Ce travail contribue au programme de recherche et de développement d'un capteur CMOS à pixel qui pourrait satisfaire pleinement les spécifications du nouvel ITS (Inner Tracking System : trajectomètre interne) de l'expérience ALICE. Afin de briser les limites de la CPS de pointe, une technologie CMOS 0.18 µm à quatre puits a été explorée. Les capteurs fabriqués dans cette nouvelle technologie ont montré une meilleure tolérance aux radiations que les capteurs réalisés dans une technologie CMOS 0.35 µm plus ancienne. En outre, cette nouvelle technologie offre la possibilité d’implémenter des transistors de type P dans chaque pixel sans dégrader la capacité de collection de la diode. Il devient donc possible d’intégrer un discriminateur dans chaque pixel et obtenir un pixel à sortie binaire. En conséquence, la consommation sera largement réduite. De plus, le temps de traitement de la ligne peut être potentiellement réduit. Un premier prototype de petite taille, intitulé AROM-0, a été conçu et fabriqué afin d’étudier la faisabilité de la discrimination de signal dans un petit pixel. Dans ce prototype, chaque pixel de surface 22 × 33 µm2 contient une diode de détection, un préamplificateur et un discriminateur à tension d’offset compensée. La performance de bruit des différentes versions de pixels dans le capteur AROM-0 a été évaluée. Ensuite sera détaillé le développement des capteurs AROM-1. Ce sont les capteurs intermédiaires vers le capteur final proposé par notre groupe. Ils ont deux objectifs principaux, l’un est de valider les optimisations de conception du pixel et l’autre est de mettre en place une architecture du capteur évolutive intégrant l’intelligence nécessaire dans le circuit. Cette thèse présente en détail la conception et les résultats de mesure de ces capteurs AROM. / This work is part of the R&D program aimed for a CMOS pixel sensor (CPS) complying with the requirements of the upgrade of the inner tracking system (ITS) of the ALICE experiment. In order break the limitations of the state-of-the-art CPS, a 0.18 µm quadruple-well CMOS process was explored. Besides an enhanced radiation tolerance, with respect to the former sensors fabricated in a 0.35 µm process, the sensor based on this new process allows for full CMOS capability inside the pixel without degradation of the detection efficiency. Therefore, the signal discrimination, which was formerly performed at the column level, can be integrated inside the pixel. As a result, the readout speed and power consumption can be greatly improved as compared to the CPS with column-level discrimination. This work addresses the feasibility study of achieving the signal discrimination withina small pixel (i.e. 22 × 33 µm2), via the prototype named AROM-0. The pixel of AROM-0 contains a sensing diode, a pre-amplifier and an offset compensated discriminator. The noise performance of the various pixel versions implemented in AROM-0 was evaluated. The study was further pursued with the AROM-1 prototypes, incorporating the optimized pixel designs and the necessary on-chip intelligence to approach the final sensor we have proposed for the ALICE-ITS upgrade. This thesis presents in detail the design and the measurement results of these AROM sensors.

Au cours des dernières années, la cartographie urbaine 3D a suscité un intérêt croissant pour répondre à la demande d’applications d’analyse des scènes urbaines tournées vers un large public. Conjointement les techniques d’acquisition de données 3D progressaient. Les travaux concernant la modélisation et la visualisation 3D des villes se sont donc intensifiés. Des applications fournissent au plus grand nombre des visualisations efficaces de modèles urbains à grande échelle sur la base des imageries aérienne et satellitaire. Naturellement, la demande s’est portée vers des représentations avec un point de vue terrestre pour offrir une visualisation 3D plus détaillée et plus réaliste. Intégrées dans plusieurs navigateurs géographiques comme Google Street View, Microsoft Visual Earth ou Géoportail, ces modélisations sont désormais accessibles et offrent une représentation réaliste du terrain, créée à partir des numérisateurs mobiles terrestres. Dans des environnements urbains, la qualité des données obtenues à partir de ces véhicules terrestres hybrides est largement entravée par la présence d’objets temporairement statiques ou dynamiques (piétons, voitures, etc.) dans la scène. La mise à jour de la cartographie urbaine via la détection des modifications et le traitement des données bruitées dans les environnements urbains complexes, l’appariement des nuages de points au cours de passages successifs, voire la gestion des grandes variations d’aspect de la scène dues aux conditions environnementales constituent d’autres problèmes délicats associés à cette thématique. Plus récemment, les tâches de perception s’efforcent également de mener une analyse sémantique de l’environnement urbain pour renforcer les applications intégrant des cartes urbaines 3D. Dans cette thèse, nous présentons un travail supportant le passage à l’échelle pour la cartographie 3D urbaine automatique incorporant la reconnaissance et l’intégration temporelle. Nous présentons en détail les pratiques actuelles du domaine ainsi que les différentes méthodes, les applications, les technologies récentes d’acquisition des données et de cartographie, ainsi que les différents problèmes et les défis qui leur sont associés. Le travail présenté se confronte à ces nombreux défis mais principalement à la classification des zones urbaines l’environnement, à la détection automatique des changements, à la mise à jour efficace de la carte et l’analyse sémantique de l’environnement urbain. Dans la méthode proposée, nous effectuons d’abord la classification de l’environnement urbain en éléments permanents et temporaires. Les objets classés comme temporaire sont ensuite retirés du nuage de points 3D laissant une zone perforée dans le nuage de points 3D. Ces zones perforées ainsi que d’autres imperfections sont ensuite analysées et progressivement éliminées par une mise à jour incrémentale exploitant le concept de multiples passages. Nous montrons que la méthode d’intégration temporelle proposée permet également d’améliorer l’analyse sémantique de l’environnement urbain, notamment les façades des bâtiments. Les résultats, évalués sur des données réelles en utilisant différentes métriques, démontrent non seulement que la cartographie 3D résultante est précise et bien mise à jour, qu’elle ne contient que les caractéristiques permanentes exactes et sans imperfections, mais aussi que la méthode est également adaptée pour opérer sur des scènes urbaines de grande taille. La méthode est adaptée pour des applications liées à la modélisation et la cartographie du paysage urbain nécessitant une mise à jour fréquente de la base de données. / Over the years, 3D urban cartography has gained widespread interest and importance in the scientific community due to an ever increasing demand for urban landscape analysis for different popular applications, coupled with advances in 3D data acquisition technology. As a result, in the last few years, work on the 3D modeling and visualization of cities has intensified. Lately, applications have been very successful in delivering effective visualizations of large scale models based on aerial and satellite imagery to a broad audience. This has created a demand for ground based models as the next logical step to offer 3D visualizations of cities. Integrated in several geographical navigators, like Google Street View, Microsoft Visual Earth or Geoportail, several such models are accessible to large public who enthusiastically view the real-like representation of the terrain, created by mobile terrestrial image acquisition techniques. However, in urban environments, the quality of data acquired by these hybrid terrestrial vehicles is widely hampered by the presence of temporary stationary and dynamic objects (pedestrians, cars, etc.) in the scene. Other associated problems include efficient update of the urban cartography, effective change detection in the urban environment and issues like processing noisy data in the cluttered urban environment, matching / registration of point clouds in successive passages, and wide variations in environmental conditions, etc. Another aspect that has attracted a lot of attention recently is the semantic analysis of the urban environment to enrich semantically 3D mapping of urban cities, necessary for various perception tasks and modern applications. In this thesis, we present a scalable framework for automatic 3D urban cartography which incorporates recognition and temporal integration. We present in details the current practices in the domain along with the different methods, applications, recent data acquisition and mapping technologies as well as the different problems and challenges associated with them. The work presented addresses many of these challenges mainly pertaining to classification of urban environment, automatic change detection, efficient updating of 3D urban cartography and semantic analysis of the urban environment. In the proposed method, we first classify the urban environment into permanent and temporary classes. The objects classified as temporary are then removed from the 3D point cloud leaving behind a perforated 3D point cloud of the urban environment. These perforations along with other imperfections are then analyzed and progressively removed by incremental updating exploiting the concept of multiple passages. We also show that the proposed method of temporal integration also helps in improved semantic analysis of the urban environment, specially building façades. The proposed methods ensure that the resulting 3D cartography contains only the exact, accurate and well updated permanent features of the urban environment. These methods are validated on real data obtained from different sources in different environments. The results not only demonstrate the efficiency, scalability and technical strength of the method but also that it is ideally suited for applications pertaining to urban landscape modeling and cartography requiring frequent database updating.

Les grilles de calcul sont une nouvelle Technologie de l'Information permettant la collecte et le partage de l'information, la mise en réseau d'experts et la mobilisation de ressources en routine ou en urgence. Elles ouvrent de nouvelles perspectives de réduction des coûts et d'accélération de la recherche in silico de médicaments contre les maladies négligées et émergentes. Dans ce contexte, la première partie de la thèse a porté sur la conception de services bio-informatiques sur grille. Ils facilitent le déploiement et la mise à jour sur la grille RUGBI de logiciels et de bases de données. La seconde partie a vu le déploiement d'expériences de criblage virtuel à haut débit sur l'infrastructure de grille EGEE. Les expériences ont démontré que les grilles collaboratives ont la capacité à mobiliser d'importantes ressources de calcul dans des buts bien définis pendant une période de temps significative, et qu'elles produisent des résultats biologiques pertinents.

La présence importante de plusieurs réseaux sans-fils de différentes portées a encouragée le développement d’une nouvelle génération d’équipements portables sans-fils avec plusieurs interfaces radio. Ainsi, les utilisateurs peuvent bénéficier d’une large possibilité de connectivité aux réseaux sans-fils (e.g. Wi-Fi [1], WiMAX [2], 3G [3]) disponibles autour. Cependant, la batterie d’un nœud mobile à plusieurs interfaces sera rapidement épuisée et le temps d’utilisation de l’équipement sera réduit aussi. Pour prolonger l’utilisation du mobile les standards, des réseaux sans-fils, on définie (individuellement) plusieurs états (émission, réception, sleep, idle, etc.); quand une interface radio n’est pas en mode émission/réception il est en mode sleep/idle où la consommation est très faible, comparée aux modes émission/réception. Pourtant, en cas d’équipement portable à multi-interfaces radio, l’énergie totale consommée par les interfaces en mode idle est très importante. Autrement, un équipement portable équipé de plusieurs interfaces radio augmente sa capacité de connectivité mais réduit sa longévité d’utilisation. Pour surpasser cet inconvénient on propose une plate-forme, qu'on appelle IMIP (Integrated Management of Interface Power), basée sur l’extension du standard MIH (Media Independent Handover) IEEE 802.21 [4]. IMIP permet une meilleure gestion d’énergie des interfaces radio, d’un équipement mobile à multi-radio, lorsque celles-ci entrent en mode idle. Les expérimentations que nous avons exécutées montrent que l’utilisation de IMIP permet d'économiser jusqu'a 80% de l'énergie consommée en comparaison avec les standards existants. En effet, IMIP permet de prolonger la durée d'utilisation d'équipements à plusieurs interfaces grâce à sa gestion efficace de l'énergie. / The large availability of wireless networks of different ranges, has contributed to the development of new generation of handheld devices with multi-radio interfaces. Thus, the end-users are able to achieve ubiquitous and seamless connectivity across heterogeneous wireless networks (e.g., Wi-Fi [1], WiMAX [2] and 3G_LTE [3]). However, a mobile node with multi-radio interfaces has its battery energy consumed rapidly, which reduces the operation/usage time of the device. To improve battery usage, wireless network standards have defined (individually) different interface states (transmit, receive, idle, sleep, etc.); when an interface is not transmitting or receiving, it goes to sleep/idle state where energy consumption is very low compared to transmit and receive states. However, in the case of multi-radio handheld devices, the total energy consumed by the interfaces in sleep/idle state is significant. Thus, equipping a mobile device with multiple interfaces increases its seamless connectivity but reduces its operation/usage longevity. To overcome this inconvenient, we proposed a framework, called IMIP (Integrated Management of Interface Power) that consists of an extension of MIH (Media Independent Handover) IEEE 802.21 standard [4]. IMIP allows a better power management of radio interfaces of a multi-radio mobile node; indeed, it reduces considerably energy consumption. The basic idea behind IMIP is to shut down any interface in idle mode and use a proxy that emulates the interface; the proxy wakes up the interface when it receives a connection request directed to this interface. IMIP requires at least one interface in active mode. Experiments show that using IMIP enables a saving of up to 80% of power consumption compared with existing power management standards. Thus, IMIP allows longer usage of multiple interface devices thanks to its effective energy management.

Cette thèse s'intéresse aux évènements et aux ordonnancements d'évènements se produisant au sein de réseaux d'éléments conceptuels prédéterminés. Dans ces réseaux, les éléments, appelés plutôt "automates", s'incitent les uns les autres à changer d'état en accord avec des règles prédéfinies qui, précisément, définissent le (fonctionnement du) réseau. Lorsqu'un automate se conforme effectivement aux influences qu'il reçoit de la part des autres, on dit que son état est mis à jour. Les évènements élémentaires considérés sont les changements d'états des automates. Définir un mode de mise à jour pour l'ensemble des automates d'un réseau permet de sélectionner certains évènements parmi l'ensemble de ceux qui sont a priori possibles. Cela permet aussi d'organiser et d'ordonner les évènements les uns par rapport aux autres de façon, par exemple, à imposer que des évènements indépendants se produisent simultanément ou simplement, de manière assez rapprochée pour qu'aucun autre événement ne puisse se produire pendant leur occurrence. Informellement, les modes de mise à jour peuvent donc être interprétés comme l'expression d'influences extérieures au réseau interdisant certains changements, ou alors comme la formalisation d'une version relâchée et relative de l'écoulement de temps. Cette thèse propose d'étudier leur influence sur le comportement des réseaux. Et afin de distinguer cette influence de celle de la structure des réseaux, elle commence par mettre en évidence le rôle de certains motifs structurels. Après ça, elle s'intéresse en particulier à l'information "encodée" dans une séquence de mises à jour et à l'impact du synchronisme dans celles-ci. / This thesis is concerned with the events and the organisation of events that take place within networks of abstract predetermined elements called "automata". In these networks, automata incite one another to switch states in agreement with predefined rules which, precisely, define the net-work. When an automaton effectively conforms to the influences it receives from others, its state is said to be updated. The elementary events that are considered here are thus automata state changes. To define an update mode for all the automata of a network allows to select some events among all those that are a priori possible. It also allows to organise and order the events relatively so as to impose, for example, that independent events occur simultaneously or so that simply, they happen close enough to disallow the occurrence of any other events in between. Informally, update modes can be interpreted as the expressions of influences incoming from outside the network, forbidding certain changes, or else, as the formalisation of a relaxed and relative version of time flow. This thesis proposes to study their influences on network behaviours. And to distinguish their influences from that of network structures, it starts by highlighting the role of certain structural motives. After that, it explores in particular the information that is "encoded" in a sequence of updates as well as the general impact of synchronism in updates.

De nombreuses études ont été menées lors des vingt dernières années dans le domaine de l’auralisation.Elles consistent à rendre audible les résultats d’une simulation acoustique. Ces études se sont majoritairementfocalisées sur les algorithmes de propagation et la restitution du champ acoustique dans desenvironnements complexes. Actuellement, de nombreux travaux portent sur le rendu sonore en tempsréel.Cette thèse aborde la problématique du rendu sonore dynamique d’environnements complexes selonquatre axes : la propagation des ondes sonores, le traitement du signal, la perception spatiale du son etl’optimisation informatique. Dans le domaine de la propagation, une méthode permettant d’analyser lavariété des algorithmes présents dans la bibliographie est proposée. A partir de cette méthode d’analyse,deux algorithmes dédiés à la restitution en temps réel des champs spéculaires et diffus ont été extraits.Dans le domaine du traitement du signal, la restitution est réalisée à l’aide d’un algorithme optimisé despatialisation binaurale pour les chemins spéculaires les plus significatifs et un algorithme de convolutionsur carte graphique pour la restitution du champ diffus. Les chemins les plus significatifs sont extraitsgrace à un modèle perceptif basé sur le masquage temporel et spatial des contributions spéculaires.Finalement, l’implémentation de ces algorithmes sur des architectures parallèles récentes en prenant encompte les nouvelles architectures multi-coeurs et les nouvelles cartes graphiques est présenté. / During the past twenty years many studies have been conducted in the field of auralization, which aimsat rendering audible the results of an acoustic simulation. These studies have mainly focused on thepropagation algorithms and the sound field audio rendering for complex environments. Currently, muchresearch concentrates on real-time audio rendering.This thesis addresses the problematic of real-time audio rendering of complex environments accordingto four axes: sound propagation, Digital Signal Processing (DSP), spatial perception of sound andcomputational optimizations. In the field of propagation, a method that aims at analyzing the varietyof existing algorithms is proposed. This method yields two algorithms dedicated to the real-time propagationof both specular and diffuse information. In the field of DSP, the auralization is performed withan efficient binaural spatialization module for the most significant specular information, and a GPUconvolution algorithm for the diffuse sound field auralization. The most significant paths are extractedthanks to a perceptive model based on temporal and spatial masking of the specular contributions.Finally, the implementation of these algorithms on recent computer architectures, taking advantage ofthe parallel processing of the new CPUs, and the benefits of GPUs for DSP calculations is presented.

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Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à des problèmes d'ordonnancement sous contrainte d'énergie, puisque la réduction de l'énergie est devenue une nécessité, tant sur le plan économique qu'écologique. Dans le premier chapitre, nous exhibons des bornes strictes sur l'énergie d'un algorithme classique qui minimise le temps d'exécution de tâches indépendantes. Dans le second chapitre, nous ordonnançons plusieurs applications chaînées de type « streaming », et nous étudions des problèmes contraignant l'énergie, la période et la latence. Nous effectuons une étude de complexité exhaustive, et décrivons les performances de nouvelles heuristiques. Dans le troisième chapitre, nous étudions le problème de placement de répliques dans un réseau arborescent. Nous nous plaçons dans un cadre dynamique, et nous bornons à minimiser l'énergie. Après une étude de complexité, nous confirmons la qualité de nos heuristiques grâce à un jeu complet de simulations. Dans le quatrième chapitre, nous revenons aux applications « streaming », mais sous forme de graphes série-parallèles, et nous tentons de les placer sur un processeur multi-cœur. La découverte d'un algorithme polynomial sur un problème simple nous permet la conception d'heuristiques sur le problème le plus général dont nous avons établi la NP-complétude. Dans le cinquième chapitre, nous étudions des bornes énergétiques de politiques de routage dans des processeurs multi-cœurs, en comparaison avec le routage classique XY, et développons de nouvheuristiques de routage. Dans le dernier chapitre, nous étudions expérimentalement le placement d'applications sous forme de DAG sur des machines réelles. / In this thesis we have tackled a few scheduling problems under energy constraint, since the energy issue is becoming crucial, for both economical and environmental reasons. In the first chapter, we exhibit tight bounds on the energy metric of a classical algorithm that minimizes the makespan of independent tasks. In the second chapter, we schedule several independent but concurrent pipelined applications and address problems combining multiple criteria, which are period, latency and energy. We perform an exhaustive complexity study and describe the performance of new heuristics. In the third chapter, we study the replica placement problem in a tree network. We try to minimize the energy consumption in a dynamic frame. After a complexity study, we confirm the quality of our heuristics through a complete set of simulations. In the fourth chapter, we come back to streaming applications, but in the form of series-parallel graphs, and try to map them onto a chip multiprocessor. The design of a polynomial algorithm on a simple problem allows us to derive heuristics on the most general problem, whose NP-completeness has been proven. In the fifth chapter, we study energy bounds of different routing policies in chip multiprocessors, compared to the classical XY routing, and develop new routing heuristics. In the last chapter, we compare the performance of different algorithms of the literature that tackle the problem of mapping DAG applications to minimize the energy consumption.