Le domaine de la simulation numérique évolue vers des simulations de phénomènes physiques toujours plus complexes. Cela se traduit typiquement par le couplage de plusieurs codes de simulation, où chaque code va gérer une physique (simulations multi-physiques) ou une échelle particulière (simulations multi-échelles). Dans ce cadre, l'analyse des résultats des simulations est un point clé, que ce soit en phase de développement pour valider les codes ou détecter des erreurs, ou en phase de production pour confronter les résultats à la réalité expérimentale. Dans tous les cas, le pilotage de simulations peut aider durant ce processus d'analyse des résultats. L'objectif de cette thèse est de concevoir et de réaliser une plate-forme logicielle permettant de piloter de telles simulations. Plus précisément, il s'agit à partir d'un client de pilotage distant d'accéder ou de modifier les données de la simulation de manière cohérente, afin par exemple de visualiser "en-ligne" les résultats intermédiaires. Pour ce faire, nous avons proposé un modèle de pilotage permettant de représenter des simulations couplées et d'interagir avec elles efficacement et de manière cohérente. Ces travaux ont été validés sur une simulation multi-échelles en physique des matériaux.

Le domaine de la simulation numérique évolue vers des simulations de phénomènes physiques toujours plus complexes. Cela se traduit typiquement par le couplage de plusieurs codes de simulation, où chaque code va gérer une physique (simulations multi-physiques) ou une échelle particulière (simulations multi-échelles). Dans ce cadre, l'analyse des résultats des simulations est un point clé, que ce soit en phase de développement pour valider les codes ou détecter des erreurs, ou en phase de production pour confronter les résultats à la réalité expérimentale. Dans tous les cas, le pilotage de simulations peut aider durant ce processus d'analyse des résultats. L'objectif de cette thèse est de concevoir et de réaliser une plate-forme logicielle permettant de piloter de telles simulations. Plus précisément, il s'agit à partir d'un client de pilotage distant d'accéder ou de modifier les données de la simulation de manière cohérente, afin par exemple de visualiser "en-ligne" les résultats intermédiaires. Pour ce faire, nous avons proposé un modèle de pilotage permettant de représenter des simulations couplées et d'interagir avec elles efficacement et de manière cohérente. Ces travaux ont été validés sur une simulation multi-échelles en physique des matériaux. / The numerical simulations evolve more and more to simulations of complex physical phenomena through multi-scale or multi-physics codes. For these kind of simulations data analysis is a main issue for many reasons, as detecting bugs during the development phase or to understand the dynamic of the physical phenomena simulated during the production phase. The computational steering is a technique well suited to do all this kind of data analysis. The goal of this thesis is to design and develop a computational steering framework that take into account the complexity of coupled simulations. So, through a computational steering client we want to interact coherently with data generated in coupled simulations. This afford for example to visualize on-line the intermediate results of simulations. In order to make this possible we will introduce an abstract model that enables to represent coupled simulations and to know when we can interact coherently with them. These works have been validated on a legacy multi-scale simulation of material physics.

En biologie synthétique, il existe plusieurs manières d’adresser les problèmes soulevés dans plusieurs domaines comme la thérapeutique, les biofuels, les biomatériaux ou encore les biocapteurs. Nous avons choisi de nous concentrer sur l’une d’entre elles : les réseaux de régulation génétique (RRG). Un constat peut être fait : la diversité des problèmes résolus grâce aux RRGs est bridée par la complexité de ces RRGs, qui a atteint une limite. Quelles solutions s’offrent aux biologistes, pour repousser cette limite et continuer d’augmenter la complexité de leur système ? Cette thèse a pour but de fournir aux biologistes les outils nécessaires à la conception et à la simulation de RRGs complexes. Un examen de l’état de l’art en la matière nous a mené à adapter les outils de la micro-électronique à la biologie ainsi qu’à créer un algorithme de programmation génétique pour la conception des RRGs. D’une part, nous avons élaboré les modèles Verilog A de différents systèmes biologiques (passe-bande, proie-prédateur, repressilator, XOR) ainsi que de la diffusion spatiotemporelle d’une molécule. Ces modèles fonctionnent très bien avec plusieurs simulateurs électroniques (Spectre et NgSpice). D’autre part, les premières marches vers l’automatisation de la conception de RRGs ont été gravies. En effet, nous avons développé un algorithme capable d’optimiser les paramètres d’un RRG pour remplir un cahier des charges donné. De plus, la programmation génétique a été utilisée pour optimiser non seulement les paramètres d’un RRG mais aussi sa topologie. Ces outils ont su prouver leur utilité en apportant des réponses pertinentes à des problèmes soulevés lors du développement de systèmes biologiques. Ce travail a permis de montrer que notre approche, à savoir adapter les outils de la micro-électronique et utiliser des algorithmes de programmation génétique, est valide dans le contexte de la biologie synthétique. L’assistance que notre environnement de développement fournit au biologiste devrait encourager l’émergence de systèmes plus complexes. / In synthetic biology, Gene Regulatory Networks (GRN) are one of the main ways to create new biological functions to solve problems in various areas (therapeutics, biofuels, biomaterials, biosensing). However, the complexity of the designed networks has reached a limit, thereby restraining the variety of problems they can address. How can biologists overcome this limit and further increase the complexity of their systems? The goal of this thesis is to provide the biologists with tools to assist them in the design and simulation of complex GRNs. To this aim, the current state of the art was examined and it was decided to adapt tools from the micro-electronic field to biology, as well as to create a Genetic Programming algorithm for GRN design. On the one hand, models of diffusion and of other various systems (band-pass, prey-predator, repressilator, XOR) were created and written in Verilog A. They are already implemented and well-functioning on the Spectre solver as well as a free solver, namely NgSpice. On the other hand, the first steps of automatic GRN design were achieved. Indeed, an algorithm able to optimize the parameters of a given GRN according to a specification was developed. Moreover, Genetic Programming was applied to GRN design, allowing the optimization of both the topology and the parameters of a GRN. These tools proved their usefulness for the biologists’ community by efficiently answering relevant biological questions arising in the development of a system. With this work, we were able to show that adapting microelectronics and Genetic Programming tools to biology is doable and useful. By assisting design and simulation, such tools should promote the emergence of more complex systems.

Les applications des nanoparticules métalliques nécessitent des assemblées monodisperses et stables sur un substrat tel que le graphène ou le graphite. Le graphène épitaxié sur métal (GEM) est étudié, car il facilite l'auto-organisation des adsorbats. La différence entre les mailles du graphène et du métal conduit à un effet de moiré contenant certaines régions favorables de l'adsorption. Ce travail est consacré surtout aux systèmes Ru-C et Pt-C où nous nous sommes intéressé au substrat du GEM nu, des agrégats y etant deposés et des agrégats métalliques sur graphite. Les potentiels d'ordre de liason permettent de mener des études en dynamique moléculaire sur des systèmes de taille réaliste à température finie. Dans le cas du système Pt-C une paramétrisation est disponible dans la littérature. Cependant, pour le système du Ru-C une paramétrisation sur la base de données DFT était nécessaire. Ce modèle atomistique néglige les forces de dispersion importantes pour des milieux étendus. Basé sur les modèles de Grimme, nous avons développé une description implicite tenant compte de la structure du substrat et son extension semi-infinie. De plus les effets d'écrantage importants pour des milieux métalliques sont pris en compte. Basé sur ce champ de force nous montrons des propriétés des adsorbats sur des substrats carbonés où nous évaluons le modèle de forces de dispersion. Grâce à des simulations de dynamique moléculaire, la stabilité des adsorbats et du graphène a été étudié dans le contexte de la dynamique vibrationnelle et de diffusion. En accord avec les expériences, la mobilité des adsorbats sur graphite s'avère élevée en comparaison avec des adsorbats sur GEM / Applications of metal nanoparticles require monodisperse and stable assemblies on a substrate such as graphene or graphite. Epitaxial graphene on metal (GOM) has attracted research interest because it contributes to the self-organisation of adsorbates. The difference in the lattice constants of graphene and metal leads to a moiré that contains certain regions that are favorable for adsorption. This work is mainly concerned with the Ru-C and Pt-C systems where we were interested in the bare substrate of GOM, adsorbates deposited thereon and metal clusters on graphite. Bond order potentials allow to carry out molecular dynamics studies for systems of realistic size and at finite temperature. In the case of the Pt-C, a parametrization is available in the literature. However, for Ru-C systems a custom parametrization effort based on data from electronic structure calculations was necessary. This atomistic model neglects long ranged dispersion forces that are important for adsorption phenomena on extended substrates. Based on the Grimme models, we developed an implicit description that takes the layered structure and the semi-infinite extension of the substrate into account. Also, screening effects that are important for metal materials are taken into account. Based on this force field, we show results concerning the properties of adsorbates on carbon substrates while evaluating the dispersion model. With the help of molecular dynamics simulations, the stability of adsorbates and graphene has been studied in the context of vibrational and diffusion dynamics. In agreement with experiments, the mobility of the adsorbates on graphite is high in comparison with adsorbates on GOM

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la localisation de défauts de type «soft» dans les Circuits Intégrés (CI) analogiques et mixtes à l’aide des techniques dynamiques de stimulation laser en faible perturbation. Les résultats obtenus à l’aide de ces techniques sont très complexes à analyser dans le cas des CI analogiques et mixtes. Ce travail porte ainsi particulièrement sur le développement d’une méthodologie facilitant l’analyse des cartographies laser. Cette méthodologie est basée sur la comparaison de résultats de simulations électriques de l’interaction faisceau laser-CI avec des résultats expérimentaux (cartographies laser). L’influence des phénomènes thermique et photoélectrique sur les CI (niveau transistor) a été modélisée et simulée. La méthodologie a été validée tout d’abord sur des structures de tests simples avant d’être utilisée sur des CI complexes que l’on trouve dans le commerce. / This thesis deals with Soft failure localization in the analog and mixed mode Integrated Circuits (ICs) by means of Dynamic Laser Stimulation techniques (DLS). The results obtained using these techniques are very complex to analyze in the case of analog and mixed ICs. In this work we develop a methodology which facilitates the analysis of the laser mapping. This methodology consists on combining the experimental results (laser mapping) with the electrical simulations of laser stimulation impact on the device. The influence of photoelectric and thermal phenomena on the IC (transistor level) has been modeled and simulated. The methodology has been validated primarily on test structures before being used on complex Freescale ICs existing in commerce.