vitro set-ups, we investigated whether EFs in the range of the ones measured in the embryo could influence the navigation of chick motor and dorsal interneuron axons. We found that both axon subsets orient parallel to EFs. Yet, they significantly exhibited different sensitivities, which could contribute to elicit different trajectory choices in vivo. Next, we found that Concanavalin A (ConA) could block axon response to EF, supporting a role of cell surface receptors known to bind to ConA. Thus, we performed a pharmacological screening on ion channels and pumps that bind ConA and identified Na+/K+ ATPases as promising candidates. Preliminary knock-down experiments targeting Na+/K+ ATPases subunits suggest their contribution to CE response and axon navigation in vitro and in vivo. Collectively, our findings should provide novel insights into the mechanisms ensuring axon guidance fidelity and resilience and reveal unknown contributions of bioelectric signals and Na+/K+ ATPases during neuronal development

L'objectif de cette thèse est de présenter les fonctionnalités et une méthodologie de conception associées à un module de type ressource dans un environnement informatique dédié à l'apprentissage d'un domaine. Nous nous sommes plus particulièrement intéressée au domaine de l'apprentissage de la lecture. D'une part nous présentons les différentes problématiques qui se posent dans le cadre de la conception de ce type de module et d'autre part, nous les illustrons par des exemples et la réalisation d'un premier prototype informatique, le Module Ressource Lexical (MRL). Dans un premier chapitre, nous décrivons le cadre dans lequel se situe notre recherche, le projet AMICAL (Architecture Multi-agents Compagnon pour l'Apprentissage de la Lecture) du Laboratoire de Recherche sur le Langage. Ensuite, nous positionnons le MRL par rapport aux dictionnaires pour enfants, commercialisés aujourd'hui. Puis, dans les chapitres 3, 4 et 5 nous présentons les problèmes liés à la conception de ce type de module. Le chapitre 3 présente plus particulièrement les problèmes liés aux informations associées à chaque unité lexicale dans le module ainsi qu'à leur mode de présentation. Dans le chapitre 4, nous abordons les problèmes liés à l'accès au contenu du module, c'est-à-dire aux modes de sélection d'une unité lexicale, à la navigation et au guidage de l'apprenant lors de la consultation. Dans le chapitre 5, nous décrivons l'architecture informatique associée à ce type de module et enfin, dans un dernier chapitre, nous présentons des éléments liés à la spécification et à l'implémentation d'un premier prototype informatique du MRL

Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement des sources XUV impulsionnelles cohérentes, et plus particulièrement des lasers XUV. Alors que la plupart des lasers XUV fonctionnent en régime d'émission spontanée amplifiée, c'est ici une géométrie de type oscillateur-amplificateur inspirée des lasers de puissance qui est étudiée. L'amplificateur, un plasma de krypton ionisé 8 fois par un champ laser intense, est injecté par un rayonnement harmonique d'ordre élevé à la même longueur d'onde. La source ainsi créée est étudiée aussi bien expérimentalement que numériquement, et l'accent est mis sur l'effet de l'amplification du faisceau harmonique par le plasma sur les caractéristiques spatiales du faisceau résultant (profil spatial, cohérence transverse et front d'onde), et ses caractéristiques spectro-temporelles. Il est entre autres démontré que, du fait du filtrage spatial par l'amplificateur, le faisceau possède des qualités optiques dignes du domaine visible (forte cohérence et proche de la limite de diffraction) et que son profil spatial peut être contrôlé entre un profil gaussien et un profil de Bessel. Ce faisceau se compose par ailleurs d'impulsion µJ de durée ps en limite de Fourier. Afin d'augmenter l'intensité de ces impulsions, on se propose également de guider l'impulsion de pompe dans un canal plasma préformé par laser à densité quasi-critique. Le guidage a été démontré et des résultats prometteurs ont ainsi été obtenus en régime non-injecté.

Les environnements actuels de navigation de gestes interventionnels avec aiguille font l'hypothèse de l'indéformabilité de celle-ci. Hypothèse non vérifiée cliniquement avec comme conséquence immédiate une perte de précision du geste réalisé et à plus long terme de potentielles conséquences morbides. En pratique, cette aiguille peut être amenée à se déformer du fait des interactions avec les tissus. Il est donc nécessaire d'incorporer dans les systèmes de navigation des données sur la déformée de l'aiguille à l'aide, par exemple, de jauges de déformation. Ces dernières permettent d'accéder en temps réel à des informations locales de déformation, a partir desquelles il sera possible de reconstruire la déformée de l'aiguille. L'objectif de ce travail consiste donc à l'élaboration d'une nouvelle génération de système de navigation permettant de localiser en 3D et en temps réel, la déformée d'une aiguille instrumentée.