L'apprentissage fédéré est un paradigme émergent qui permet à un grand nombre de clients disposant de données hétérogènes de coordonner l'apprentissage d'un modèle global unifié sans avoir besoin de partager les données entre eux ou avec un stockage central. Il améliore la confidentialité des données, car celles-ci sont décentralisées et ne quittent pas les dispositifs clients. Les algorithmes standard d'apprentissage fédéré impliquent le calcul de la moyenne des paramètres du modèle ou des mises à jour du gradient pour approcher le modèle global au niveau du serveur. Cependant, dans des environnements hétérogènes, le calcul de la moyenne peut entraîner une perte d'information et conduire à une mauvaise généralisation en raison du biais induit par les gradients dominants des clients. Nous supposons que pour mieux généraliser sur des ensembles de données non-i.i.d., les algorithmes devraient se concentrer sur l'apprentissage du mécanisme invariant qui est constant tout en ignorant les mécanismes parasites qui diffèrent entre les clients. Inspirés par des travaux récents dans la littérature sur la distribution des données, nous proposons une approche de calcul de la moyenne masquée par le gradient pour FL comme alternative au calcul de la moyenne standard des mises à jour des clients. mises à jour des clients. Cette technique d'agrégation des mises à jour des clients peut être adaptée en tant que remplacement dans la plupart des algorithmes fédérés existants. Nous réalisons des expériences approfondies avec l'approche de masquage du gradient sur plusieurs algorithmes FL avec distribution, monde réel et hors distribution (en tant qu'algorithme fédéré). Hors distribution (comme le pire des scénarios) avec des déséquilibres quantitatifs. déséquilibres quantitatifs et montrent qu'elle apporte des améliorations constantes, en particulier dans le cas de clients hétérogènes. clients hétérogènes. Des garanties théoriques viennent étayer l'algorithme proposé. / Federated learning is an emerging paradigm that permits a large number of clients with heterogeneous data to coordinate learning of a unified global model without the need to share data amongst each other or to a central storage. In enhances data privacy as data is decentralized and do not leave the client devices. Standard federated learning algorithms involve averaging of model parameters or gradient updates to approximate the global model at the server. However, in heterogeneous settings averaging can result in information loss and lead to poor generalization due to the bias induced by dominant client gradients. We hypothesize that to generalize better across non-i.i.d datasets, the algorithms should focus on learning the invariant mechanism that is constant while ignoring spurious mechanisms that differ across clients. Inspired from recent works in the Out-of-Distribution literature, we propose a gradient masked averaging approach for FL as an alternative to the standard averaging of client updates. This client update aggregation technique can be adapted as a drop-in replacement in most existing federated algorithms. We perform extensive experiments with gradient masked approach on multiple FL algorithms with in-distribution, real-world, and out-of-distribution (as the worst case scenario) test datasets along with quantity imbalances and show that it provides consistent improvements, particularly in the case of heterogeneous clients. Theoretical guarantees further supports the proposed algorithm.

Cette étude est consacrée à la détermination théorique de la composition et des propriétés thermodynamiques des plasmas thermiques à l'équilibre et hors d'équilibre thermodynamique. <br /><br /> Dans le cas des plasmas à l'équilibre thermodynamique, la méthode de la minimisation de l'enthalpie libre est employée. Pour cela, une banque de données thermodynamiques, nécessitant le calcul des fonctions de partition de chaque espèce prise en compte, est constituée. Le formalisme numérique utilisant la méthode de minimisation « steepest descent » de White et al, est rappelé.<br /><br /> Dans le cas des plasmas hors d'équilibre thermique, l'enthalpie libre totale est établie en associant une température à chaque degré de liberté. Les fonctions de partition des espèces diatomiques doivent alors être modifiées. La méthode numérique « steepest descent » de White et al est alors adaptée. Cette méthode de calcul permet plusieurs hypothèses sur les températures internes : rotation, vibration et excitation électronique.<br /><br /> Les méthodes de calculs basées sur la minimisation de l'enthalpie libre, sur les lois d'action de masse, sur une approche cinétique dans le cas des plasmas hors d'équilibre thermique sont comparées. Les deux premières méthodes donnent des résultats identiques mais diffèrent de la troisième. Le calcul des constantes d'équilibre chimique est alors modifié ce qui permet de déterminer la composition des plasmas hors d'équilibre thermique et chimique. <br /><br /> Les calculs sont appliqués à de nombreux plasmas ayant un rapport direct avec les applications industrielles, ou générés à partir de mélanges de gaz étudiés expérimentalement au laboratoire : <br />• disjoncteurs : plasmas de vapeurs d'isolants (PE, POM, PETP, PMMA, PA6-6)<br />• détection des composés polluants émis lors de la combustion du charbon (HAP)<br />• mélange Ar-CO2, O2, N2, H2.<br />De nombreux développements peuvent être envisagés, par exemple : <br />• système polyphasique (solide, liquide) <br />• calcul du déséquilibre thermique en fonction du champ électrique

Le développement récent des Loisirs Motorisés Hors Route (LMHR) suscite une controverse et de vives réactions dans les milieux du sport et de la protection de l'environnement. Le phénomène est encore peu étudié, à la fois du fait qu'il est récent, que l'argumentation relève de plusieurs disciplines et que les loisirs motorisés, s'ils font partie sans problème de l'outdoor recreation nord-américaine, sont rejetés en France par les autres sportifs et ne sont pas reconnus de façon évidente comme relevant du domaine d'une discipline particulière.<p>Afin de combler un manque dans la littérature scientifique française, cette thèse vise à apporter une connaissance fine de la dynamique de la controverse – en tant qu'échange d'arguments génériques – et des conflits dont les LMHR font l'objet. Elle présente deux originalités majeures : sa thématique et son approche combinant les théories de l'acteur-réseau avec les outils de visualisation et d'analyse de réseau basés sur la théorie des graphes. Cette construction théorique et méthodologique visait à interroger les interrelations entre la controverse portée par des collectifs présents sur la scène nationale et les conflits et interactions sur le terrain. Pour cela, nous avons mené des enquêtes sur quatre scènes : la scène nationale (composée de collectifs pro et anti-motorisé, de Fédérations, de constructeurs, de gestionnaires et décideurs et d'élus) ; deux scènes locales conflictuelles où des démarches de gestion sont en cours (le PNR du Pilat et les Chambarans) ; une scène locale où aucun conflit n'est visible sur la scène publique (le canton de La Grave – Villar d'Arène).<p>Nos résultats montrent, que bien que la controverse trouve ses racines dans des conflits sur le terrain, il n'existerait pas de coprésence entre acteurs qui s'opposent. D'abord, en l'absence de conflit, la scène de La Grave apparaît déconnectée du reste du réseau. Ensuite, les détracteurs des LMHR se mobilisent dans la controverse mais ne cherchent pas directement à agir sur le terrain. Par contre, les défenseurs de la pratique s'impliquent, eux, aux deux niveaux. Enfin, les gestionnaires et agents de la police de l'environnement confrontés à la gestion des activités, nouent des liens sur le terrain et au niveau national, à la fois avec les défenseurs et les détracteurs des LMHR ; devenant parfois des acteurs-passerelles.<p>D'un point de vue théorique et méthodologique, les outils de visualisation et d'analyse de réseau ont montré leur intérêt dans le cadre d'une approche par l'acteur-réseau ; les perspectives apparaissent riches. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail de thèse comporte deux parties largement indépendantes, qui s'intéressent chacune à un aspect de la physique<br />des systèmes hors d'équilibre. Dans la première partie, nous étudions la statistique des évènements persistants, qui<br />permettent de caractériser le comportement temporel de nombreux systèmes, en particulier les systèmes de marche vers<br />l'ordre par croissance de domaines. Notre axe d'étude consiste à reformuler le problème en termes de probabilités de<br />premier retour et de distributions du temps d'occupation de processus stochastiques. Nous obtenons des résultats exacts<br />pour une classe de processus gaussiens markoviens, ainsi que pour une particule soumise à une accélération aléatoire. <br /><br />La généralisation de ces questions à des systèmes avec des contraintes géométriques ou cinétiques nous permet ensuite<br />d'aborder la seconde partie. Celle-ci est consacrée à l'étude des états métastables dans différents modèles<br />unidimensionnels de spins d'Ising à température nulle. Nous comparons la structure de l'ensemble des configurations<br />gelées atteintes dynamiquement depuis une condition initiale désordonnée avec celle de l'ensemble 'thermodynamique' à<br />la Edwards associé.

La factorisation d'une matrice creuse est une approche robuste pour la résolution de systèmes linéaires creux de grande taille. Néanmoins, une telle factorisation est connue pour être coûteuse aussi bien en temps de calcul qu'en occupation mémoire. Quand l'espace mémoire nécessaire au traitement d'une matrice est plus grand que la quantité de mémoire disponible sur la plate-forme utilisée, des approches dites hors-mémoire (out-of-core) doivent être employées : les disques étendent la mémoire centrale pour fournir une capacité de stockage suffisante. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la fois aux aspects théoriques et pratiques de telles factorisations hors-mémoire. Les environnements logiciel MUMPS et SuperLU sont utilisés pour illustrer nos discussions sur des matrices issues du monde industriel et académique. Tout d'abord, nous proposons et étudions dans un cadre séquentiel différents modèles hors-mémoire qui ont pour but de limiter le surcoût dû aux transferts de données entre la mémoire et les disques. Pour ce faire, nous revisitons les algorithmes qui ordonnancent les opérations de la factorisation et proposons de nouveaux schémas de gestion mémoire s'accommodant aux contraintes hors-mémoire. Ensuite, nous nous focalisons sur une méthode de factorisation particulière, la méthode multifrontale, que nous poussons aussi loin que possible dans un contexte parallèle hors-mémoire. Suivant une démarche pragmatique, nous montrons que les techniques hors-mémoire permettent de résoudre efficacement des systèmes linéaires creux de grande taille. Quand seuls les facteurs sont stockés sur disque, une attention particulière doit être portée aux données temporaires, qui restent en mémoire centrale. Pour faire décroître efficacement l'occupation mémoire associée à ces données temporaires avec le nombre de processeurs, nous repensons l'ordonnancement de la factorisation parallèle hors-mémoire dans son ensemble.

Dans cette thèse on étudie certaines applications de modèles simples de la physique théorique au trafic piétonnier. Ces modèles sont tous des automates cellulaires, plus précisément des processus d'exclusion. Dans la première partie de le thèse on étudie un système unidimensionnel, le processus d'exclusion simple totalement symétrique (TASEP), un modèle paradigmatique de particules qui sautent dans une direction favorisée sur un réseau. Le TASEP peut être utilisé pour modéliser de nombreux phénomènes de transport, et ici on l'étudie avec des schémas de mise à jour adaptés aux piétons. Le "frozen shuffle update", schéma plutôt régulier, est défini et ses propriétés principales sont déterminées exactement sur un anneau, avec conditions aux bords ouvertes et pour deux voies qui se croisent en un seul site. Une théorie du domain wall (mur séparant des domaines) exacte au niveau microscopique est alors construite pour un TASEP avec mise a jour parallèle. On montre que cette dernière est en désaccord avec les prédictions précédentes et que la différence vient de corrélations à courte portée qui sont habituellement négligées pour les schémas de mise à jour présentant des fluctuations plus importantes. Dans la seconde partie on combine plusieurs TASEP afin de former un croisement à deux dimensions comprenant deux flux de particules qui s'intersectent perpendiculairement. Sur un tore on observe une alternance de diagonales de particules de chaque type qu'on voit aussi chez les vrais piétons. Cette structure est alors expliquée par une analyse de stabilité linéaire d'équations type champ moyen. Avec des conditions aux bords ouvertes les diagonales s'inclinent légèrement, donnant naissance à "l'effet chevron", qu'on observe aussi bien pour les particules que pour les équations. L'effet chevron est fondamentalement nonlinéaire, mais peut tout de même être expliqué par des calculs d'interactions effectives entre les particules, de manière similaire à ce qui est fait en mécanique des fluides. Pour finir, quelques généralisations naturelles sont rapidement étudiées numériquement pour tester l'applicabilité du modèle aux piétons et la possibilité de mesurer l'effet chevron dans des expériences.

Dans cette thèse, des méthodes de la physique statistique hors équilibre sont utilisées pour décrire deux processus intracellulaires. Le transport bidirectionnel sur les microtubules est décrit à l'aide d'un gaz sur réseau stochastique quasi-unidimensionnel. Deux espèces de particules sautent dans des directions opposées en interagissant par exclusion. La présence habituelle d'accumulations de particules peut être supprimée en rajoutant la dynamique du réseau, c'est-à-dire de la microtubule. Un modèle simplifié pour la dynamique du réseau produit une transition de phase vers un état homogène avec un transport très efficace dans les deux directions. Dans la limite thermodynamique, une propriété de l'état stationnaire limite la longueur maximale des accumulations. La formation de voies peut être causée par des interactions entre particules. Néanmoins, ces mécanismes s'avèrent peu robustes face à une variation des paramètres du modèle. Dans presque tous les cas, la dynamique du réseau a un effet positif et bien plus important sur le transport que la formation de voies. Par conséquent, la dynamique du réseau semble un point-clé pour comprendre la régulation du transport intracellulaire. La dernière partie introduit un modèle pour la dynamique d'une microtubule sous l'action d'une protéine qui favorise les sauvetages. Des phénomènes intéressants de vieillissement apparaissent alors, et devraient être observables dans des expériences. / This thesis uses methods and models from non-equilibrium statistical physics to describe intracellular processes. Bidirectional microtubule-based transport within axons is modeled as a quasi-one-dimensional stochastic lattice gas with two particle species moving in opposite directions under mutual exclusion interaction. Generically occurring clusters of particles in current models for intracellular transport can be dissolved by additionally considering the dynamics of the transport lattice, i.e., the microtubule. An idealized model for the lattice dynamics is used to create a phase transition toward a homogenous state with efficient transport in both directions. In the thermodynamic limit, a steady state property of the dynamic lattice limits the maximal size of clusters. Lane formation mechanisms which are due to specific particle-particle interactions turn out to be very sensitive to the model assumptions. Furthermore, even if some particle-particle interaction is considered, taking the lattice dynamics into account almost always improves transport. Thus the lattice dynamics seems to be the key aspect in understanding how nature regulates intracellular traffic. The last part introduces a model for the dynamics of a microtubule which is limited in its growth by the cell boundary. The action of a rescue-enhancing protein which is added to the growing tip of a microtubule and then slowly dissociates leads to interesting aging effects which should be experimentally observable.

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

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Lors des rentrées atmosphériques, les processus thermochimiques hors équilibre dans la couche de choc limitent la fiabilité des prédictions aérothermiques. Afin d'améliorer l'exactitude de ces prévisions, des modèles cinétiques sont actuellement développés. Ces modèles sont expérimentalement évalués à l'aide d'expériences dans lesquelles un départ à l'équilibre thermodynamique est caractérisé. Pour cette raison, le présent travail est consacré à la caractérisation du déséquilibre thermodynamique au sein d'écoulements réactifs à haute enthalpie. La plupart des études expérimentales dédiées à la validation de modèles cinétiques à haute température emploient des installations communément appelées tubes à choc. Nous évaluons ici la possibilité de générer un départ significatif à l'équilibre thermodynamique dans des écoulements plasma stationnaires, incluant des jets supersoniques dans lesquels le déséquilibre vibrationnel est fortement attendu. Des diagnostics spectroscopiques appropriés ont été appliqués, permettant de futures comparaisons avec des descriptions microscopiques issue de modèles théoriques. / During planetary atmospheric entries, thermochemical non-equilibrium processes in the shock layer limit the reliability of aerothermal environment prediction. To improve prediction accuracy, non-equilibrium kinetic models are being developed. These models are experimentally assessed through the comparison with well characterized non-equilibrium experiments. For this purpose, the present work is dedicated to the thermodynamic characterization of non-equilibrium in high enthalpy reactive flows. Conversely to common studies that employ short duration facilities to investigate shock layer kinetics, we will assess the possibility of producing significant departure from equilibrium using radio-frequency and microwave stationary plasma flows, including supersonic plasma flows where vibrational non-equilibrium is strongly expected. Suitable spectroscopic diagnostics have been applied allowing future comparisons to be made between the microscopic description of the experiments and theoretical non-equilibrium models.