Les cristaux liquides nématiques ancrés constituent un milieu propice à l'étude de la propagation non linéaire des faisceaux lumineux - que ce soit en termes d'études fondamentales ou plus appliquées comme le routage de l'information. Ce sont des milieux plus complexes que les systèmes "modèles" usuellement abordés (type équation de Schrödinger non linéaire) pour étudier les comportements non linéaires. En effet, la non-linéarité a une réponse non locale et est beaucoup plus lente que le temps d'évolution de l'onde. Enfin, le milieu est stochastique.Dans ce cadre, cette thèse étudie l'influence de la non-localité sur les singularités d'ondes obtenues lors de la propagation d'un paquet d'ondes optiques dans un cristal liquide nématique. C'est un travail expérimental et numérique. Nous montrons que le type de singularité obtenu est complètement régi par le taux de non-localité du système,- en régime fortement non local, une structure localisée, connue sous le nom de "nematicon", présente un profil d'intensité ultra-piqué (type "point de rebroussement") avec une trajectoire constamment fluctuante- en régime faiblement non local, le paquet d'ondes subit toujours un phénomène de type "effondrement d'ondes". Il est accompagné d'un auto-raidissement de l'enveloppe du paquet d'ondes et d'un profil en double exponentielle au point de compression.Enfin, nous mettons en évidence la présence d'ondes de chocs diffractives dans notre système en appliquant une condition initiale possédant une discontinuité (demi-faisceau Gaussien). C'est la première mise en évidence expérimentale de ce type d'ondes dans un milieu focalisant, stochastique et non local. / Anchored nematic liquid crystals is a suitable medium and an excellent playground for nonlinear beam propagation studies - for fundamental as well as for applied studies such as optical routing. They are more complex systems than the "ideal" ones that are usually referred to investigate nonlinear phenomena (such as the nonlinear Schrödinger equation). Indeed, our nonlinearity is characterized by a nonlocal response and its response time is much slower than that of the wave. At last, the medium is stochastic.In this context, this thesis deals with the effects of non locality on wave singularities that occur during the propagation of optical wave packets in nematic liquid crystals. The studies are experimental and numerical.We show that the type of singularity that emerges is completely driven by the amount of non locality,• for the highly nonlocal regime, a localized state, known as "nematicon" exhibits an ultra-sharp intensity profile (cusp like) with a continuously fluctuating trajectory.• for the weakly nonlocal regime, the wave packet is always subject to a collapse-like phenomenon. Its envelope self-steepens and its profile depicts an exponential shape where the beam is the most focused.Finally, we evidence diffractive shock waves thanks to an initial condition displaying a discontinuity (half Gaussian beam). This is the first experimental evidence of such phenomenon in a focusing non local and stochastic medium.

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

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

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

Ce travail de thèse est consacré à la construction et l'optimisation d'un dispositif de mesure de corrélations en courant à très basse température.

La hiérarchie mémoire des serveurs de calcul est de plus en plus complexe. Les machines disposent de plusieurs niveaux de caches plus ou moins partagés et d’une mémoire distribuée. Plus récemment le paysage du Calcul Haute Performance (CHP) a vu apparaître des mémoires adressables embarquées dans le processeur ainsi que de nouvelles mémoires non-volatiles (périphérique mémoire sur le bus d’entrées sorties et prochainement de la mémoire non-volatile directement sur le bus mémoire). Cette hiérarchie est nécessaire pour espérer obtenir de bonnes performances de calcul, au prix d’une gestion minutieuse du placement des données et des tâches de calcul. Là où la gestion des caches était entièrement matérielle et masquée au développeur, le choix du placement des données dans telle ou telle zone de mémoire, plus ou moins rapide, volatile ou non, volumineuse ou non, est maintenant paramétrable logiciellement. Cette nouvelle flexibilité donne une grande liberté aux développeurs mais elle complexifie surtout leur travail quand il s’agit de choisir les stratégies d’allocation, de communication, de placement, etc. En effet, les caractéristiques des nombreux niveaux de hiérarchie impliqués varient significativement en vitesse, taille et fonctionnalités. Dans cette thèse, co-encadrée entre Atos Bull Technologies et Inria Bordeaux– Sud-Ouest, nous détaillons la structure des plates-formes contemporaines et caractérisons la performance des accès à la mémoire selon plusieurs scénarios de localité des tâches de calcul et des données accédées. Nous expliquons comment la sémantique du langage de programmation impacte la localité des données dans la machine et donc la performance des applications. En collaboration avec le laboratoire INESC-ID de Lisbonne, nous proposons une extension au célèbre modèle Roofline pour exposer de manière intelligible les compromis de performance et de localité aux développeurs d’applications. Nous proposons par ailleurs un outil de synthèse de métriques de localité mettant en lien les évènements de performance de l’application et de la machine avec la topologie de cette dernière. Enfin, nous proposons une approche statistique pour sélectionner automatiquement la meilleure politique de placement des tâches de calcul sur les coeurs de la machine et des données sur les mémoires. / Through years, the complexity of High Performance Computing (HPC) systems’ memory hierarchy has increased. Nowadays, large scale machines typically embed several levels of caches and a distributed memory. Recently, on-chip memories and non-volatile PCIe based flash have entered the HPC landscape. This memory architecture is a necessary pain to obtain high performance, but at the cost of a thorough task and data placement. Hardware managed caches used to hide the tedious locality optimizations. Now, data locality, in local or remote memories, in fast or slow memory, in volatile or non-volatile memory, with small or wide capacity, is entirely software manageable. This extra flexibility grants more freedom to application designers but with the drawback of making their work more complex and expensive. Indeed, when managing tasks and data placement, one has to account for several complex trade-offs between memory performance, size and features. This thesis has been supervised between Atos Bull Technologies and Inria Bordeaux – Sud-Ouest. In the hereby document, we detail contemporary HPC systems and characterize machines performance for several locality scenarios. We explain how the programming language semantics affects data locality in the hardware, and thus applications performance. Through a joint work with the INESC-ID laboratory in Lisbon, we propose an insightful extension to the famous Roofline performance model in order to provide locality hints and improve applications performance. We also present a modeling framework to map platform and application performance events to the hardware topology, in order to extract synthetic locality metrics. Finally, we propose an automatic locality policy selector, on top of machine learning algorithms, to easily improve applications tasks and data placement.

Cette thèse porte sur deux types de problèmes de mécanique statistique : il y est question de percolation sur les groupes et de modèles dirigés. Dans le premier cas,il s’agit de réaliser un groupe comme objet géométrique (via la notion de graphe de Cayley), puis de morceler ce dernier aléatoirement. L’étude de ce processus révèle des liens étroits entre les propriétés géométriques d’un groupe et le comportement de la percolation de Bernoulli sur celui-Ci. Dans le second cas, on s’intéresse à des modèles où haut et bas jouent des rôles différents, ce qui permet de rendre un certain nombre de questions accessibles à l’étude rigoureuse.Le chapitre 1 renforce le théorème d’indistinguabilité de Lyons et Schramm en percolation, lequel stipule que les composantes connexes infinies fournies par la percolation de Bernoulli sur un graphe de Cayley ont presque sûrement toutes la même allure. La non-Trivialité de ce renforcement est illustrée par un modèle dirigé qui vérifie la propriété d’indistinguabilité mais pas la propriété renforcée.Le chapitre 2 est le fruit d’un travail réalisé en collaboration avec Vincent Tassion.On y démontre que la valeur du paramètre critique pour la percolation de Bernoulli ne dépend essentiellement que de la structure locale du graphe de Cayley abélien considéré.Dans le chapitre 3, on introduit une version dirigée du modèle DLA, pour laquelle on établit l’existence d’une dynamique en volume infini, un contrôle sur la propagation d’information et des inégalités asymptotiques sur la largeur et la hauteur de l’agrégat. / This thesis deals with two kinds of statistical mechanics problems: percolation ongroups and directed models. In the first case, we realise the group under considerationas a geometric object (via the notion of Cayley graph) before breaking it apartrandomly. The study of this process reveals deep connections between the geometricproperties of a group and the behaviour of Bernoulli percolation on it. In the secondcase, we focus on models where up and down play different roles, which makes severalquestions less hard to tackle.Chapter 1 strengthens the Indistinguishability Theorem of Lyons-Schramm, whichstates that the infinite clusters yielded by a Bernoulli percolation on a Cayley graphalmost surely all look alike. The non-Triviality of this strengthening is illustrated bya directed model that satisfies the Indistinguishability Property but not the StrongIndistinguishability Property.Chapter 2 has been obtained in collaboration with Vincent Tassion. We show thatthe value of the critical parameter for Bernoulli percolation essentially only dependson the local structure of the considered abelian Cayley graph.In Chapter 3, we introduce a directed version of the DLA model, for which weestablish the existence of an infinite volume dynamics, control the propagation ofinformation and prove asymptotic inequalities on the width and height of the cluster.

Les courbes remplissant l'espace sont connues pour la capacité d'ordonner les points multidimensionnels sur une ligne en tout conservant la localité, i.e. les points proches sont toujours proches sur la ligne. La conservation de la localité est beaucoup recherchée dans plusieurs applications. La courbe de Hilbert est la courbe remplissant l'espace qui conserve le mieux la localité. Cette courbe est originalement proposée en 2D, i.e. n'est qu'applicable aux points dans un espace 2D. Pour une perspective d'application dans le cas multidimensionnel, nous proposons dans cette thèse une généralisation de la courbe de Hilbert. La courbe généralisée est définie en s'appuyant sur la propriété essentielle de la courbe de Hilbert qui crée son niveau de conservation de la localité : l'adjacence. Ainsi, elle évite la dépendance du motif primitif RBG qui est le seul motif primitif de la courbe étendu par les recherches précédentes. Le résultat est donc une famille de courbe conservant bien la localité. L'optimisation de la conservation de la localité est aussi abordée pour permettre de retrouver la courbe qui conserve le mieux la localité. Pour cet objectif, nous proposons une mesure de la conservation de la localité. En s'appuyant sur les paramètres, cette mesure peut adapter aux différentes situations applicatives comme le changement de métrique ou de taille de localité. La construction est une partie importante de la thèse, elle est la base du calcul de l'index utilisé dans l'application. Pour un calcul de l'index rapide, la courbe de Hilbert autosimilaire est utilisée. La courbe de Hilbert satisfaisant les conditions de la courbe fait l'objet du chapitre 4. La courbe généralisée est enfin appliquée dans la recherche d'image. Il s'agit d'une recherche par le contenu où chaque image est caractérisée par un vecteur multidimensionnel. Les images sont ordonnées par la courbe sur une ligne ; ainsi, la recherche est simplifiée en une recherche sur une liste ordonnée. En donnant une image d'entrée, les images similaires sont celles correspondantes aux index voisins de l'index de l'image d'entrée. La conservation de la localité garantit que ces index correspondent aux images similaires. / The space-filling curves are known for the ability to order the multidimensional points on a line while preserving the locality, i.e. the close points are closely ordered on the line. The locality preserving is wished in many applications. Hilbert curve is the best locality preserving space-filling curve. This curve is originally proposed in 2D, i.e. it is only applied to points in a 2D space. For application in the multidimensional case, we propose in this thesis a generalization of Hilbert curve. Generalized curve is based on the essential property of Hilbert curve that creates its level of locality preserving: the adjacency. Thus, it avoids the dependence on the pattern RBG, which is the only pattern of the curve extended by previous researches. The result is a family of curves preserving well the locality. The optimization of the locality preserving is also addressed to find out the best locality preserving curve. For this purpose, we propose a measure of the locality preserving. Based on the parameters, this measure can adapt to different application situations such as the change of metric or locality size. The curve construction is an important part of the thesis. It is the basis of the index calculation used in application. For a rapid index calculation, the self-similar Hilbert curves is used. They are Hilbert curves satisfying the self-similar conditions specified in chapitre 4. The generalized curve is finally applied in image search. It is the question of the content-based image search (CBIR) where each image is characterized by a multidimensionalvector. Images are ordered by the curve of a line, and the search is simplified to the search on an ordered list. By giving an input image, similar images are those corresponding to neighbors of the index of the input. The locality preserving ensures that these indexes correspond to similar images.

Les problématiques de consommation dans la hiérarchie mémoire sont très présentes dans les architectures actuelles que ce soit pour les systèmes embarqués limités par leurs batteries ou pour les supercalculateurs limités par leurs enveloppes thermiques. Introduire une information de classification dans le système mémoire permet une gestion hétérogène, adaptée à chaque type particulier de données. Nous nous sommes intéressé dans cette thèse plus précisément aux données en lecture seule et étudions les possibilités d’une gestion spécifique dans la hiérarchie mémoire à travers un codesign compilation/architecture. Cela permet d’ouvrir de nouveaux potentiels en terme de localité des données, passage à l’échelle des architectures ou design des mémoires. Evaluée par simulation sur une architecture multi-coeurs, la solution mise en oeuvre permet des gains significatifs en terme de réduction de la consommation d’énergie à performance constante. / The energy consumption of the memory system in modern architectures is a major issue for embedded system limited by their battery or supercalculators limited by their Thermal Design Power. Using a classification information in the memory system allows a heterogeneous management of data, more specific to each kind of data. During this thesis, we focused on the specific management of read-only data into the memory system through a compilation/architecture codesign. It allows to explore new potentials in terms of data locality, scalability of the system or cache designs. Evaluated by simulation with multi-core architecture, the proposed solution others significant energy consumption reduction while keeping the performance stable.

Ce manuscrit s’intéresse principalement à l'influence de la répulsion entre électrons libres sur la réponse optique des métaux. Les modèles de matériaux classiques considèrent que la réponse d'un métal est locale -- c'est à dire que la réponse en un point dépend exclusivement des champs en ce point. La prise en compte de la répulsion entre électrons conduit à adopter une description dite non locale de la réponse métallique. Cette thèse explore de façon théorique et numérique les effets de la non-localité sur les propriétés optiques de nanostructures métallo-diélectriques dans le visible et le proche infra-rouge. A l'aide d'un modèle hydrodynamique il est montré que, de façon surprenante, les modes d'interstices plasmoniques peuvent être sensible à la non-localité pour des épaisseurs de plusieurs dizaines de nanomètres. Il est également montré que le plasmon de surface lui même peut être sensible à la non-localité à condition de considérer une interface entre le métal et un diélectrique d'indice suffisamment élevé. Nous proposons et étudions (théoriquement) ici plusieurs configurations simples et réalistes (coupleurs à prisme et à réseaux) pour la mise en évidence expérimentale de la non-localité sur des structures dont les échelles caractéristiques sont de l'ordre de plusieurs dizaines ou centaines de nanomètres. Enfin, dans une seconde partie du manuscrit, le formalisme et les considérations numériques nécessaires à l'étude du rayonnement d'un dipôle dans une structure multi-couche sont présentés en détail puis validés grâce à des comparaisons de dyadiques de Green, diagrammes de rayonnement, et taux d'émission avec des cas disponibles dans la littérature. / This manuscript is mainly focused on the influence of repulsion between free electrons on the optical response of metals. Classical material models consider that the metallic response is local -- i.e. that the response at a given point only depends on the fields at this point. Taking into account the repulsion between electrons leads to a so-called non-local description of the metalic response. This thesis explores in a theoritical and numerical way the effects of non-locality on the optical properties of metallo-dielectric nanostructures in the visible and near infrared. Using a hydrodynamical model it is shown that, suprisingly, the modes of plasmonic gaps can be sensitive to non-locality for thicknesses of several tens of nanometers. It is also shown that the surface plasmon itself can be sensitive to non-locality provided that an interface between a metal and a sufficiently high refractive index dielectric is considered. We propose and study here several simple and realictic setups (prism and grating couplers) which would allow to experimentally observe the impact of non-locality and which have characteristic scales of tens or even hundreds of nanometers. Finally, in a second part of the manuscript, the formalism and numerical considerations necessary for the study of a dipole radiation in a multi-layered structure are presented in detail and then validated thanks to comparisons of Green dyadics, radiation diagrams, and emission rates with cases avaible in the literature.