Avec une réduction de la taille des composants en constante progression, le domaine de la microélectronique, et d'une manière plus globale, le domaine de la nanofabrication se doit de posséder des outils de métrologie dimensionnelle performants. L'amélioration de points pertinents comme la rapidité, la précision et la répétabilité devrait permettre un suivi en temps réel de l'évolution des procédés et ainsi améliorer les rendements de production tout en limitant les pertes imputables aux dérives des procédés. Dans ce cadre, la scattérométrie, technique optique de métrologie dimensionnelle basée sur l'analyse de la lumière diffractée, a montré, suivant les cas, des capacités à répondre aux exigences des applications temps réel. Elle se décompose en une phase de mesure, effectuée par un dispositif expérimental (ellipsomètre dans notre cas) et une phase de résolution de problème inverse. La méthode utilisée pour traiter cette dernière phase conditionne la compatibilité avec le temps réel. La méthode des bibliothèques et une méthode utilisant des réseaux de neurones artificiels présentent les qualités requises. La première a déjà été validée pour le suivi d'un procédé de gravure en microélectronique et la seconde a été testée uniquement en statique à la suite d'une étape technologique. Cette thèse a pour but d'évaluer l'apport des réseaux de neurones en scattérométrie dynamique. Basée sur des critères qualitatifs et quantitatifs, cette étude souligne également la difficulté de comparer avec objectivité les différentes techniques de métrologie. Ces travaux dressent également une comparaison minutieuse de ces deux méthodes adaptées au temps réel afin d'en dégager les spécificités de fonctionnement. Enfin, la scattérométrie par l'approche des réseaux de neurones est étudiée dans le cas de la gravure de résine par plasma. En effet, il s'agit d'un procédé de fabrication en microélectronique pour lequel le contrôle in-situ est un enjeu important dans le futur. / The decrease of the components size has been widely witnessed in the past decades. Hence, microelectronic field, and more generally speaking, nanofabrication requires very efficient dimensional metrology tools. The improvement of relevant points like the speed, the accuracy and the repeatability of the tool will allow real time process monitoring and thus enhance the production yield while restricting the waste due to process drift. In this framework, scatterometry, an optical dimensional metrology technique based on the analysis of the diffracted light, has proven its ability to meet real time applications requirements. It is composed of a measuring phase, done by an experimental setup (ellipsometer in our case) and an inverse problem resolution phase. The chosen method used in order to process this last step determines the compatibility with real time. Library method and a method based on artificial neural networks possess the required qualifications. The first one has already been validated for etching process monitoring in microelectronics and the second one has been validated only on static cases after a technological step. This PhD involves assessing neural networks for dynamic scatterometry. Based on qualitative and quantitative criteria, this study underlines the difficulty of comparing different metrology techniques objectively. This work draws up a meticulous comparison of these two real time adapted methods in order to bring out their working specifications. Finally, scatterometry using neural networks is studied on a resist etching plasma case. In fact, this is a microelectronic fabrication process for which in-situ control is of an important concern in the future.

Dans le domaine des réseaux de distribution d'électricité, l'ouverture du marché de l'énergie à la concurrence et l'insertion massive des génératrices décentralisées d'énergie de ces dernières années conduisent à une profonde modification du fonctionnement et de l'exploitation des réseaux. Dans ce contexte, des solutions de pilotage de la consommation et de la production doivent être apportées, afin de permettre au réseau actuel d'accueillir les nouvelles unités de production et les charges de demain, telles que les panneaux photovoltaïques, les micro-éoliennes, la cogénération, les véhicules électriques, les maisons intelligentes, etc. Ces pilotages permettent d'influencer la consommation et la production instantanées des utilisateurs du réseau. Ainsi, il devient possible d'agir sur la consommation de façon à lisser les pics ou synchroniser la demande aux périodes de forte production des énergies renouvelables. De la même façon, la production peut être pilotée pour participer aux services systèmes. Ces stratégies de pilotage, basées sur l'utilisation des nouvelles technologies de l'information et de la communication, ont pour objectifs d'éviter une dégradation de la qualité de l'onde de tension et une reconstruction complète du réseau de distribution, qui serait économiquement très couteuse. Ces travaux, intégrés au projet GreenLys, financé par l'agence française de l'environnement et de la maitrise de l'énergie, évaluent l'impact des génératrices décentralisées d'énergie et des véhicules électriques sur le réseau de distribution, puis développent des solutions de pilotage. Deux types de pilotage sont étudiés : le pilotage de la phase de raccordement d'une installation monophasée, puis le pilotage de la puissance réactive des génératrices décentralisées d'énergie. Ces pilotages sont développés en s'appuyant sur les nouveaux composants des réseaux électriques de demain, comme les compteurs intelligents. Dans une dernière partie, les stratégies de pilotage développées sont évaluées sur des équipements réels à partir d'une plateforme de simulation hybride temps réel. / In the electricity distribution network field, because of the electricity market opening and the large-scale insertion of dispersed generators (DJ) in these last years, the network undergoes radical modification in both operation and exploitation. In this context, some new integration solutions are invented in order to be able to connect the DJ, as photo-voltaic panels, micro wind turbines, cogeneration units, etc, and the new loads, as electric vehicles and smart home, without reduce the voltage wave quality or involve a very expensive power systems reinforcement. The objectives of those solutions are to influence the consumer consumption in order to reduce the peak consumption level and shift the consumption on the high renewable production period, and control the DJ output to participate to the service system. The new information and communication technologies (NICT) are strongly used in the development of those control strategies. This PhD work is including in the French project GreenLys supported by the French environment and energy management agency. GreenLys is a 4 years project focus on the development of a real scale Smart Grid in the two French cities Lyon and Grenoble. As a first step, this work evaluating the impact of the DJ and the electric vehicle on the distribution network. From the result of this impact study, two types of decentralized control strategies are investigated. The first one is focus on the phase connection. Since the majority of consumers and DJ connected on the distribution grid are single phases, methods allowing to choose the best phase connection are study. The second one is focus on new DJ reactive power control strategies. In the last part, the strategies are evaluated on a Power Hardware In the Loop simulation and real solar inverter.

Ce rapport de thèse présente une étude de la dynamique transitoire de molécules de taille réduite en solution induite par photoexcitation. Celle-ci est réalisée au travers d'une expérience de mesure de diffusion de rayons X aux grands angles (TR-WAXS). La partie principale de ce rapport s'articule autour de la dertermination des structures transitoires avec l'utilisation de plusieurs schémas structurelles d'optimisation. Certains résultats obtenus par TR-WAXS sont complétés avec ceux obtenus par spectroscopie optique résolue dans le temps (TOAS) ainsi que par spectroscopie d'émission de rayons X de ces molécules (TR-XES) permettant une plus complète description de ces systèmes.Ce travail est composé de 4 differents projets lesquelles peuvent être regroupé en 2 groupes selon le type de réaction declenchées par photoexcitation: dissociation et transfert d'électron. Le premier groupe comprends la molécule triatomique de mercure, halogénure métallique et le triiodide où nous étudions la dynamique de recombinaison des photofragments libres. Cette partie démontre la possibilité de développer de nouvelles connaissances concernant la dynamique de ces modèles, comme par exemple, la découverte de la recombinaison par canaux ou bien par l'apparition de réactions intermédiaires en moins de 100 ps, correspondant à la longueur de l'impulsion de rayons X générée par le synchrotron, mise en évidence en utilisant la technique de découpage temporelle. Le deuxième groupe de systèmes est composé de complexes de métaux de transition, très pertinents pour les applications liées à la récolte de lumière, [Fe(NHC)2]2+ et Ru=Co, où le spin et les structures dynamiques sont étudiées. Ces projets prolongent de précedents travaux à une famille de systèmes plus complexes avec un numéro atomique bas (première colonne de transition metallique) et fait la lumière sur de nouveaux composés en photochimie. / This thesis investigates photoinduced transient dynamics of small molecules in solution with the use of time-resolved wide angle x-ray scattering (TR-WAXS). The core of the thesis is the precise determination of transient structures with the use of various structural optimization schemes. Some of the TR-WAXS results are supplemented with transient absorption optical spectroscopy (TOAS) and time-resolved x-ray emission spectroscopy (TR-XES) measurements allowing for a more complete description of the systems.par The work includes four different projects which can be grouped into two classes according to the type of reaction appearing upon photoexcitation: dissociation and electron transfer. The first class includes the simple triatomic molecules mercury halides and triiodide where we study the recombination dynamics of the free photofragments. This part of the thesis demonstrates the possibility to gain new knowledge about the dynamics of these model systems such as new recombination channels and reaction intermediates appearing in less than 100 ps, the xray pulse length from the synchrotron, by the use of time-slicing technique. The second class of systems includes transition metal complexes that are highly relevant for light harvesting applications, [Fe(NHC)2]2+ and Ru=Co, where the spin and structural dynamics are investigated. These projects extend previous work to a family of more complex systems constituted of relatively low-Z atoms (first row transition metals) and bring new insights into the photochemistry of the compounds.

Alors que les préoccupations concernant le réchauffement climatique deviennent de plus en plus sérieuses, l'une de ses premières causes: la consommation d'électricité, continue à croître. Une des manières d'endiguer le phénomène pourrait être de mieux équilibrer la consommation et la production, afin d'allumer moins de gros groupes de production, et de permettre l'intégration de plus de sources renouvelables. Le nouveau paradigme du marché de l'électricité incite les consommateurs à réduire leur pic de consommation, et à différer leur consommation quand la demande est moindre, à l'aide d'incitations tarifaires. De nouveaux algorithmes d'optimisation, et de nouvelles méthodologies sont donc nécessaires pour optimiser la puissance d'électrique utilisée par les consommateurs. Schneider Electric propose, à travers le projet européen Arrowhead, d'étudier trois cas applicatifs : un ascenseur avec plusieurs sources énergétiques, une usine manufacturière et un réseau d'eau potable. Pour chacune de ces trois applications, une méthodologie pour optimiser les pics de puissance consommée (parfois à l'aide d'une fonction de coût de l'électricité) est donnée, ainsi que des algorithmes d'optimisation. Dans le cas de l'ascenseur multi-sources, deux contrôleurs couplés sont proposés : l'un au niveau stratégique résolvant un problème linéaire, et l'autre à base de règles au niveau tactique. Dans le cas de l'usine, la méthodologie que nous avons utilisée pour faire des mesures, construire des modèles énergétiques, et finalement optimiser est expliquée. De plus, trois formulations linéaires, ainsi qu'une procédure de recherche locale, et une formulation naïve de programmation par contraintes sont données afin de résoudre le problème d'ordonnancement NP-difficile. Dans le cas du réseau d'eau, une formulation à contraintes quadratiques est utilisée pour comparer des plans de pompage optimisés avec la tactique utilisée habituellement dans le réseau. Les méthodes proposées entraînent des gains sur la facture énergétique de 1.5% à 114%, dépendamment du contexte. De plus, elles permettent aux consommateurs de participer au nouveau marché de l'énergie. Finalement, les connaissances retirées de l'étude de ces trois pilotes sont résumées, et des lignes directrices sont données pour l'optimisation de la facture énergétique d'un système quelconque consommant de l'énergie. / While concerns about global warming have never been so important, one of its first causes: global electricity consumption, is still growing. One way to stem the phenomenon could be to better balance demand and production, in order to switch on less big production groups and to allow the integration of more renewable production sources. The new paradigm of electricity market incites customers to reduce their electricity consumption peak and to shift their consumption when the demand is lower, by introducing economical incentives. Thus, new optimization algorithms and methodologies are needed at the customers side to optimize power usage over time. Schneider Electric proposes, through the Arrowhead European project, to study three application use-cases: an elevator with multiple electricity sources, a manufac- turing plant, and a drinking water network. For each of these use-cases, a methodology to optimize power consumption peaks (sometimes through an electricity cost function) is given, as well as optimization algorithms. For the multisource elevator case, two coupled controllers are proposed: one at the strategic level solving a linear problem, the other one rule-based at the tactical level. For the manufacturing plant, the methodology we used to monitor, build energy models, and finally optimize is explained. Furthermore, three linear formulations are given, as well as a simple local search procedure and a naive constraint satisfaction formulation to handle the NP-hard scheduling problem. For the water network use-case, a quadratically constrained formulation is used to compare optimized pumping plans with the Business As Usual tactic. The methods proposed bring between 1.5% to 114% savings on the energy bill, depending on the context. Moreover, they allow electricity consumers to participate in the demand-response market. Finally, the knowledge extracted from our three use-cases is summarized, and guide- lines are given to optimize the electricity bill of any electricity consumer system.

La notion d'instrumentalité peut être définie comme la relation corporelle entre un humain et un objet physique, dit instrument. Ce corps à corps intime, qui adresse simultanément les différents canaux sensoriels d'action et de perceptions humaines, constitue un vecteur pour la connaissance enactive. Cette relation instrumentale joue notamment un rôle clé pour la richesse expressive des instruments musicaux.Dans le contexte informatique, un vaste champ de recherche concerne l'interaction sensorielle avec des entités virtuelles par le biais de capteurs et d'actionneurs, notamment l'interaction gestuelle avec les systèmes à retour d'effort. D'une part, les Réalités Virtuelles, historiquement centrées sur la visualisation, focalisent essentiellement l'interaction gestuelle sur des propriétés spatiales, souvent au détriment de qualités dynamiques. D'autre part, les Instruments Musicaux Numériques sont essentiellement centrés sur le contrôle interactif de processus de synthèse sonore numériques, basés sur le traitement de l'information. Ces deux scénarii synthétisent des phénomènes sensoriels destinés à différents canaux perceptifs selon une approche multimodale, l'objet virtuel étant décomposé en sous-parties, liées entre elles par des relations de contrôle.Il est néanmoins possible de concevoir des systèmes permettant l'interaction instrumentale avec un objet virtuel simulé, avec une cohérence énergétique bidirectionnelle totale, du geste au son et réciproquement. Il est alors nécessaire de regrouper (a) un formalisme de modélisation physique permettant la création d'objets virtuels intrinsèquement multisensoriels, possédant à la fois des propriétés visuelles, acoustiques et haptiques, (b) des systèmes à retour d'effort de grande performance dynamique et (c) des architectures de calcul spécialisées, permettant une boucle de simulation synchrone réactive à haute vitesse.Le travail de cette thèse consiste en l'extension et la convergence des concepts et techniques ci-dessus pour la mise en œuvre d'une plateforme de création musicale instrumentale, dite MSCI (modeleur-simulateur pour la création instrumentale), en proposant une répartition multifréquence du calcul de simulation des instruments virtuels sur une nouvelle architecture matérielle synchrone. Un environnement de modélisation permet de concevoir intégralement l'instrument virtuel sur des principes mécaniques et physiques et de configurer le couplage physique entre celui-ci et l'utilisateur du monde réel lors de la simulation à retour d'effort.Il adresse entre autre la question de la répartition de la chaine instrumentale en zones à caractère majoritairement non-vibrant, dont la dynamique est de l'ordre du geste sensori-moteur humain, et en zones vibrantes, productrices du son. Ces deux parties de l'instrument peuvent être simulées à des fréquences différentes, adaptées aux phénomènes physiques dont elles sont le siège. Dans le cadre d'un formalisme de simulation physique garantissant la cohérence énergétique des objets simulés, la séparation multifréquence est une problématique nouvelle qui nécessite d'être abordée avec précaution, pour des questions de respect du couplage physique ainsi que de stabilité numérique.Il s'agit, à notre connaissance, du premier environnement de création musicale par modélisation physique modulaire permettant la manipulation instrumentale d'instruments virtuels multisensoriels, respectant une cohérence énergétique entre homme et instrument, et permettant de jouir du potentiel créatif de la synthèse sonore tout en retrouvant l'intimité et la richesse de l'interaction gestuelle instrumentale. Au delà du cadre musical, ce travail pose les bases et les outils technologiques pour un véritable art multisensoriel, adressant conjointement la vision, l'oreille ainsi que le geste humain. / The notion of instrumentality can be defined as the corporal relationship between a human and a physical object, called an instrument. This intimate situation simultaneously addresses the various human action and perception sensory canals, and constitutes a vector for enactive knowledge. In particular, this instrumental relationship plays a key role in the expressiveness of musical instruments.In the digital context, a vast area of research concerns sensory interactions with virtual entities, by means of sensors and actuators, including gestural interaction with force feedback systems. On the one hand the Virtual Reality domain, historically focused on visual aspects, generally focus gestural interaction on spatial features, often losing the focus of dynamic features. On the other hand, Digital Musical Instruments are essentially centered on interactive control of digital sound synthesis processes, grounded in information technologies and signal processing. These two approaches synthesize sensory phenomena destined to different perceptive channels following a multimodal approach, the virtual object being decomposed into subsections, linked together by control relations.It is however possible to conceive systems that allow for instrumental interaction with a virtual simulated object, maintaining total and bidirectional energetic coherence, from gesture to sound and reciprocally. In this case, it is necessary to bring together (a) a physical modeling formalism that allows creating intrinsically multisensory virtual objects that possess visual, acoustical and haptic properties, (b) force feedback systems with high dynamic performances and (c) specialized computation architectures that allow for a reactive, high rate synchronous simulation loop.The work of this thesis consists in the extension and convergence of concepts and techniques hereby mentioned here-above, in order to create a platform for instrumental musical creation, named MSCI (Modeleur Simulateur pour la Création Instrumentale), proposing a multi-rate architecture for the simulation of virtual musical instruments on a new dedicated simulation architecture. A modeling environment allows complete design of the virtual instrument based on mechanical and physical principles, and to configure the haptic coupling between this instrument and the user during the force-feedback simulation.Notably, it addresses the separation of the instrumental chain into zones which present mostly non-vibrating phenomena within a dynamic range close to the human sensory-motor gesture, and zones which vibrate at acoustical rates, producing sound. These two sections of the instrument may be simulated at different rates, adapted to the physical phenomena that they give birth to. In the scope of a physical modeling formalism that guarantees the energetic coherence of simulated objects, this multi-rate separation is a new topic that requires careful handling, in terms both or respect of the physical coupling and of numerical stability.To our knowledge, this is the first environment for musical creation by means of physical modeling that allows for instrumental manipulation of multisensory virtual instruments, respecting an energetic coherence between the human and the instrument, and therefore allowing embracing the creative potential of digital sound synthesis while disposing of the intimacy and expressiveness of instrumental gestures. Beyond the musical scope, this work provides the basis and the technological tools for the emergence of a true multisensory form of art, jointly addressing vision, hearing and gesture.

Les îles Galápagos sont un archipel d'îles volcaniques situées dans l'océan Pacifique, à 926 km à l'ouest de l'Equateur continental, dont elles font partie. Depuis 1978, les îles Galápagos sont déclarées patrimoine mondial. En raison de la croissance de la population, il existe plusieurs problèmes sociaux, économiques et environnementaux qui risquent la conservation de l'environnement des îles. Dans ce contexte, le gouvernement équatorien veut préserver son patrimoine écologique. Par conséquence, avec la participation de divers acteurs, principalement le ministère de l'Énergie et des Énergies renouvelables, il effectue plusieurs initiatives. Afin d'améliorer les services fournis sur les îles, cet objectif sera accompli grâce à la réduction de la consommation de carburants fossiles et donc des émissions de CO2. Donc, cette thèse a analysé l'impact des nouveaux services sur le réseau électrique, comme le remplacement obligatoire des véhicules conventionnels et des cuisinières pour des solutions efficaces et la proposition des solutions pour réduire les problèmes négatifs sur le réseau. En outre, une forte intégration de la génération distribuée a été considérée dans l'analyse. De plus, des solutions innovantes pour basse et moyenne tension ont été conçues et testées afin d’améliorer le service électrique sans affecter l'environnement et conserver ce patrimoine mondial. Par exemple, un programme DSM intelligent composé d'un schéma de temps d'utilisation (TOU) combiné avec la réponse de la demande (DR) a montré des résultats intéressants, l'installation d'un système de stockage d'énergie de batterie a également été testée, et les résultats de moyenne tension sont prometteurs. Un système de commutation automatique de phase a été adapté comme une solution pour réduire le déséquilibre en basse tension avec des résultats impressionnants. Le déploiement des réenclencheurs a démontré une amélioration considérable de la fiabilité avec un retour d’investissement très court. Considérant les technologies de l'information et de la communication, une pièce clé pour déployer Smart Grids, l'architecture de communication des réseaux de NAN/FAN/HAN a été abordée. Enfin, un Système de Gestion d’Energie pour la gestion optimale de l'énergie à Galápagos a été conçu. Toutes ces études représentent un défi important : la gestion optimale de l'électricité de réseau isolée sans énergie fossile. / The Galápagos Islands are an archipelago of volcanic islands located in the Pacific Ocean, 926 km west of continental Ecuador, of which they are a part. Since 1978, Galapagos Islands are accepted as Heritage World, due to the growth of the population, there are several social, economic and environmental problems, which endanger the environment conservation of the Islands.In this context, the Ecuadorian government desires to preserve its ecological heritage. Hence, with the participation of several stakeholders mainly the Ministry of Energy and Renewable Energy, it is releasing a lot of initiatives. In order to improve the general services that are provided in the islands, this goal will be achieved by means of reducing fossil fuel consumption and therefore CO2 emissions. Thus, this thesis has analyzed the impact of new services on the grid such as the mandatory replacement of conventional vehicles and cookers for efficient ones and to propose solutions for reducing negative issues originated on the network. Also, a strong integration of distributed generation is considered in the analysis.In addition, innovative solutions for both low and medium voltage have been designed and tested for improving the electrical service without affecting the environment and conserving this world heritage. For instance, a smart DSM program composed of Time of Use scheme combined with Demand Response has shown interesting results, the installation of a Battery Energy Storage System has been studied as well; the results in Medium Voltage are promising. An Automatic Phase Switching system is adapted like a solution for reducing unbalance in low voltage with impressive results. The deployment of reclosers has demonstrated a considerable improvement in the reliability with a Return on Investment very short.Considering the Information and Communication Technologies a key piece to deploy Smart Grids, the communication architecture of the Neighbor, Field and Home Area Networks is addressed. As last, an Energy Management System for performing optimal energy management within Galapagos is designed. All these studies have a significant challenge: the optimal management of electricity of isolated grid with zero fossil energy.

La quête de performance a été une constante à travers l’histoire des systèmes informatiques. Il y a plus d’une décennie maintenant, le modèle de traitement séquentiel montrait ses premiers signes d’épuisement pour satisfaire les exigences de performance. Les barrières du calcul séquentiel ont poussé à un changement de paradigme et ont établi le traitement parallèle comme standard dans les systèmes informatiques modernes. Avec l’adoption généralisée d’ordinateurs parallèles, de nombreux algorithmes et applications ont été développés pour s’adapter à ces nouvelles architectures. Cependant, dans des applications non conventionnelles, avec des exigences d’interactivité et de temps réel, la parallélisation efficace est encore un défi majeur. L’exigence de performance en temps réel apparaît, par exemple, dans les simulations interactives où le système doit prendre en compte l’entrée de l’utilisateur dans une itération de calcul de la boucle de simulation. Le même type de contrainte apparaît dans les applications d’analyse de données en continu. Par exemple, lorsque des donnes issues de capteurs de trafic ou de messages de réseaux sociaux sont produites en flux continu, le système d’analyse doit être capable de traiter ces données à la volée rapidement sur ce flux tout en conservant un budget de mémoire contrôlé La caractéristique dynamique des données soulève plusieurs problèmes de performance tel que la décomposition du problème pour le traitement en parallèle et la maintenance de la localité mémoire pour une utilisation efficace du cache. Les optimisations classiques qui reposent sur des modèles pré-calculés ou sur l’indexation statique des données ne conduisent pas aux performances souhaitées. Dans cette thèse, nous abordons les problèmes dépendants de données sur deux applications différentes : la première dans le domaine de la simulation physique interactive et la seconde sur l’analyse des données en continu. Pour le problème de simulation, nous présentons un algorithme GPU parallèle pour calculer les multiples plus courts chemins et des diagrammes de Voronoi sur un graphe en forme de grille. Pour le problème d’analyse de données en continu, nous présentons une structure de données parallélisable, basée sur des Packed Memory Arrays, pour indexer des données dynamiques géo-référencées tout en conservant une bonne localité de mémoire. / A busca por desempenho tem sido uma constante na história dos sistemas computacionais. Ha mais de uma década, o modelo de processamento sequencial já mostrava seus primeiro sinais de exaustão pare suprir a crescente exigência por performance. Houveram "barreiras"para a computação sequencial que levaram a uma mudança de paradigma e estabeleceram o processamento paralelo como padrão nos sistemas computacionais modernos. Com a adoção generalizada de computadores paralelos, novos algoritmos foram desenvolvidos e aplicações reprojetadas para se adequar às características dessas novas arquiteturas. No entanto, em aplicações menos convencionais, com características de interatividade e tempo real, alcançar paralelizações eficientes ainda representa um grande desafio. O requisito por desempenho de tempo real apresenta-se, por exemplo, em simulações interativas onde o sistema deve ser capaz de reagir às entradas do usuário dentro do tempo de uma iteração da simulação. O mesmo tipo de exigência aparece em aplicações de monitoramento de fluxos contínuos de dados (streams). Por exemplo, quando dados provenientes de sensores de tráfego ou postagens em redes sociais são produzidos em fluxo contínuo, o sistema de análise on-line deve ser capaz de processar essas informações em tempo real e ao mesmo tempo manter um consumo de memória controlada A natureza dinâmica desses dados traz diversos problemas de performance, tais como a decomposição do problema para processamento em paralelo e a manutenção da localidade de dados para uma utilização eficiente da memória cache. As estratégias de otimização tradicionais, que dependem de modelos pré-computados ou de índices estáticos sobre os dados, não atendem às exigências de performance necessárias nesses cenários. Nesta tese, abordamos os problemas dependentes de dados em dois contextos diferentes: um na área de simulações baseada em física e outro em análise de dados em fluxo contínuo. Para o problema de simulação, apresentamos um algoritmo paralelo, em GPU, para computar múltiplos caminhos mínimos e diagramas de Voronoi em um grafo com topologia de grade. Para o problema de análise de fluxos de dados, apresentamos uma estrutura de dados paralelizável, baseada em Packed Memory Arrays, para indexar dados dinâmicos geo-localizados ao passo que mantém uma boa localidade de memória. / The quest for performance has been a constant through the history of computing systems. It has been more than a decade now since the sequential processing model had shown its first signs of exhaustion to keep performance improvements. Walls to the sequential computation pushed a paradigm shift and established the parallel processing as the standard in modern computing systems. With the widespread adoption of parallel computers, many algorithms and applications have been ported to fit these new architectures. However, in unconventional applications, with interactivity and real-time requirements, achieving efficient parallelizations is still a major challenge. Real-time performance requirement shows up, for instance, in user-interactive simulations where the system must be able to react to the user’s input within a computation time-step of the simulation loop. The same kind of constraint appears in streaming data monitoring applications. For instance, when an external source of data, such as traffic sensors or social media posts, provides a continuous flow of information to be consumed by an online analysis system. The consumer system has to keep a controlled memory budget and deliver a fast processed information about the stream Common optimizations relying on pre-computed models or static index of data are not possible in these highly dynamic scenarios. The dynamic nature of the data brings up several performance issues originated from the problem decomposition for parallel processing and from the data locality maintenance for efficient cache utilization. In this thesis we address data-dependent problems on two different applications: one on physically based simulations and another on streaming data analysis. To deal with the simulation problem, we present a parallel GPU algorithm for computing multiple shortest paths and Voronoi diagrams on a grid-like graph. Our contribution to the streaming data analysis problem is a parallelizable data structure, based on packed memory arrays, for indexing dynamic geo-located data while keeping good memory locality.

Chez la brebis, les BMPs inhibent la synthèse et la libération de FSH. La détection des ARNm de certaines BMPs dans l’hypophyse et de leurs récepteurs sur les cellules gonadotropes suggère une action paracrine/autocrine des BMPs sur la production de FSH. L’objectif de cette thèse a visé à déterminer l’importance des BMPs hypophysaires, en particulier BMP-4, dans la régulation de la sécrétion de FSH chez la brebis. Nous montrons que l’expression des ARNm du système BMP-4,analysée par RT-PCR en temps réel, ne varie pas au cours du cycle oestrien ou in vitro quelque soit le temps d’incubation (6h-48h) et le traitement (GnRH, oestradiol, activine) des cellules hypophysaires.Afin de déterminer si les cellules hypophysaires ovines sécrètent des BMPs, des milieux conditionnés(MC) hypophysaires ont été soumis à un test d’activité biologique reposant sur des cellules embryonnaires transfectées avec un élément de réponse BMPs couplé au gène rapporteur luciférase.Aucun effet des MC n’a été observé sur l’activité luciférase comparé au milieu non conditionnésuggérant l’absence ou la très faible activité BMP des MC, et cela quelque soit le temps d’incubation(6h-48h) et le traitement (GnRH, oestradiol, activine) des cellules hypophysaires. Toutefois, nous détectons une activité inhibitrice de BMPs qui est augmentée par la GnRH et l’oestradiol suggérant l’implication d’inhibiteurs de BMPs dans la régulation de la production de FSH. En conclusion,l’ensemble de nos résultats n’est pas en faveur d’un rôle de BMP-4 hypophysaire dans la synthèse de FSH chez l’adulte. Un rôle des BMPs au niveau hypophysaire via la voie endocrine peut s’envisager puisque nous avons mis en évidence une bioactivité de type BMP dans le sérum ovin. Les inhibiteurs BMPs produits par l’hypophyse, qui restent à identifier, pourraient moduler la biodisponibilité des BMPs atteignant l’hypophyse par la voie sanguine. / BMPs inhibit FSH synthesis and release in ewe. The detection of BMP mRNAs in the pituitary as well as the colocalisation of the two types of BMP receptors on gonadotrope cells suggest that these BMPs can exert paracrine/autocrine actions on FSH production. The aim of this thesis work was to determine the importance of pituitary BMPs in the regulation of FSH production in the ewe. We showed that the level of mRNAs for BMP-4 system, analyzed by real-time RT-PCR, did not vary across the oestrous cycle or in vitro whatever the incubation period (6h-48h) and the treatment (GnRH, oestradiol, activin) of pituitary cells. By using a bioactivity test based on embryonic mesenchymal cells transfected with an expression construct containing a BMP-responsive element fused to firefly luciferase reporter gene,we detected no BMP activity within conditioned media from pituitary cells whatever the incubation period (6h-48h) and the treatment (GnRH, oestradiol, activin) of the pituitary cells. However, we detected a BMP inhibitory activity which is increased by GnRH and oestradiol suggesting the implication of BMP inhibitor(s) in FSH regulation. In conclusion, the results are not in favor of a role for pituitary BMP-4 in the regulation of FSH synthesis in adult ewe. An endocrine action of BMPs at pituitary level can be evoked since BMP bioactivity was detected within ovine serum. BMP inhibitors that remain to be identified can modulate the bioavailability of BMPs reaching the pituitary by the blood way.

Les bioprocédés industriels mettant en œuvre la culture de cellules animales sont devenus incontournables pour la production d’anticorps monoclonaux (AcM). Cependant, l'état physiologique des cellules et la qualité des AcM produits, en particulier leur glycosylation, sont tributaires des variations intervenant au cours du procédé. Il en découle des risques d'altération de l'efficacité et de la sûreté des AcM. C'est pourquoi, depuis quelques années, l'initiative Process Analytical Technology (PAT) encourage le développement du suivi en ligne de ces procédés, avec l'objectif de mieux les maîtriser et d'assurer la qualité finale des produits. Dans ce contexte, cette thèse propose des approches innovantes pour le suivi en ligne de procédés de culture de cellules CHO (Chinese Hamster Ovary) en bioréacteur, basées sur l'utilisation de trois types de spectroscopies in situ (diélectrique, Raman, proche infrarouge(NIR)). Le premier chapitre présente une nouvelle démarche permettant de prédire en temps réel l'état physiologique des cellules, au travers de la vitesse spécifique de croissance cellulaire (μ). A partir de la mesure en ligne de la permittivité grâce à la spectroscopie diélectrique, la µ a été calculée en temps réel, permettant de détecter le moment critique correspondant au moment où μ diminue. Comparée à une démarche hors ligne, l'utilisation de cette méthode pour le pilotage de cultures en mode recharge-récolte, permet d’assurer à la fois la quantité et la qualité de glycosylation des AcM. Le second chapitre aborde l'utilisation des spectroscopies NIR et Raman in situ combinées à des méthodes chimiométriques. Les performances de ces deux spectroscopies ont été comparées en parallèle. Des modèles en ligne ont été développés pour prédire la concentration de différents paramètres (cellules viables, glucose, lactate, glutamine, ions ammonium, anticorps). L'évaluation de ces modèles par facteurs de mérite (FOM), a révélé certains avantages de la spectroscopie Raman. La combinaison de ces deux spectroscopies par diverses stratégies de fusion de données a été également évaluée. Dans le troisième chapitre, l'intérêt de la spectroscopie Raman a été démontré pour le suivi en ligne, non seulement, de la concentration, mais aussi, de la glycosylation des AcM. Des modèles ont été développés pour la prédiction en ligne, à la fois, de la macro-hétérogénéité (sites de glycosylation), et de la micro-hétérogénéité (structures glycanniques) de la glycosylation des AcM dans le cas de cultures en mode discontinu et recharge-récolte. Le dernier chapitre a utilisé les spectroscopies NIR et diélectrique, en les intégrant à un « capteur logiciel » combinant des équations de bilans de matière. Ce « capteur logiciel », mis en œuvre au cours d'une culture en mode semi-continu pour le contrôle automatique du débit d'alimentation, a conduit à une augmentation de la productivité du procédé ainsi qu'à une meilleure glycosylation des AcM produits / Bioprocesses of mammalian cell culture have become essential for the production of therapeutic recombinant proteins, such as monoclonal antibodies (mAb). However, the physiological state of the cells and the quality of the mAb produced, in particular their glycosylation, may vary during the process, and may lead to the alteration of the safety and efficacy of the final product. Consequently, the Process Analytical Technology (PAT) initiative has encouraged the development of online monitoring techniques, with the aim to better control the process and ensure the quality of the final product. In this context, this thesis proposes innovative approaches for online monitoring of CHO (Chinese Hamster Ovary) cells bioreactor cultures, by using three types of in situ spectroscopic measurements (dielectric, Raman, near infrared (NIR)). The first chapter presents a novel approach to predict in real-time one of the major cell physiological state parameters, the specific growth rate (µ). Based on online permittivity measured by in situ dielectric spectroscopy, the cell concentration was estimated and µ was calculated in real-time, making possible to detect the critical moment when µ begins to decrease significantly. Compared to an offline approach, this online approach allowed to maintain the cells in a stable physiological state, ensuring the glycosylation of the mAb produced in feed-harvest cultures. The second chapter shows the use of in situ NIR and Raman spectroscopies combined with chemometric methods. For the first time, the performances of these two spectroscopies were compared in parallel in the same cultures. Online models were developed to predict in real-time the concentration of different parameters (viable cells, glucose, lactate, glutamine, ammonium ions and antibodies). The evaluation of these models by the multivariate Figures of Merit (FOM) revealed some of the advantages of Raman spectroscopy. The combination of the two spectroscopies by various data fusion strategies has also been evaluated. In the third chapter, the interest of Raman spectroscopy for the online monitoring of both the quantity and the glycosylation of the mAb was demonstrated. Models were developed for online prediction of both macroheterogeneity (glycosylation site occupancy) and microheterogeneity (glycan structures) of mAb glycosylation in batch and feed-harvest cultures. The last chapter used models previously developed for NIR and dielectric spectroscopies, to integrate into a “soft sensor” by combining with cell metabolic and mass balance equations. This “soft sensor”, implemented in a fed-batch cell culture for the automatic control of the feed rate, leads to an increased mAb productivity and better mAb glycosylation

L’objectif de cette thèse était de développer un capteur spectrophotométrique pour quantifier le benzène, le toluène et les xylènes (BTX) en temps réel aux valeurs limites d’exposition professionnelles, c’est-à-dire 20 ppmv pour le toluène, 50 ppmv pour les xylènes et 1 ppmv pour le benzène. L’étude a été menée avec plusieurs couches sensibles, un matériau silicique massif synthétisé par le procédé sol-gel ou des films minces (moins de 5 µm) déposés sur quartz par trempage-retrait dans une suspension de nanoparticules de silice mésoporeuse ou de précurseurs permettant d’obtenir des films fins continus de silice mésoporeuse. Nous avons pu démontrer l’efficacité de la détection des BTX en temps réel. L’utilisation des films mésoporeux a permis d’atteindre une répétabilité correcte du capteur (écart type <10%). Néanmoins, ni ces films de silice, ni leur fonctionnalisation par des groupements méthyle n’ont permis de résoudre le problème posé par l’humidité. Seule l'utilisation d'un sécheur que nous avons implémenté dans le dispositif de mesure a permis la détection du toluène en présence d'humidité ambiante. Dans cette configuration, les interférences de 40 ppmv de butanone, acétone et éthanol ont également été éliminées. Finalement la conception d’une cellule multiplaques a permis d’atteindre les limites de détection de 1 ppmv à 267 nm pour le toluène, 1 ppmv à 274 nm pour le p-xylène et 5 ppmv à 252 nm pour le benzène. Enfin, cette limite de détection peut être abaissée à 1 ppmv à 190 nm pour le benzène / The objective of this thesis was to develop a spectrophotometric sensor to quantify benzene, toluene and xylenes (BTX) in real time at the level of the occupational exposure limit values, ie 20 ppmv for toluene, 50 Ppmv for xylenes and 1 ppmv for benzene. The study was carried out with several sensitive layers, a solid silicic material synthesized by the sol-gel process or thin films (less than 5 μm) deposited on quartz by dip-coating a suspension of nanoparticles or a precursor solution leading to mesoporous silica thin films. We were able to demonstrate the effectiveness of BTX detection in real time. The use of continuous mesoporous films has enabled a correct repeatability of the sensor (standard deviation <10%). Nevertheless, neither these silica films nor their functionalization by methyl groups have solved the problem posed by moisture. Only the use of a dryer that we implemented in the measuring device allowed the detection of toluene in the presence of ambient humidity. In this configuration, interference of 40 ppmv of butanone, acetone and ethanol was also eliminated. Finally, the design of a multi-plate cell allowed to reach detection limits of 1 ppmv at 267 nm for toluene, 1 ppmv at 274 nm for p-xylene and 5 ppmv at 252 nm for benzene. Finally, this limit of detection can be lowered to 1 ppmv at 190 nm for benzene