Aux petites échelles, les équilibres physiques sont bouleversés. En particulier, les forces de contact, de friction et d'adhésion deviennent prépondérantes au regard des autres effets, perturbant ainsi la manipulation des entités appartenant au micro-monde.<br />Ce travail apporte une contribution aux techniques de micromanipulation sans contact dans les microsystèmes intégrés. En nous appuyant sur le principe de la lévitation diamagnétique, qui bénéficie très favorablement de la réduction d'échelle, nous supprimons tout contact physique entre les dispositifs et les microparticules manipulées.<br />Ce point clé nous a permis de démontrer, à travers des structures intégrées et/ou prototypes, la faisabilité d'une microfluidique digitale dans l'air et sans contact, et entre autres le confinement, le micropositionnement et l'actionnement sans contact de divers bioparticules. Ces réalisations ouvrent des perspectives intéressantes au développement de microréacteurs biochimiques sans contamination.

Aujourd'hui, la prolifération de matériel peu coûteux tels que les caméras et les microphones capables de capturer du contenu multimédia de façon ubiquitaire a conduit à l'émergence des réseaux de capteurs sans fil multimédia/vidéo (RCSFM /RCSFV). En conséquence, un grand éventail d'applications peuvent être projetées dans de nombreux domaines de la vie de tous les jours. Par rapport aux réseaux de capteurs traditionnels (RCSF), les RCSFVs présentent des défis uniques principalement en raison de la grande quantité de données à capturer et à transmettre au-dessus d'un réseau contraint en ressources. Un certain niveau de qualité de service peut être exigé en termes de délai, bande passante, gigue, fiabilité, qualité de perception de la vidéo, etc. Dans ce travail, nous visons le problème du routage de données vidéo dans un RCSF. De nombreux protocoles de routage ont été proposés dans la littérature. Ils peuvent être qualifiés de plat ou hiérarchique en vue de l'organisation du réseau. Dans une topologie plate, tous les noeuds ont les mêmes fonctionnalités où chacun peut participer au processus de routage. Cependant, dans une architecture hiérarchique, les capteurs sont organisés en groupes (clusters) permettant une plus grande évolutivité, moins d'énergie consommée et donc une plus longue vie pour l'ensemble du réseau. Parmi les protocoles de routage existants, peu considèrent spécifiquement la transmission de données intensives comme la vidéo. Dans ce travail, nous avons d'abord proposé un protocole de routage hiérarchique appelé ELPC (Energy Level Passive Clustering) dont l'objectif principal est d'améliorer la durée de vie du réseau en présence de flux vidéo. Ceci est obtenu grâce à l'équilibrage des charges au moment de la construction de la topologie où le rôle de tête de groupe est alterné entre les noeuds candidats en fonction de leur niveau d'énergie. La deuxième contribution consiste en un protocole de routage multichemin qui prend les interférences inter-chemin en considération. En effet, en permettant la transmission de plusieurs flux concurrents, le délai de bout en bout se trouve réduit et les besoins de l'application en termes de bande passante peuvent être satisfaits. Au lieu de supprimer complètement les interférences, notre protocole de routage multichemin tente de les minimiser en se basant sur l'ajout d'informations supplémentaires sur les noeuds voisins dans les messages de construction de la topologie. De plus, nous proposons un schéma de files d'attente à priorités multiples où l'influence des types de données dans une vidéo est considérée. Les résultats des simulations montrent que l'utilisation de chemins moins interférents combinée à un régime de multipriorité permet une meilleure qualité vidéo.

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.

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

Au cours de cette thèse, nous avons développé un outil numérique, basé sur une formulation intégrale en éléments de frontière, qui permet une analyse classique du comportement d'une fissure 3D soumise à des sollicitations mécaniques complexes. Cet outil industriel est destiné à être intégré dans un code de calcul à usage industriel. Dans le but d'appréhender l'impact de la microstructure sur le comportement en fissuration fragile, nous nous sommes intéressés aux modèles de comportement non local. Nous avons commencé par adopter le modèle de comportement élastique non local de Eringen, qui permet de décrire plus finement le comportement élastique au voisinage de la fissure en prenant en compte les interactions à longue distance au sein du matériau. Cette modélisation du comportement conduit, contrairement à l'approche classique, à un un champ de contrainte fini sur le front de la fissure et localement maximal en avant du front. Ces résultats montrent qu'il est possible de prévoir la stabilité et la direction de propagation de la fissure à l'aide d'un critère plus simple et plus naturel, basé sur les variations du champ de contrainte au voisinage du front de la fissure. La stratégie numérique adoptée permet de traiter indifféremment des cas de fissure en traction, compression, cisaillement ou sollicitation mixte. L'intérêt de l'approche non-locale étant clairement démontré, nous avons considéré la version améliorée du modèle de Eringen telle que proposée par Polizzotto. Cette modélisation est la plus appropriée pour les milieux finis et requiert une mise en oeuvre numérique particulière. Les bases d'une méthodologie numérique, initiée par R. Kouitat ont été établies. Cette méthode est fondée sur un couplage des éléments de frontière avec une méthode de collocation par points d'équations aux dérivées partielles. Les premiers résultats obtenus dans ce cadre sont très encourageants et montrent qu'il sera effectivement possible de traiter le phénomène irréversible de fissuration de la même façon que les problèmes de plasticité / In this thesis, we have developed a numerical tool, based on a classical boundary elements method, which allows a conventional analysis of a stationary crack in a 3D specimen under complex mechanical loading. In order to assess the impact of the microstructure on the brittle fracture, we were interested in non local models of behavior. First, we have adopted the non local elastic model due to Eringen. This refined constitutive equation allows to account for long range interactions in the description of the elastic behavior in the vicinity of the crack front. Unlike the traditional approach, this type of model leads to a finite stress field at the crack front. Moreover, the stress is locally maximal ahead of the front. These interesting results indicate that it is possible to predict the stability and direction of crack propagation in a simple and more naturel way by using stress based criteria. The implemented numerical strategy can handle cases of crack in tension or compression, under shear stress or mixed loadings. Having clearly highlighted the interest of non local models, we have adopted the improved version of Eringen elastic model as proposed by Polizzotto. This elastic model is applicable to finite domains and requires a specific numerical treatment. The basis of such a numerical strategy initiated by R. Kouitat has been established. The method couples the conventional boundary element method with local point interpolation of a strong form differential equation. Promising results are obtained and show that with such modeling of material behavior, it is possible to describe the irreversible process of fracturing in a similar way as plasticity

Cette thèse porte sur les problèmes de déploiement des Réseaux de Capteurs sans Fil (RCsF). Elle suit trois directions principales : (1) le déploiement aléatoire, (2) le déploiement déterministe, et (3) l'auto-déploiement. En premier lieu, nous présentons une étude sur le placement aléatoire des capteurs dans les RCsF et nous élaborons une stratégie pratique de déploiement aléatoire. Ensuite, dans le cadre d'un déploiement déterministe, nous analysons le problème de gestion des imperfections liées à la collecte des données par les capteurs. Nous discutons les modèles de couverture et les algorithmes de placement existants et nous exploitons la théorie de l'évidence pour concevoir des stratégies de déploiement plus efficaces. Enfin, nous explorons les stratégies d'auto-déploiement existantes et nous élaborons un protocole en deux phases, léger et complet, pour assurer une couverture optimisée de la zone contrôlée en utilisant un RCsF mobile. Les résultats obtenus montrent l'efficacité des approches proposée qui ont été étudiées à la fois sur des données synthétiques que sur un test expérimental / This dissertation is an in-depth investigation of the Wireless Sensor Networks (WSNs) deployment problems that follows three general directions: (1) random deployment, (2) deterministic deployment, and (3) self-deployment. First, we present a survey and taxonomy of random node placement in WSNs and we devise a practical random deployment strategy. Second, we analyze the uncertainty-aware deterministic WSNs deployment problem where sensors may not always provide reliable information. We discuss sensor coverage models and placement algorithms found in the literature and we investigate the evidence theory to design better deployment strategies. We devise evidence-based sensor coverage models and we propose several polynomial-time uncertainty-aware deployment algorithms. Third, we explore the published self-deployment strategies and we devise a lightweight and comprehensive two-phase protocol, for ensuring area coverage employing a mobile WSN. Experimental results based on synthetic data sets, data traces collected in a real deployment, and an experimental test, show that the proposed approaches outperform the state-of-the-art deployment strategies

Dans le contexte des réseaux de capteurs sans fil, la technique de localisation ”range-free” est plus efficiente, par rapport au principe ”range-based”. Par conséquent, nous avons focalisé nos travaux de cette thèse sur les techniques ”range-free”. Afin de permettre à chaque noeud mobile ou normal de choisir son propre algorithme de localisation, nous avons proposé un mécanisme adapté en scindant les noeuds normaux en deux classes: les noeuds de la première classe ont au moins 3 ancres voisines, alors que les noeuds de la deuxième classe ont moins de trois ancres voisines. Pour les noeuds normaux de la classe 1, nous avons proposé un nouvel algorithme ”Mid-perpendicular”. Pour les noeuds normaux de la classe 2, nous avons proposé deux nouveaux algorithmes ”Checkout DV-hop” et ”Selective 3-Anchor DV-hop”.Pour simuler et évaluer la performance de nos trois nouveaux algorithmes dans le contexte protocolaire des réseaux, nous avons pris soin de proposer deux protocoles associés : ”DV-hopprotocol” et ”Classe-1 protocol”. Par la suite, nous avons combiné ces deux protocoles pour obtenir notre ”adaptive range-free localization protocol”. Basé sur nos protocoles, en utilisant le simulateur WSNet, nous avons simulé différents algorithmes ”range-free” dans le contexte des réseaux de capteurs conformes au standard IEEE 802.15.4. Les résultats ont été présentés et analysés en termes de précision de la localisation, charge du réseau, mobilité des noeuds, et synchronisation de ces derniers. / In the context of wireless sensor networks, the range-free localization technique is more costeffective than the range-base scheme. Therefore, in this thesis we focus on the range-free technique.In order to permit each normal node to choose its suitable localization algorithm, we proposed anadaptive mechanism to categorize normal nodes into two classes: the normal nodes having at least 3 neighbor anchors are class-1 nodes, while others are class-2 nodes. For class-1 normal nodes, we proposed a new algorithm named as Mid-perpendicular. For class-2 normal nodes, we proposed twoalgorithms Checkout DV-hop and Selective 3-Anchor DV-hop.In order to simulate and evaluate the performance of our three new algorithms, we proposed two protocols: DV-hop protocol and Class-1 protocol. Then we combined these two protocols into our adaptive range-free localization protocol. Based on our protocols, using the network simulator WSNet,we simulate the concerned range-free localization algorithms in the IEEE 802.15.4 wireless network.The comparative network simulation results are presented and analyzed in terms of localization accuracy, overhead, node mobility, and node synchronization

Le challenge de la consommation d'énergie dans les réseaux de capteurs sans fil constitue un verrou technologique qui reste un problème ouvert encore aujourd'hui. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans la problématique de la conservation de l'énergie dans les réseaux de capteurs et s'articulent autour de deux axes. Dans la première partie, nous abordons le dimensionnement des protocoles de découverte de voisinage. Nous proposons deux techniques de dimensionnement de ces protocoles qui visent à optimiser la consommation d'énergie des nœuds capteurs. La première technique, PPM-BM, consiste à dimensionner le protocole de découverte de voisins en fonction du niveau de batterie du nœud. La deuxième approche, ECoND, vise à ajuster la fréquence de découverte de voisins en fonction de la connectivité estimée à chaque instant. Cette technique tire profit des cycles temporels des modèles de mouvement des nœuds. La connectivité est estimée en se basant sur l'historique des rencontres. La découverte de voisins est ajustée en fonction du taux de connectivité estimé. Les résultats enregistrés mettent en évidence l'efficacité de ces deux techniques dans l'optimisation de la consommation d'énergie des nœuds sans affecter les performances de taux de livraison de messages et d'overhead. La deuxième partie de la thèse concerne l'optimisation des performances des réseaux de capteurs en termes de durée de vie. Nous reconsidérons dans cette partie certains protocoles de routage relevant du domaine des réseaux à connectivité intermittente et nous proposons le protocole EXLIOSE qui se base sur la capacité d'énergie résiduelle au niveau des nœuds pour assurer un équilibre énergétique, partager la charge et étendre à la fois la durée de vie des nœuds ainsi que celle du réseau / The challenge of energy consumption in wireless sensor networks is a key issue that remains an open problem. This thesis relates to the problem of energy conservation in sensor networks and is divided into two parts. In the first part, we discuss the design of neighbor discovery protocols. We propose two techniques for modulating these protocols in order to optimize the energy consumption of sensor nodes. The first technique, PPM-BM aims to modulate the neighbor discovery protocol based on the battery level of the node. The second approach ECoND aims to set up the frequency of neighbor discovery based on estimated connectivity. This technique takes advantage of the temporal cycles of nodes' movement patterns. Connectivity is estimated based on encounters' history. A neighbor discovery is set up based on the estimated rate of connectivity. The achieved results demonstrate the effectiveness of these techniques in optimizing the energy consumption of nodes while maintaining acceptable message delivery and overhead rates. In the second part of the thesis, we contribute to the optimization of the performance of sensor networks in terms of network lifetime. We review in this section some routing protocols for networks with intermittent connectivity and we propose EXLIOSE protocol which is based on residual energy to ensure energy-balancing, load sharing and network lifetime extending

Tout au long du siècle dernier, l’électronique s’est révélé être un progrès technologique majeur, et ses applications sont tellement nombreuses qu’elles ont envahi notre vie de tous les jours. De par leurs propriétés bien spécifiques, les semi-conducteurs organiques représentent une remarquable alternative aux matériaux inorganiques utilisés actuellement. Cependant, leurs propriétés électriques peuvent être limitées, et l’efficacité des dispositifs composés de tels matériaux ne permet pas encore de rivaliser avec ceux basés sur des matériaux inorganiques. Dans ce contexte, ce travail de thèse a pour objectif de synthétiser et caractériser de nouveaux polymères conjugués et d’étudier leurs propriétés, dans le but d’ajouter de nouveaux matériaux au déjà riche catalogue de polymères semi-conducteurs disponibles, ainsi que de permettre une meilleure compréhension de la relation structure-propriétés dans les systèmes conjugués. Des copolymères alternés composés de motifs carbazole, benzothiadiazole ou encore squaraine ont été synthétisés et caractérisés. De plus, des polymérisations originales et sans catalyseurs métalliques ont été développées. / Within the last century, electronics have become a major technological breakthrough and the resulting applications are so numerous that it has invaded our every-day life. Due to their properties, organic semiconductors have attracted much attention and represent a great alternative to the nowadays used inorganic materials. However, their electrical properties can be limited, and the efficiencies of the resulting devices are still not completely competitive against the inorganic-based ones. In this context, this PhD goal was to synthesize novel conjugated polymers (CPs) and investigate their properties, in order to add novel materials to the already wide catalogue of semiconducting polymers and allow a better comprehension of the structure-properties relationship in conjugated systems. Alternated copolymers based on carbazole, benzothiadiazole, or squaraine were synthesized and characterized. Furthermore, original and metal catalyst-free polymerizations were successfully developed.