Les rythmes circadiens contrôlent de nombreux aspects de la physiologie chez les mammifères. Parmi ces processus physiologiques, les horloges circadiennes contrôlent entre autres la réponse immunitaire innée et adaptative. Depuis des décennies, de nombreuses études ont commencé à couvrir ce sujet. Cependant, le contrôle circadien de la réponse adaptative reste peu étudié. Dans le cadre de ce projet de recherche de doctorat, nous avons exploré le rôle des rythmes circadiens dans la réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique par des cellules dendritiques. Des travaux du laboratoire publiés par Erin E. Fortier et al. ont mis en évidence une différence jour/nuit dans l’expansion des lymphocytes T CD8 dont le récepteur T (TCR) est spécifique au complexe KbOVA exprimé par les cellules dendritiques ainsi que dans le nombre de lymphocytes T CD8 CD44hi IFN+ spécifiques pour l’antigène de l’ovalbumine (OVA)1. En effet, la réponse des lymphocytes T CD8 est plus importante après une vaccination faite en milieu de jour (zeitgeber time (ZT) 6) par rapport à une vaccination faite en milieu de nuit (ZT18). Cependant, ces travaux de recherche n’ont pas démontré le rôle des horloges circadiennes dans le rythme de réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique. Mes travaux de recherche de doctorat ont dans un premier temps confirmé l’implication des horloges circadiennes dans le rythme de réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique. Nous avons ensuite démontré la contribution des horloges circadiennes des cellules dendritiques ainsi que le rôle essentiel des horloges circadiennes des lymphocytes T CD8 dans ce rythme de réponse. De plus, nous avons montré que ce rythme avait un impact sur la capacité des lymphocytes T CD8 à contrôler une infection bactérienne (Listeria monocytogenes). En effet, les variations jour/nuit de la charge bactérienne dans la rate et le foie des souris de type sauvage étaient abolies dans les souris déficientes pour le gène des horloges circadiennes Bmal1 dans les lymphocytes T CD8. Dans un second temps, nous avons mis en évidence suite à l’analyse du transcriptome des lymphocytes T CD8 de souris naïves collectés toutes les 4 heures sur 48 heures que ces cellules sont plus enclines à être activées le jour et à l’opposé plus enclines à être inhibées la nuit. Ces résultats corrèlent avec le rythme de réponse des lymphocytes T CD8 à la vaccination. Dans un dernier temps, nous avons confirmé que le rythme de réponse des lymphocytes T CD8 à la présentation antigénique agissait de manière précoce dans l’activation de ces cellules. Pour cela nous avons irradié des souris de type sauvage et nous les avons ensuite reconstituées avec une moelle osseuse contenant 1% de précurseurs de cellules OT-I (lymphocytes T CD8 spécifiques au complexe KbOVA, exprimant la chaîne du TCR V5. Après vaccination de ces souris en milieu de jour subjectif (circadian time (CT) 6) ou en milieu de nuit subjective (CT18), nous avons observé un rythme de la réponse des lymphocytes CD8 pour différents marqueurs impliqués dans la réponse précoce des lymphocytes T CD8, telles que CD69, CD5, IRF4, et la phosphorylation de S6 (marqueur de l’activité de mTOR) et de AKT. L’ensemble des recherches de mon doctorat ont permis de mettre en évidence un tout nouveau mécanisme impliquant les horloges circadiennes dans la réponse des lymphocytes T CD8 en réponse à une vaccination. Une meilleure compréhension du fonctionnement des horloges circadiennes dans la réponse immunitaire permettra de mettre en place des nouveaux traitements personnalisés en fonction du type d’infection et du type de maladie, délivré à un certain moment de la journée dans le but d’améliorer l’efficacité tout en réduisant les effets secondaires. / Circadian rhythms control various aspects of the physiology in mammals. Among these processes, circadian clocks control the innate and the adaptive immune responses. Since few decades, numerous studies started to uncover the role of the circadian system in the immune response. However, the circadian control of the adaptive immune response remains poorly studied. My PhD work focused on the circadian control of the CD8 T cell response to vaccination by dendritic cells. Erin E. Fortier et al. published in The Journal of Immunology that wild type mice vaccinated with antigen presenting cells loaded with the OVA peptide present a day/night variation of the CD8 T cell response after a vaccination done during the middle of the day (zeitgeber time (ZT) 6) compared to a vaccination done during the middle of the night (ZT18)1. Indeed, the proportion of CD8 KbOVA+ cells and the proportion of CD8 CD44hi IFN+ T cells were higher during the middle of the day than the middle of the night. However, this work showed a diurnal but not a circadian rhythm, that remained to be confirmed. The first part of my PhD research confirmed a role of the circadian system in the rhythm of the CD8 T cell response to vaccination. We showed a contribution of the dendritic cell clock as well as an essential role of the CD8 T cell clock. Moreover, this rhythm impacts the ability to control an infectious challenge as shown by a circadian variation in bacterial load (Listeria monocytogenes) in wild type but not in mice lacking clock in mature CD8 T cells. The second part of my research focused on the analysis of the transcriptome of CD8 T cells from naive mice collected every 4 hours over 48 hours. We showed that CD8 T cells are more prone to be activated during the day and at the opposite are more prone to be inhibited during the night. These results are correlated with the rhythm of the CD8 T cell response to vaccination. Finally, during the third part of my PhD, we confirmed that the rhythm of the CD8 T cell response to antigen presentation was acting at the early stage of the CD8 T cell activation. We used wild type mice reconstituted with bone marrow cells containing 1% of OT-I precursor cells (CD8 T cells restricted for the KbOVA complex, expressing the receptor chain of the TCR for the OVA peptide, V5) and vaccinate these mice during the middle of the subjective day (CT6) or during the middle of the subjective night (CT18). At the early stage of the CD8 T cell response to vaccination, we showed a higher expression of several activation markers after a vaccination done during the middle of the day than during the middle of the night, such as CD5, CD69, IRF4 and the phosphorylation of S6 (marker of the mTOR activity) and AKT. Altogether, my PhD work highlights a new mechanism involving the circadian system in the control of the immune response. A better understanding of how circadian clocks act on the immune response will allow implementing new treatment strategies in order to increase their efficacy as well as to decrease side effects.

Ce travail de thèse porte sur la conception, la réalisation et l'étude de sources laser à semi-conducteur de haute cohérence, émettant à 894 nm, pour application aux horloges atomiques Césium compactes pompées optiquement, dans un contexte de développement industriel. Nous nous intéressons plus particulièrement aux lasers à émission par la tranche, dits "Distributed-Feedback" (DFB), pompés électriquement. L'objectif est d'obtenir un laser monomode en fréquence, à faible seuil, à rendement optique élevé et de largeur de raie inférieure à 1 MHz. Nous traitons d'abord de la conception et de la caractérisation au 1er ordre des diodes DFB, jusqu'à leur mise en modules pour horloge, puis nous effectuons une étude approfondie des propriétés physiques de l'émission laser en terme de cohérence temporelle, en introduisant une nouvelle méthode universelle de caractérisation du bruit de fréquence optique. Enfin, nous nous intéressons aux propriétés spectrales de l'émission en configuration d'asservissement sur une raie de fluorescence du Césium ("Dither-Locking"). Nous montrons que les propriétés intrinsèques du composant satisfont aux exigences du système industriel tel qu'il a été défini lors de l'étude. / This PhD work deals with the design, the fabrication and the study of high-coherence semiconductor laser sources emitting at 894 nm, for application to compact, optically-pumped cesium atomic clocks in an industrial context. We are particularly interested in the electrically pumped "Distributed-Feedback" in-plane laser diodes (DFB). The aim is to obtain a low-threshold, single-mode laser with high optical efficiency and a linewidth of less than 1 MHz. We first deal with the design and first-order characterization of the DFB diodes until they are put into modules for the clock. We then carry out an in-depth study of the physical properties of the laser emission in terms of coherence time. For that purpose, a new universal method for characterizing the optical frequency noise is introduced. Finally, we look further into the spectral properties of the emission in a servo configuration on a fluorescence line of the cesium ("Dither-Locking"). We show that the intrinsic properties of the component satisfy the requirements of the industrial system as defined in the study.

Avec l'intégration croissante des fonctions, les systèmes embarqués modernes deviennent très intelligents et sophistiqués. Les exemples les plus emblématiques de cette tendance sont les téléphones portables de dernière génération, qui offrent à leurs utilisateurs un large panel de services pour la communication, la musique, la vidéo, la photographie, l'accès à Internet, etc. Ces services sont réalisés au travers d'un certain nombre d'applications traitant d'énormes quantités d'informations, qualifiées d'applications de traitements intensifs de données. Ces applications sont également caractérisées par des comportements multi-horloges car elles comportent souvent des composants fonctionnant à des rythmes différents d'activations lors de l'exécution. Les systèmes embarqués ont souvent des contraintes temps réel. Par exemple, une application de traitement vidéo se voit généralement imposer des contraintes de taux ou de délai d'affichage d'images. Pour cette raison, les plates-formes d'exécution doivent souvent fournir la puissance de calcul requise. Le parallélisme joue un rôle central dans la réponse à cette attente. L'intégration de plusieurs cœurs ou processeurs sur une seule puce, menant aux systèmes multiprocesseurs sur puce (en anglais, "multiprocessor systems-on-chip - MPSoCs") est une solution-clé pour fournir aux applications des performances suffisantes, à un coût réduit en termes d'énergie pour l'exécution. Afin de trouver un bon compromis entre performance et consommation d'énergie, l'hétérogénéité des ressources est exploitée dans les MPSoC en incluant des unités de traitements aux caractéristiques variées. Typiquement, des processeurs classiques sont combinés avec des accélérateurs (unités de traitements graphiques ou accélérateurs matériels). Outre l'hétérogénéité, l'adaptativité est une autre caractéristique importante des systèmes embarqués modernes. Elle permet de gérer de manière souple les paramètres de performances en fonction des variations de l'environnement et d'une plate-forme d'exécution d'un système. Dans un tel contexte, la complexité du développement des systèmes embarqués modernes paraît évidente. Elle soulève un certain nombre de défis traités dans nos contributions, comme suit : 1) tout d'abord, puisque les MPSoC sont des systèmes distribués, comment peut-on aborder avec succès la correction de leur conception, de telle sorte que les propriétés fonctionnelles des applications multi-horloges déployées puissent être garanties ? Cela est étudié en considérant une méthodologie de distribution "correcte-par-construction" pour ces applications sur plates-formes multiprocesseurs. 2) Ensuite, pour les applications de traitement intensif de données à exécuter sur de telles plates-formes, comment peut-on aborder leur conception et leur analyse de manière adéquate, tout en tenant pleinement compte de leur caractère réactif et de leur parallélisme potentiel ? 3) Enfin, en considérant l'exécution de ces applications sur des MPSoC, comment peut-on analyser leurs propriétés non fonctionnelles (par exemple, temps d'exécution ou énergie), afin de pouvoir prédire leurs performances ? La réponse à cette question devrait alors servir à l'exploration d'espaces complexes de conception. Nos travaux visent à répondre aux trois défis ci-dessus de manière pragmatique, en adoptant une vision basée sur des modèles. Pour cela, ils considèrent deux paradigmes complémentaires de modélisation flot de données : la "modélisation polychrone" liée à l'approche synchrone réactive, et la "modélisation de structures répétitives" liée à la programmation orientée tableaux pour le parallélisme de données. Le premier paradigme permet de raisonner sur des systèmes multi-horloges dans lesquels les composants interagissent, sans supposer l'existence d'une horloge de référence. Le second paradigme est quant à lui suffisamment expressif pour permettre la spécification du parallélisme massif d'un système.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la réalisation d'un système de génération de signaux micro-ondes à haute stabilité de fréquence. De tels signaux sont obtenus en asservissant en phase un laser femtoseconde à fibre sur une référence de fréquence optique ultra-stable. On est ainsi capable de transférer la stabilité relative de fréquence d'une référence optique dans le domaine micro-onde. Des lasers ultra-stables ont d'abord été développés afin de servir de référence. Ils sont obtenus en asservissant en fréquence un laser sur une cavité Fabry-Perot. Une étude par calculs numériques puis expérimentale a permis de minimiser l'influence, sur les cavités, de la source de bruit dominante qu'est les vibrations. Grâce à cette démarche et à l'utilisation de miroirs de cavité en silice fondue, deux de ces lasers ultra-stables ont une stabilité relative de fréquence estimée à 4,1×10^(-16) @ 1 s. A partir du laser femtoseconde stabilisé sur l'un des lasers ultra-stable, un signal micro-onde à ~12 GHz est généré avec une stabilité de 3×10^(-15) à 1 s. Une horloge atomique à fontaine, interrogée avec ce signal, atteint une stabilité de 3,5×10^(-14)τ^(-1/2), sa limite fondamentale imposée par le bruit de projection quantique. On montre ainsi que la contribution du bruit du signal d'interrogation sur la stabilité de l'horloge (effet Dick) est rendue négligeable. Enfin, la limitation ultime du processus de transfert de l'optique vers la micro-onde a été mesurée en utilisant la même référence optique pour deux lasers femtosecondes identiques. Après optimisation du système, elle a été évaluée au niveau de 2-3×10^(-16) entre 1 s et 10 s.

La thèse présente une nouvelle méthode d'interrogation d'une transition atomique à partir d'une séquence temporelle d'impulsions de piégeage cohérent de population (Coherent Population Trapping). Chaque impulsion sert pour la préparation, la détection et le renouvellement de la superposition d'états et permet des réaliser des franges d'oscillation de résonance noire sans auncune préparation atomique initiale. La méthode, développée sur une vapeur thermique de Césium en régime Lamb-Dicke, combine le profil de résonance obtenu pendant une interaction impulsionnelle des atomes avec la lumière CPT et les oscillations entre l'état noir $|\Psi_{NC}\rangle$ et l'état radiatif couplé $|\Psi_{+}\rangle$. La largeur à mi-hauteur de la frange centrale suit une loi de type Ramsey en 1/2T. Dans l'expérience réalisée, différentes séquences d'impulsions CPT sont appliquées en fonction de la durée caractéristique de pompage optique dans l'état noir et conduisent à l'osbervation de franges aussi étroites que 60 Hz sur une fréquence de référence de 10 GHz. La réalisation du couplage Lin-perp-Lin en configuration double lambda a permis de modifier la distribution des atomes entre les niveaux hyperfins Zeeman du Cs et de réduire fortement la perte de population sur les sous-niveaux extrêmes. Une étude théorique est menée à partir du formalisme de la matrice densité et de la fonction d'onde complexe qui permettent d'évaluer les déphasages optiques accumulés au cours de l'interaction lumière-atome en régime transitoire ou stationnaire. Le modèle de la fonction d'onde introduit une quantité complexe sur les positions en énergie des niveaux atomiques et permet de calculer les déplacements de fréquence associés uniquement aux déphasages optiques du régime transitoire. Lorsque une relaxation de la cohérence entre les niveaux d'horloges est prise en compte, un faible déplacement de la fréquence de résonance est aussi mis en évidence. Au cours de la thèse, la technique du train d'impulsions CPT a été mise au point et élimine pratiquement les temps morts entre chaque cycle d'interrogation de la fréquence d'horloge.

Cette thèse s'intéresse à la modélisation et à l'analyse dessystèmes temps-réel distribués.Un système distribué est constitué de plusieurs composantsqui évoluent de manière partiellement indépendante. Lorsque des actionsexécutables par différentscomposants sont indépendantes, elles sont dites concurrentes.Dans ce cas, elles peuvent être exécutées dans n'importe quel ordre, sanss'influencer, et l'état atteint après ces actions ne dépend pas de leur ordred'exécution.Dans les systèmes temps-réel distribués, les contraintes de temps créent desdépendances complexes entre les composants et les événements qui ont lieu surces composants. Malgré l'omniprésence et l'aspect critique de ces systèmes,beaucoup de leurs propriétés restent encore à étudier.En particulier, la nature distribuée de ces systèmes est souvent laissée de côté.Notre travail s'appuie sur deux formalismesde modélisation: les réseaux de Petri temporels et les réseaux d'automatestemporisés, et est divisé en deux parties.Dans la première partie, nous mettons en évidence les différences entre lessystèmes temporisés centralisés et les systèmes temporisés distribués. Nouscomparons les formalismes principaux et leurs extensions, avec une approcheoriginale qui considère la concurrence.En particulier, nous montrons comment transformer un réseau de Petri temporelen un réseau d'automates temporisés qui a le même comportement distribué.Nous nous intéressons ensuite aux horloges partagées dans lesréseaux d'automates temporisés. Les horloges partagées sont problématiqueslorsque l'on envisage d'implanter ces modèles sur des architecturesdistribuées. Nous montrons comment se passer des horloges partagées, touten préservant le comportement distribué, lorsque cela est possible.Dans la seconde partie, nous nous attachons à formaliser les dépendancesentre les événements dans les représentations en ordre partieldes exécutions des réseaux de Petri (temporels ou non).Les réseaux d'occurrence sont une de ces représentations, et leur structuredonne directement les relations de causalité, conflit et concurrence entreles événements. Cependant, nous montrons que, même dans le cas non temporisé,certaines relations logiques entre les événements nepeuvent pas être directement décrites par ces relations structurelles.Après avoir formalisé les relations logiques en question, nous résolvons leproblème de synthèse suivant: étant donnée une formule logique qui décrit unensemble d'exécutions, construire un réseau d'occurrence associé,quand celui-ci existe.Nous étudions ensuite les relations logiques dans un cadre temporisé simplifié,et montrons que le temps crée des dépendances complexes entre les événements.Ces dépendances peuvent être utilisées pour définir des dépliages canoniques deréseaux de Petri temporels, dans ce cadre simplifié. / This thesis is concerned with the modeling and the analysis of distributedreal-time systems. In distributed systems, components evolve partlyindependently: concurrent actions may be performed in any order, withoutinfluencing each other and the state reached after these actions does notdepends on the order of execution. The time constraints in distributed real-timesystems create complex dependencies between the components and the events thatoccur. So far, distributed real-time systems have not been deeply studied, andin particular the distributed aspect of these systems is often left aside. Thisthesis explores distributed real-time systems. Our work on distributed real-timesystems is based on two formalisms: time Petri nets and networks of timedautomata, and is divided into two parts.In the first part, we highlight the differences between centralized anddistributed timed systems. We compare the main formalisms and their extensions,with a novel approach that focuses on the preservation of concurrency. Inparticular, we show how to translate a time Petri net into a network of timedautomata with the same distributed behavior. We then study a concurrency relatedproblem: shared clocks in networks of timed automata can be problematic when oneconsiders the implementation of a model on a multi-core architecture. We showhow to avoid shared clocks while preserving the distributed behavior, when thisis possible.In the second part, we focus on formalizing the dependencies between events inpartial order representations of the executions of Petri nets and time Petrinets. Occurrence nets is one of these partial order representations, and theirstructure directly provides the causality, conflict and concurrency relationsbetween events. However, we show that, even in the untimed case, some logicaldependencies between event occurrences are not directly described by thesestructural relations. After having formalized these logical dependencies, wesolve the following synthesis problem: from a formula that describes a set ofruns, we build an associated occurrence net. Then we study the logicalrelations in a simplified timed setting and show that time creates complexdependencies between event occurrences. These dependencies can be used to definea canonical unfolding, for this particular timed setting.