Les architectures de calcul haute performance les plus récentes intègrent de plus en plus de nœuds de calcul qui contiennent eux-mêmes plus de cœurs. Les bus mémoires et les réseaux de communication sont soumis à un niveau d'utilisation critique. La programmation parallèle sur ces nouvelles machines nécessite de porter une attention particulière à ces problématiques pour l'écriture de nouveaux algorithmes. Nous analysons dans cette thèse un code de simulation de turbulences de plasma et proposons une refonte de la parallélisation de l'opérateur de gyromoyenne plus adapté en termes de distribution de données et bénéficiant d'un schéma de recouvrement calcul -- communication efficace. Les optimisations permettent un gain vis-à-vis des coûts de communication et de l’empreinte mémoire. Nous étudions également les possibilités d'évolution de ce code à travers la conception d'un prototype utilisant un modèle programmation par tâche et un schéma de communication asynchrone adapté. Cela permet d'atteindre un meilleur équilibrage de charge afin de maximiser le temps de calcul et de minimiser les communications entre processus. Un maillage réduit adaptatif en espace est proposé, diminuant le nombre de points sans pour autant perdre en précision, mais ajoutant de fait une couche supplémentaire de complexité. Ce prototype explore également une distribution de données différente ainsi qu'un maillage en géométrie complexe adapté aux nouvelles configurations des tokamaks. Les performances de différentes optimisations sont étudiées et comparées avec le code préexistant et un cas dimensionnant sur un grand nombre de cœurs est présenté. / Recent high performance computing architectures come with more and more cores on a greater number of computational nodes. Memory buses and communication networks are facing critical levels of use. Programming parallel codes for those architectures requires to put the emphasize on those matters while writing tailored algorithms. In this thesis, a plasma turbulence simulation code is analyzed and its parallelization is overhauled. The gyroaverage operator benefits from a new algorithm that is better suited with regard to its data distribution and that uses a computation -- communication overlapping scheme. Those optimizations lead to an improvement by reducing both execution times and memory footprint. We also study new designs for the code by developing a prototype based on task programming model and an asynchronous communication scheme. It allows us to reach a better load balancing and thus to achieve better execution times by minimizing communication overheads. A new reduced mesh is introduced, shrinking the overall mesh size while keeping the same numerical accuracy but at the expense of more complex operators. This prototype also uses a new data distribution and twists the mesh to adapt to the complex geometries of modern tokamak reactors. Performance of the different optimizations is studied and compared to that of the current code. A case scaling on a large number of cores is given.

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Dans de nombreux cas, le développement de surfaces aux propriétés adhésives spécifiques fait appel à l’utilisation « d’interfaces décorées ». Ces interfaces sont composées d’un substrat solide sur lequel des chaînes de polymère sont plus ou moins bien ancrées. Ces chaînes se couplent mécaniquement au matériau environnant et contrôlent la transmission des contraintes de friction et d'adhésion aux interfaces. Ce couplage dépend en particulier de la pénétration des chaînes de surface dans la matrice et de leur dynamique. Dans cette thèse, les systèmes que nous avons étudiés sont constitués d’une couche de chaînes de polymère dont une extrémité est liée de manière covalente à un substrat solide. Ces brosses de polymère, constituent un système modèle pour des interfaces décorées. Notre objectif a été d’étudier la conformation et la dynamique de ces chaînes greffées lorsque ces dernières sont soumises à différents types de sollicitations afin de comprendre les mécanismes moléculaires régissant les propriétés d’adhésion et de friction de ce type d’interface. Dans un premier volet, nous avons étudié par réflectivité de neutrons la cinétique de cicatrisation d'une interface composée initialement de chaînes greffées recroquevillées sur un substrat et en contact avec un fondu. Lorsque le système est amené à une température supérieure à la température de transition vitreuse, les chaînes de polymère retrouvent une mobilité non nulle permettant ainsi la pénétration des chaînes greffées dans le fondu de polymère. La réflectivité de neutrons nous a permis d'une part de sonder à l'échelle moléculaire la cinétique de cicatrisation de ce type d’interface et d'autre part de la quantifier. L'influence des paramètres moléculaires sur cette cinétique de cicatrisation a pu être observée, ce qui nous a permis de proposer un modèle en loi d'échelle permettant d'apporter une interprétation physique au phénomène étudié. La deuxième partie de ce travail de thèse a consisté en l'élaboration d'un dispositif expérimental permettant de cisailler un système brosse/fondu au-dessus de la température de la température transition vitreuse et de geler la conformation des chaînes greffées dans leur configuration cisaillée. L'inversion des spectres de réflectivité neutrons associés a permis de mettre en évidence l'influence du cisaillement sur le degré d'interpénétration entre la brosse et le fondu qui régit la transmission des contraintes de friction sur ce type d'interface. De plus, nous avons pu mesurer la cinétique de relaxation de chaînes greffées, cisaillées au préalable, et la comparer aux expériences d’interdigitation simple. Cette comparaison a permis de divulguer l’importance du type de sollicitation sur la cinétique de relaxation d’une interface brosse / fondu.Nous avons également observé que la cinétique de relaxation et la conformation de chaînes greffées peuvent être altérées lorsque ces dernières sont confinées dans un film d'épaisseur comparable au rayon de giration des chaînes. Une étude systématique par réflectivité de neutrons a permis de mettre en évidence une accélération de la cinétique de relaxation du système en dessous d'une épaisseur critique qui pourrait être interprétée en termes de déplacement de la température de transition vitreuse. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le glissement de solutions de polymères sur une surface greffée. La fraction volumique en chaînes libres dans la solution est un paramètre supplémentaire aux trois cas précédents qui contrôle ici le degré d'interpénétration entre chaînes libres et chaînes greffées. Une première approche théorique a permis de dissocier différents régimes de glissements à la paroi en fonction de fraction volumique. Nous avons entrepris une première série d'expériences de vélocimétrie laser après photolyse afin de mesurer le glissement à la paroi de solutions de polymère et de confronter les résultats expérimentaux avec notre approche théorique. / In many cases, the development of surfaces with specific adhesive properties involves the use of "decorated interfaces." These interfaces consist of a solid substrate on which polymer chains are more or less well anchored. These chains are mechanically coupled to the surrounding material and control the transmission of friction and adhesion stresses at the interfaces. This coupling depends particularly on the penetration of the surface chains within the matrix and on their own dynamics. In this thesis, the systems we investigated are composed of a layer of polymer chains whose end is covalently linked to a solid substrate. These, so called, polymer brushes, provide a model system for decorated interfaces. Our objective was to study the conformation and dynamics of these grafted chains when they are subjected to different types of stress in order to understand the molecular mechanisms governing the adhesion and friction properties of this type of interface.In the first part, we investigated the healing kinetics of an interface composed initially of grafted chains collapsed on a substrate and in contact with a molten by using neutron reflectivity. When the system is brought above the glass transition temperature, the polymer chains mobility is high enough to allow the penetration of the grafted chains within the polymer melt. Neutrons reflectivity allowed us to probe at the molecular scale and to quantify the healing kinetics of this type of interface. The influence of molecular parameters on this healing kinetics was observed, which allowed us to propose a scaling law model to give a physical interpretation to the phenomenon studied.The second part of this thesis consisted in the development of an experimental setup which is able to shear a brush / melt interface above the glass transition temperature and to freeze the conformation of chains grafted in their sheared conformation. The inversion of the associated neutron reflectivity spectra made it possible to demonstrate the influence of shear on the degree of interpenetration between the brush and the melt which governs the transmission of stresses. In addition, we measured the kinetics of relaxation of grafted chains previously sheared and we compared it to the interdigitation experiments. This comparison highlighted the influence of the kind of solicitation on the relaxation kinetics of a brush/melt interface.We also observed that the relaxation kinetics and the conformation of the grafted chains may be altered when they are confined in a film which thickness is comparable to the radius of gyration of the chains. A systematic study using neutron reflectivity was conducted and highlighted an acceleration of the relaxation kinetics of the system below a critical thickness which could be interpreted in terms of a shift in the glass transition temperature.Secondly, we studied the slip of polymer solutions onto a grafted surface. The volume fraction of free chains in solution is an additional parameter which controls the degree of interpenetration between free chains and grafted chains. A first theoretical approach showed that different slip regimes can occur as a function of volume fraction. We have undertaken a first series of experiments using laser velocimetry after photobleaching to measure the surface velocity of flowing polymer solutions and to compare the experimental results to our theoretical approach.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre de l’amélioration du comportement électrique des isolateurs de lignes haute tension ; l’objectif est d’assurer une meilleure fiabilité et qualité d’alimentation en énergie électrique. Ce travail a été motivé par la nécessité de répondre à trois questions liées au comportement des isolateurs verre en zone polluée. La première porte sur la recherche d’une méthode permettant de calculer la tension de contournement des chaînes polluées selon le type d’isolateur et ses caractéristiques. La deuxième question concerne la différence de comportement entre les isolateurs en verre et les isolateurs en porcelaine de type « outerrib » ; ce type d’isolateurs présente une forme spécifique adaptée aux environnements à forte pollution. Les tensions de contournement ainsi que les trajectoires de l’arc sur les isolateurs en verre sont très différentes de celles observées avec les isolateurs en porcelaine. Et la troisième question est relative à la défaillance des isolateurs recouverts de silicone lors des essais en chocs (des impulsions de tension) à front raide. En effet, les isolateurs recouverts d’une couche de 0.3 mm (ou plus) de silicone hydrophobe explosent lorsqu’ils sont soumis à des impulsions de tension à front raide d’amplitude très élevée pendant un temps très court. Différents mécanismes pouvant être à l’origine de l’explosion/éclatement des isolateurs recouverts d’une couche de silicone sont discutés. Il ressort des différents tests et analyses que le mécanisme le plus probable semble être la fragmentation par plasma. En effet, suite à l’application d’une tension à front raide, d’amplitude très élevée, des canaux (fissures) microscopiques prennent naissance là où le champ électrique est le plus intense. L’application répétitive des chocs de tension conduit au développement de décharges dans ces canaux (rupture diélectrique de l’air) c’est-à-dire des arcs (canaux de plasma) qui se développent/propagent dans le volume de l’isolateur. La puissance déchargée (c’est-à-dire l’énergie stockée dans les condensateurs du générateur en des temps très courts) dans ces canaux à chaque choc étant très élevée, elle conduit à l’explosion de l’isolateur après quelques chocs (parfois 5 ou 6 suffisent): c’est la fragmentation par plasma. / This thesis deals with the improvement of the electrical behavior of insulators of high voltage lines; the objective is to ensure better reliability and quality of power supply. This work was motivated by the need to answer three questions related to the behavior of glass insulators in polluted areas. The first one concerns the search for method for calculating the flashover voltage of polluted chains according to the type of insulator and its characteristics. The second question concerns the difference in behavior between glass insulators and "outerrib" porcelain insulators; this type of insulator has a specific shape adapted to environments with high pollution. The flashover voltages as well as the trajectories of the arc on glass insulators are very different from those observed with porcelain insulators. And the third issue is the failure of silicon-coated insulators during shock tests (pulses) with a steep front. Indeed, insulators coated with a layer of 0.3 mm (or more) of hydrophobic silicone explode when subjected to very high amplitude steep-edge voltage pulses for a very short time. Different mechanisms that may be responsible for the explosion / puncturing of insulators covered with a layer of silicone are discussed. It appears from the various tests and analyzes that the most probable mechanism seems to be plasma fragmentation (cracking). Indeed, following the application of a steep front voltage, of very high amplitude, microscopic channels (fissures) originate where the electric field is most intense. The repetitive application of impulse voltages (shocks) leads to the development of discharges in these channels (breakdown of the air), i.e.; arcs (plasma channels) which develop / propagate in the volume of the insulator. The discharged power (i.e.; the energy stored in the capacitors of the generator in a very short times) in these channels (cracks) at each shock being very high, leads to the explosion of the insulator after some shocks (5 to 6 sometimes): it is the fragmentation by plasma or plasma cracking.

Data Handover est une librairie de fonctions adaptée aux systèmes distribués à grande échelle. Dho offre des routines qui permettent d'acquérir des ressources en lecture ou en écriture de façon cohérente et transparente pour l'utilisateur. Nous avons modélisé le cycle de vie de Dho par un automate d'état fini puis, constaté expérimentalement, que notre approche produit un recouvrement entre le calcul de l'application et le contrôle de la donnée. Les expériences ont été menées en mode simulé en utilisant la libraire GRAS de SimGrid puis, en exploitant un environnement réel sur la plate-forme Grid'5000. Par la théorie des files d'attente, la stabilité du modèle a été démontrée dans un contexte centralisé. L'algorithme distribué d'exclusion mutuelle de Naimi et Tréhel a été enrichi pour offrir les fonctionnalités suivantes: (1) Permettre la connexion et la déconnexion des processus (ADEMLE), (2) admettre les locks partagés (AEMLEP) et enfin (3) associer les deux propriétés dans un algorithme récapitulatif (ADEMLEP). Les propriétés de sûreté et de vivacité ont été démontrées théoriquement. Le système peer-to-peer proposé combine nos algorithmes étendus et le modèle originel Dho. Les gestionnaires de verrou et de ressource opèrent et interagissent mutuellement dans une architecture à trois niveaux. Suite à l'étude expérimentale du système sous-jacent menée sur Grid'5000, et des résultats obtenus, nous avons démontré la performance et la stabilité du modèle Dho face à une multitude de paramètres / Data Handover is a library of functions adapted to large-scale distributed systems. It provides routines that allow acquiring resources in reading or writing in the ways that are coherent and transparent for users. We modelled the life cycle of Dho by a finite state automaton and through experiments; we have found that our approach produced an overlap between the calculation of the application and the control of the data. These experiments were conducted both in simulated mode and in real environment (Grid'5000). We exploited the GRAS library of the SimGrid toolkit. Several clients try to access the resource concurrently according the client-server paradigm. By the theory of queues, the stability of the model was demonstrated in a centralized environment. We improved, the distributed algorithm for mutual exclusion (of Naimi and Trehel), by introducing following features: (1) Allowing the mobility of processes (ADEMLE), (2) introducing shared locks (AEMLEP) and finally (3) merging both properties cited above into an algorithm summarising (ADEMLEP). We proved the properties, safety and liveliness, theoretically for all extended algorithms. The proposed peer-to-peer system combines our extended algorithms and original Data Handover model. Lock and resource managers operate and interact each other in an architecture based on three levels. Following the experimental study of the underlying system on Grid'5000, and the results obtained, we have proved the performance and stability of the model Dho over a multitude of parameters

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Les limites des nanovecteurs commerciaux ou actuellement en développement ont motivé l’élaboration de nouvelles nanoparticules mésoporeuses de silice (MSNP), hybrides et multiphasées, pour le contrôle de la délivrance d’actifs à application théranostique. Ainsi, de nouvelles MSNP ont été conçues pour la pénétration intracellulaire (diamètre entre 30 et 60 nm, taille des pores de 2,8 nm). Afin de les rendre hémocompatibles et de contrôler la cinétique de délivrance de principes actifs encapsulés, ces MSNP ont été enrobées d’une bicouche lipidique (MSNP+@SLB-). La composition lipidique s’inspire des membranes asymétriques des globules rouges ciblés par la présente étude.La technologie MSNP+@SLB- ayant montré des limites avec une cinétique de libération trop élevée de la calcéine et trop lente de la rhodamine B, deux améliorations majeures ont été apportées :1- Le recouvrement des SLB par un nanogel d’alginate, permettant un excellent contrôle de la libération d’actifs.2- L’insertion de nanoparticules magnétiques dans le coeur des MSNP, déclenchant la libération de l’actif par hyperthermie.Ces nouvelles architectures de nanovecteurs permettent de moduler les cinétiques de délivrance d’actifs, renforçant et élargissant ainsi le champ d’applications des vecteurs silicés dans les domaines biomédical ( Voie orale et intraveineuse) et dermato-cosmétique (Voie topique). / The limitations of commercial nanovectors or currently under development have motivated the development of new hybrid and core shell mesoporous silica nanoparticles (MSNP) for the control of molecular delivery.Therefore, new MSNP were designed for intracellular penetration (diameter between 30 and 60 nm, pore size of 2.8 nm). In order to make them hemocompatible and to control the kinetics of delivery of encapsulated active ingredients, these MSNP were coated with a lipid bilayer (MSNP+@SLB-). The lipid composition is inspired by the asymmetric membranes of the red blood cells.Since the MSNP+@SLB- technology has shown some limitations associated to the release of payloads which can be too fast (in the case of calcein) or to slow (case of rhodamine B), two major improvements have been made:1- The coating of SLB by an alginate nanogel, allowing an excellent control of the release of active molecules.2- Insertion of magnetic nanoparticles in the MSNP core, triggering the release of the active ingredient by hyperthermia.These new nanovector architectures enable the fine tuning of active ingredient delivery kinetics, reinforcing and expanding the applications of silicated vectors in the fields of biomedicine (oral and intravenous) and dermato-cosmetics (topical).

Cette thèse traite de trois modèles de géométrie aléatoire: les mosaïques de Poisson-Voronoi, les mosaïques poissoniennes d'hyperplans et le modèle de fissuration unidirectionnel de Rényi-Widom. Nous montrons tout d'abord l'équivalence entre les deux approches historiques pour l'étude statistique des mosaïques: la convergence des moyennes ergodiques et la définition au sens de Palm de la cellule typique. Nous donnons ensuite en dimension deux la loi du nombre de sommets de la cellule typique et conditionnellement à ce nombre, les lois des positions des frontières, de l'aire et du périmètre. De plus, nous explicitons la loi conjointe des rayons des disques centrés en l'origine inscrit dans (resp. circonscrit à) la cellule typique et nous en déduisons le caractère circulaire des "grandes cellules". Dans le cas Poisson-Voronoi, nous relions en toute dimension la fonction spectrale de la cellule typique au pont brownien, ce qui permet en particulier d'estimer asymptotiquement la loi de la première valeur propre en dimension deux. Dans le cas des mosaïques poissoniennes d'hyperplans, nous exploitons les techniques de Palm pour en déduire une construction explicite en toute dimension de la cellule typique à partir de sa boule inscrite et de son simplexe circonscrit. Une preuve rigoureuse d'un résultat de R. E. Miles lorsqu'on épaissit les hyperplans est également donnée. Par ailleurs, nous modélisons un phénomène de fissuration par un processus unidimensionnel stationnaire dont nous calculons la loi de la distance inter-fissures typique. Nous montrons en outre que les points successifs sont ceux d'un processus de renouvellement conditionné explicite.

Ce mémoire est consacré à trois modèles classiques de géométrie aléatoire : les mosaïques, les enveloppes convexes et le modèle booléen. Dans la première partie, on étudie les mosaïques poissonniennes d'hyperplans isotropes et plus particulièrement leur zéro-cellule qui est un polyèdre convexe aléatoire de l'espace euclidien. Deux cas particuliers de zéro-cellules sont la cellule typique de Poisson-Voronoi et la cellule de Crofton. On donne une formule explicite pour la loi du nombre de côtés d'une zéro-cellule en dimension deux. On s'intéresse au comportement asymptotique de cette loi et on fait le lien avec le problème de Sylvester des points en position convexe. On décrit ensuite la loi du rayon circonscrit ainsi que le comportement asymptotique du polyèdre à grand rayon inscrit au moyen de théorèmes limites. De cette manière et aussi par l'utilisation de la fréquence fondamentale, on apporte des précisions à l'énoncé de la conjecture de D. G. Kendall. La seconde partie a pour objet les enveloppes convexes de processus ponctuels de Poisson isotropes dans la boule-unité. On établit un résultat de type grandes déviations pour le nombre de sommets. On montre ensuite la convergence de la frontière de l'enveloppe après changement d'échelle et on en déduit des résultats de valeurs extrêmes, estimations de variance, théorèmes centraux limites et principes d'invariance pour certaines caractéristiques. Dans la troisième partie, on s'intéresse enfin aux modèles de recouvrement de type booléen de l'espace euclidien. Dans un premier travail, on applique une variante du modèle sans interpénétration des objets à la modélisation d'un phénomène de fissuration. On étudie ensuite la convergence de la composante connexe de l'origine d'un modèle booléen vers la cellule de Crofton en dimension deux. On s'intéresse enfin à la fonction de visibilité de cette composante connexe pour laquelle on obtient une estimée de la queue de distribution et des résultats de valeurs extrêmes.

Cette étude porte sur la synthèse et la caractérisation d'oxydes de titane à grandes surfaces spécifiques et avec des tailles de pores dans le domaine des mésopores. Après une analyse critique de la bibliographie, nous avons choisi différentes voies de synthèse en vue de structurer l'oxyde de titane. L'obtention d'une mésoporosité a été faite par : utilisation d'agents structurants de type tensioactif cationique et non-ionique, par voie sol-gel en présence de porogène et par recouvrement de MTS siliciques mésoporeux par une monocouche de TiO2. Des oxydes de titane de 200 à 400 m²/g de surface spécifique et de taille de pores de 60 à 140 Å ont été obtenus. Ils ont ensuite été fonctionnalisés par des acides phosphoniques comportant soit des fonctions basiques (guanidine) soit des fonctions hydrophobes (chaîne alkyle C8). Les matériaux hybrides ainsi obtenus pourront être utilisés pour faire de la catalyse basique hétérogène.