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

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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

Les avancées dans le domaine de la bioinformatique ont ouvert de nouveaux horizons pour la recherche en biologie et en pharmacologie. Les machines comme les algorithmes utilisées aujourd'hui ne sont cependant plus en mesure de répondre à la demande exponentiellement croissante en puissance de calcul. Il existe donc un besoin pour des plate-formes de calculs spécialisées pour ce types de traitement, qui sauraient tirer partie de l'ensemble des technologie de calcul parallèle actuelles (Grilles, multi-coeurs, GPU, FPGA). Dans cette thèse nous étudions comment l'utilisation d'outils de synthèse de haut niveau peut aider à la conception d'accélérateurs matériels spécialisés massivement parallèles. Ces outils permettent de réduire considérablement les temps de conception mais ne sont pas conçus pour produire des architectures matérielles massivement parallèles efficaces. Les travaux de cette thèse se sont attachés à dégager des techniques de parallélisation, ainsi que les moyens d'exprimer efficacement ce parallélisme, pour des outils de type HLS. Nous avons appliqué ces résultats à une application de bioinformatique connue sous le nom de HMMER. Cet algorithme qui pourrait être un bon candidat à une accélération matérielle est très délicat à paralléliser. Nous avons proposé un schéma d'exécution parallèle original, basé sur une réécriture mathématique de l'algorithme, qui a été suivi par une exploration des schéma d'exécution matériels possible sur FPGA. Ce résultat à ensuite donnée lieu à une mise en œuvre sur un accélérateur matériel et a démontré des facteurs d'accélération encourageants. Les travaux démontre également la pertinence des outils de HLS pour la conception d'accélérateur matériel pour le calcul haute performance en Bioinformatique, à la fois pour réduire les temps de conception, mais aussi pour obtenir des architectures plus efficaces et plus facilement reciblables d'un plateforme à une autre. / The revolutionary advancements in the field of bioinformatics have opened new horizons in biological and pharmaceutical research. However, the existing bioinformatics tools are unable to meet the computational demands, due to the recent exponential growth in biological data. So there is a dire need to build future bioinformatics platforms incorporating modern parallel computation techniques. In this work, we investigate FPGA based acceleration of these applications, using High-Level Synthesis. High-Level Synthesis tools enable automatic translation of abstract specifications to the hardware design, considerably reducing the design efforts. However, the generation of an efficient hardware using these tools is often a challenge for the designers. Our research effort encompasses an exploration of the techniques and practices, that can lead to the generation of an efficient design from these high-level synthesis tools. We illustrate our methodology by accelerating a widely used application -- HMMER -- in bioinformatics community. HMMER is well-known for its compute-intensive kernels and data dependencies that lead to a sequential execution. We propose an original parallelization scheme based on rewriting of its mathematical formulation, followed by an in-depth exploration of hardware mapping techniques of these kernels, and finally show on-board acceleration results. Our research work demonstrates designing flexible hardware accelerators for bioinformatics applications, using design methodologies which are more efficient than the traditional ones, and where resulting designs are scalable enough to meet the future requirements.

Les sportifs de haut niveau traversent tous des phases de transitions plus ou moins bien négociées dans leur carrière sportive, que cela soit des transitions normatives ou non normatives. Cette thèse examine la portée de ces transitions sur les processus décisionnels et adaptatifs du sportif de haut niveau qui le conduisent à effectuer un choix plutôt qu'un autre lors d'un moment clef de sa carrière (e.g. sportif, professionnel, social). Les trois études de cette thèse s'inscrivent principalement dans le cadre d'une approche développementale du déroulement de carrière des sportifs de haut niveau (Wylleman, Lavallee & Alfermann, 1999) et reposent sur le modèle du Push-Pull, Anti Push, Anti Pull (Schutz, Mullet et al, 1998). La première partie de cette thèse s'est intéressée au prolongement depuis une dizaine d'années des carrières des sportifs de haut niveau se poursuivant au-delà de l'âge de trente ans, ainsi qu'aux mécanismes sous jacents au maintien et à la protection du bien-être subjectif lié à ce phénomène. Des éléments de similarité liés à leurs caractéristiques personnelles et à leur parcours ainsi que des éléments de singularité liés au découpage et à la durée des étapes de leur carrière sont apparus. La seconde étude de cette thèse porte sur le parcours de vie des sportives d'élite et le choix de la maternité en cours de carrière sportive et/ou post carrière sportive. Les parcours se construisent au regard des significations accordées aux évènements contextuels et circonstanciels, aux aspirations et idéaux personnels, aux priorités de vie. Le choix de la maternité oscille entre le désir d'un épanouissement personnel à travers à la fois un épanouissement sportif et un épanouissement de mère et la primauté accordée à sa vie sportive de l'autre avec l'absence d'envie de procréer. La troisième étude s'est intéressée à l'entrée en pôle d'entraînement, et plus particulièrement aux éléments facilitants ou perturbants qui ont accompagné la décision des sportifs de haut niveau d'entrer ou non en pôle et qui ont participé à une adaptation plus ou moins bien réussie Les éléments qui se sont révélés importants qu'ils soient plutôt positifs ou négatifs gravitent autour du cadre de vie, du double projet, et du projet sportif. / The high-level sportsmen cross all phases of transitions more or less good negotiated in their sporting career, that it's normative or not normative transitions. This thesis examines the impact of these transitions on the decision-making and adaptive processes of the high-level sportsman which lead him to make a choice rather than the other one during a key moment of its career (e.g. sportsman, professional, social). Three studies of this thesis join mainly within the framework of a développementale approach of the career development of high-level sportsmen (Wylleman, Lavallee & Alfermann, 1999) and rest on the model of Push-Pull, Anti Push, Anti Pull (Schultz, Mullet and al, 1998). The first part of this thesis was interested in the continuation since around ten years of the careers of high-level sportsmen continuing beyond the age of thirty years, as well as in mechanisms under jacents in the preservation and in the protection of the subjective well-being. Elements of similarity bound to their personal characteristics and to their route as well as elements of peculiarity bound to the cutting and to the duration of the stages of their career appeared. The second study of this thesis concerns the route of life of the sportswomen of elite and the choice of the maternity in course of career sports and/or comment sporting career. Routes build themselves towards the meanings granted to contextual and incidental events, to aspiration and ideal staffs, in the priorities of life. The choice of the maternity oscillates between desire of a self-fulfillment through at the same time a sports blooming and a blooming of mother and superiority granted to its sports life of the other one with the absence of envy to procreate. The third study was interested in entrance to pole of training, and more particularly in facilitating or disrupting elements which accompanied the decision of the high-level sportsmen to enter or not pole and which participated in a more or less good made a success adaptation The elements which showed themselves important that they are rather positive or more negative revolve around living environment, double project, and sports project.

Les capacités de réserve cérébrale représentent les capacités de résilience du cerveau face à différents processus lésionnels comme ceux induit par la maladie d’Alzheimer (MA). Plusieurs hypothèses ont été proposées afin d’expliquer ce mécanisme. Les deux concepts les plus validés sont celui de la réserve cérébrale faisant référence au substrat cérébral et la réserve cognitive faisant référence à la fonctionnalité cérébrale. Les données épidémiologiques puis d’imagerie ont permis d’identifier des expériences de vie associées à de meilleures capacités de réserve cérébrale. Le niveau d’études, la profession exercée et la pratique d’activités de loisirs sont ainsi des indicateurs du niveau potentiel de capacités de réserve d’un sujet. L’objectif général de ce travail de thèse avait pour objectif de mieux caractériser les relations entre ces indicateurs et les capacités de réserve cérébrale. Tout d’abord, nous nous sommes intéressés à la relation entre ces expériences de vie et le substrat cérébral à partir de données d’imagerie recueillies au cours du suivi de la cohorte des 3 cités à Bordeaux. Nous avons ainsi montré que seul le niveau d’éducation était associé à des différences de volume de substance grise et de substance blanche entre les sujets de haut et bas niveau d’études. Par ailleurs, les sujets de haut niveau d’études présentaient une progression moindre en hypersignaux de substance blanche au cours du suivi de la cohorte des 3 cités indépendamment de la présence de facteurs de risque cardiovasculaires. Le niveau d’étude semble avoir une place non négligeable dans la constitution des capacités de réserve cérébrale et aussi bien dans la réserve cognitive que la réserve cérébrale. Ceci explique le rôle protecteur du niveau d’études vis à vis du risque de démence. Dans un 3ème travail, nous nous sommes servis de cette relation particulière entre le niveau d’études et la démence afin d’illustrer comment un facteur social peut être un facteur de maladie chronique liée à l’âge et comment en le modifiant, on peut éventuellement modifier la survenue de cette maladie. Enfin, nous nous sommes intéressés à la relation entre la pratique d’activités de loisirs au cours de la retraite et le risque de démence à partir des données de la cohorte Paquid. La pratique de jeux de société est associée à un moindre risque de démence mais le lien fort avec la cognition ne permet pas d’éliminer une causalité inverse. Cependant, un engagement plus important dans la pratique d’activités de loisirs au cours de la retraite est associé à un risque moindre de démence équivalent à des sujets ayant toujours pratiqué des activités. Des essais d’intervention permettraient de confirmer l’effet bénéfique de la pratique d’activités de loisirs sur la cognition et le risque de démence. / The brain reserve capacities represent the resilience of the brain to cope against different pathological processes such as Alzheimer's disease (AD). Several hypotheses have been proposed to explain this mechanism. The two most validated concepts are the brain reserve referring to brain volume and cognitive reserve referring to brain function. Epidemiological and imaging data helped identify life experiences associated with better brain reserve capacities. Thus, the education, occupation and practice of leisure activities are recognized as proxies of the brain reserve capacities. The main objective of this thesis aimed to better characterize the relationship between these proxies and the brain reserve capacities. First, from brain imaging data collected during follow-up of the three cities cohort of Bordeaux, we examined the relationship between life experiences and brain volume. Only the education was associated with differences in gray and white matter volume. In addition, highly educated subjects had a smaller progression of white matter hyperintensities during the follow-up of this cohort independently of the presence of cardiovascular risk factors. Education seems to have a significant role in the formation of brain reserve capacities in both cognitive reserve and brain reserve. This explains the protective role of educational level against dementia. In a third work, we used this particular relationship between educational level and dementia to illustrate how a social factor can be a factor of a chronic disease related to aging and can modify the occurrence of this disease. Finally, we are interested in the relationship between the practice of leisure activities during retirement and the risk of dementia from data of Paquid study. The practice of playing board games is associated with a lower risk of dementia, but the strong link with cognition not eliminates reverse causality. However, a greater engagement in the practice of leisure activities in retirement is associated with a lower risk of dementia similar to subjects who always practiced activities. Intervention trials could confirm the beneficial effect of the practice of leisure activities on cognition and dementia risk.

Grâce aux progrès réalisés dans le domaine des semi-conducteurs, les plateformes matérielles embarquées sont capables de satisfaire les contraintes de performances d'applications de plus en plus complexes. Cette augmentation conduit à une explosion des coûts de conception, ce qui pousse les concepteurs de ces plateformes à utiliser des outils travaillant à des niveaux d’abstraction plus élevés. Aujourd’hui, les outils de synthèse de haut niveau opèrent sur des descriptions C/C++ pour en générer des accélérateurs matériels spécialisés. Ces outils offrent des gains en productivité significatifs par rapport à la génération précédente, qui opérait sur des descriptions structurelles de l’architecture en VHDL ou Verilog. Ces descriptions algorithmiques doivent être retravaillées pour que les outils puissent générer des circuits performants. Pour faciliter cette tâche, une solution consiste à mettre en œuvre une boite à outils pour des transformations source-à-source orientées synthèse de haut niveau. En particulier, cette thèse s’intéresse aux transformations de boucles, avec pour objectif d’améliorer les performances en exposant des boucles parallèles et en améliorant la localité des accès mémoire. En nous appuyant sur une représentation des boucles dans le modèle polyédrique, nous proposons une approche qui améliore l’applicabilité du pipeline de nids de boucles en vérifiant sa légalité de manière plus précise que les approches existantes. De plus, lorsque la vérification échoue, nous proposons une technique de correction qui insère statiquement des états d’attente pour assurer la légalité du pipeline. Enfin, ce pipeline est mis en œuvre en utilisant une technique de génération de code qui met les nids de boucles à plat. Ces contributions ont été implémentées dans l’infrastructure de compilation source-à-source Gecos, avant d’être appliquées à un ensemble de benchmarks représentatifs des noyaux de calculs cibles de la synthèse de haut niveau. Les résultats montrent un gain en performances significatif, avec un surcoût en surface modéré. / Due to the advances in semiconductor technologies, embedded hardware is capable of satisfying the performance constraints of increasingly complex applications. This leads to a design cost explosion, thus pushing the hardware designers to use tools working with higher levels of abstractions. High-Level Synthesis tools generate custom hardware accelerators out of C/C++ specifications. They offer significant productivity gains compared to the previous generation of tools that worked at the level of hardware description languages, such as VHDL or Verilog. These higher level specifications have to be reworked in order for the High-Level Synthesis tools to generate efficient hardware accelerators. To ease this task, one solution is to provide a source-to-source transformation toolbox targeting High-Level Synthesis. Specifically, this thesis explores loop transformations in order to improve performance by exposing parallel loops and improving the locality of memory accesses. Using polyhedral representation of loop nests, we propose an approach to improve the applicability of nested loop pipelining by verifying its legality in a more precise way than existing approaches. Moreover, we propose a correction mechanism that statically inserts wait states for enforcing the pipeline legality for cases when the verification fails. The resulting pipeline is implemented using a code generation technique that flattens the loop nests. These contributions have been implemented within the GeCoS source-to-source compilation infrastructure, and applied to a set of benchmarks targeted towards High-Level Synthesis. Results show significant performance improvement at the price of a moderate area overhead.

Dans un contexte idéologique où la question de la baisse du niveau revient de façon récurrente dans l’espace public, nous nous sommes servie du test de L’alouette (Lefavrais, 1967) pour mener une étude comparative du niveau en lecture des élèves du CP au CM2. Les résultats indiquent qu’à quarante ans d’écart, le niveau en lecture a diminué de six mois. Au-delà de cette baisse relative, apparaît un fait tout aussi intéressant : celui d’un accroissement des écarts. On constate alors un décrochage des élèves les plus en difficulté et un décollage des élèves les plus performants. Le test de L’alouette étant basé sur une conception traditionnelle de la lecture, nous y avons vu là, l’occasion de mettre à l’épreuve les modèles dominants en lecture : les modèles développementaux. De cette façon, nous nous sommes demandée dans quelle mesure le test de L’alouette nous informe quant à l’apprentissage de la lecture et plus particulièrement en ce qui concerne le caractère discontinu ou continu de la lecture. Les résultats obtenus semblent aller dans le sens d’une discontinuité certes, mais qui ne serait pas absolue. Ainsi, dès le début de l’apprentissage les élèves utiliseraient une procédure lexicale en plus de la procédure par médiation phonologique. L’une ou l’autre étant dominante à certains moments de l’apprentissage. / The fall of the level of ability in literacy has often been brought to public attention, so we used the Alouette test (Lefavrais, 1967) to make a comparative study on the levels of literacy in students aged from 2nd year to 6th year. The study indicates that in forty years the level of literacy in students has reduced by six months. In addition to this decline, there also appeared to be widening gaps between the two extremes of ability. Those who experience the most difficulty become disengaged whereas those with the highest level of ability take off. As the Alouette test is based on the traditional concept of literacy, this allowed us to test the other dominant developmental theories. In this way we were able to question whether the Alouette test could tell us about the process in which children learn how to read whether continuously or discontinuously. The results seem to show that the tendency is for the discontinuity, but not entirely. Hence, as soon as children learn to read they would use a lexical process in addition to using phonological mediation, both being dominant at different times during their education.

Notre thèse a pour ambition de faire émerger un niveau linguistique supérieur à la phrase et dont la prise encompte est indispensable à toute caractérisation et compréhension de ce qu’est un texte. A ce titre, lapragmatique, comme science du dire, est sans doute la plus à même de fournir une caractérisationsatisfaisante de ce niveau. Dans sa conception gricéenne, elle a mis en avant un principe de coopération etl’existence de maximes conversationnelles, sans approfondir, ni même discuter, le niveau auquel ce principeet ces maximes seraient attachés, celui-là même de contribution, alors que c’est précisément cette notion-ciqui, a priori, et quand on considère la maxime de quantité, est de fait un ensemble de phrases (ou mêmed’énoncés), ensemble qui certes peut à l’occasion se réduire à un(e) seul(e) énoncé (phrase) mais qui, dansla plupart des cas, définit un niveau langagier intermédiaire entre l’énoncé et la totalité de ce qui est dit dansl’échange.La thèse montre alors principalement que ces contributions sont des ensembles de phrases satisfaisant descontraintes pragmatiques, avec, entre autres, une contrainte de complétude forte, issue de la maxime dequantité, que l’on pose comme heuristique. De fait, les textes sont des contributions (plus précisément desmacro-contributions constituées de micro-contributions) et doivent être décrits comme tels. L’étudeempirique, appliquée au roman de formation, de la pertinence textuelle, de l'intégration textuelle et de ladisposition textuelle met à jour un certain nombre de phénomènes qui caractérisent le texte en tant que tel. / The main purpose of our thesis is to study and uncover a linguistic level superior to sentence’s level andwhich must inevitably be considered before any determination and understanding of the nature of a text. IfPragmatics (the science of saying and meaning) is undoubtedly the key to reach this goal, due to theemergence of the notion of contribution in the formulation of conversational maxims by Paul Grice, the thesisshows that this rather clandestine emergence and the consequent confusion between utterance’s level andthe level of contribution must be replaced among other things : i) by a full recognition of contributions as setsof utterances satisfying pragmatic constraints, among which is the constraint of completeness (maxim ofquantity); ii) by the recognition of the fact that texts are contributions and must be described as such; iii) bythe recognition of the fact that (macro-)contributions may include (micro-)contributions; iv) by the empiricalstudy of contributional and textual relevance, textual integration and textual organization.This thesis combines thus a contribution to the linguistics of contributions and a contributional approach toboth text theory and Bildungsroman.

Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie de co-conception des systèmes dynamiquement reconfigurables basés sur FPGA. Notre méthodologie s’appuie sur l’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) dont la spécification des modèles est décrite avec le profil MARTE. Les travaux présentés visent à garantir la flexibilité, la réutilisabilité et l’automatisation afin de faciliter le travail du concepteur et d’améliorer sa productivité. La première contribution réside dans la modélisation à haut-niveau d’abstraction permettant de cacher un grand nombre de détails d’implémentation. Un flot de conception est défini pour la modélisation des FPGAs, basé sur l’IDM afin d’assurer l’automatisation de la génération de code. Suivant ce flot, plusieurs modèles sont créés moyennant principalement les concepts de MARTE. Cependant,la modélisation de certains concepts de la reconfiguration dynamique a nécessité des extensions dans MARTE que nous avons identifiées et intégrées dans un nouveau profil qui étend MARTE baptisé RecoMARTE. La seconde contribution est l’automatisation de la chaîne de transformations et la validation expérimentale. Afin d’assurer l’automatisation de notre flot de conception vers la génération du code, une chaîne de transformations a été utilisée. Nous passons ainsi d’un modèle MARTE/RecoMARTE vers une description intermédiaire selon le standard IP-XACT afin de générer des fichiers utilisés dans l’environnement XPS de Xilinx. Cette automatisation permet d’accélérer la phase de conception et éviter les erreurs dues à la manipulation directe des détails. Enfin, un exemple d’application de traitement d’image a été élaboré afin de démontrer et valider notre méthodologie. / The works presented in this dissertation propose a co-design methodology of dynamically reconfigurable systems based on FPGA. Our methodology is based on the Engineering Model Driven approach (MDE). The models specification is done in MARTE profile.It aims to ensure flexibility, reusability and automation to facilitate the work of designer and improve his productivity. The first contribution related to this thesis is identifying parts of dynamically reconfigurable FPGA that can be modeled at high abstraction levels. So, we defined a design flow based on the MDE to ensure the automation of code generation. Using this flow, several models are created mainly through MARTE profile concepts. However, the modeling concepts of dynamic reconfiguration on FPGAs required extensions in MARTE. Thus, we identified the missing concepts to be integrated in a new profile that extends MARTE : RecoMARTE. The second contribution allows the chain automation and experimental validation. To integrate our design flow and to automate code generation, a processing chain was used. The final model resulting from the proposed MARTE-based design flow is given as input to this chain. We thereby move from MARTE/RecoMARTE models to an intermediate description according to the IP-XACT standard to finally generate files describing the complete system in the Xilinx XPS environment. This automation allows to accelerate the design phase and avoid errors due to the direct manipulation of these details. Finally, the proposed MARTE-based design flow and transformation chain were used for an image processing system design, which showed the benefits of our contributions in terms of design reusability and automation.