Cette thèse démontre la faisabilité d'un intergiciel destiné aux grilles de calcul, prenant en compte la dynamicité de ce type de plateforme, et les impératifs des programmes parallèles à passage de message. Pour cela, nous mettons en avant l'intérêt d'utiliser une architecture la plus distribuée possible : nous reprenons l'idée d'une infrastructure pair-à-pair pour l'organisation des ressources, qui facilite notamment la découverte des ressources, et nous retenons les détecteurs de défaillance distribués pour gérer la tolérance aux pannes. La dynamicité de ce type d'environnement est également un problème pour le modèle d'exécution sous-jacent à MPI, car la panne d'un seul processus entraine l'arrêt de l'application. La contribution de P2P-MPI dans ce domaine est la tolérance aux pannes par réplication. Nous pensons qu'elle est la mieux adaptée à une architecture pair-à-pair, les techniques classiques basées sur le check-point and restart nécessitant un ou des serveurs de sauvegardes. De plus, la réplication est totalement transparente à l'utilisateur et rejoint ainsi l'objectif de simplicité d'utilisation que nous nous sommes fixés. Nous pensons que garder un environnement très simple d'utilisation, entièrement maîtrisable par un utilisateur, est un des facteurs permettant d'augmenter le nombre de ressources disponibles sur la grille. Enfin, la contribution majeure de P2P-MPI est la librairie de communication proposée, qui est une implémentation de MPJ (MPI adapté à Java), et qui intègre la réplication des processus. Ce point particulier de notre travail plaide pour une collaboration étroite entre l'intergiciel, qui connaît l'état de la grille (détection des pannes par exemple) et la couche de communication qui peut adapter son comportement en connaissance de cause.

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

Bien que le calcul quantique topologique soit tolérant aux fautes de manière intrinsèque à température nulle, cette protection topologique est perdue à toute température plus élevée. L'utilisation de méthodes servant à contrecarrer les effets délétères des excitations thermiques sera donc nécessaire pour construire un ordinateur quantique basé sur ces principes. Dans cette thèse, nous développons des outils de simulation numérique permettant l'analyse de systèmes donnant lieu à des anyons d’Ising. Nous présentons également une méthode de correction d'erreur pouvant être appliquée pour tout modèle anyonique non cyclique, abélien ou non. Cette procédure est fondée sur les travaux de Gács et de Harrington et est basée sur l'utilisation d'automates cellulaires. Une analyse détaillée démontre l'existence d'un taux de création d'excitations critique en deçà duquel l'information peut être protégée. Des simulations numériques permettent d’estimer ce dernier entre $10^{-4}$ et $10^{-3}$.

La pollution par les métaux lourds entraine des conséquences néfastes pour les sols et pour les communautés qui les colonisent. Afin d'étudier la diversité des mécanismes moléculaires mis en jeu par ces organismes en réponse au stress métallique, deux approches différentes ont été menées.Premièrement, une approche ciblée de caractérisation fonctionnelle de gènes impliqués dans l'homéostasie et la tolérance au zinc a été menée chez Laccaria bicolor, un champignon ectomycorhizien modèle à forte valeur économique ajoutée. L'homéostasie et la tolérance au zinc sont essentiellement liées à l'activité des transporteurs des familles ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) et CDF (Cation Diffusion Facilitator). Une étude phylogénétique a permis de mettre en évidence une expansion du nombre de gènes appartenant à ces deux familles dans le génome de L. bicolor, comparé à celui de S. cerevisiae. Le niveau d'expression de ces différents gènes a ensuite été étudié dans différents tissus fongiques ou en présence de différentes concentrations en zinc. L'étude s'est poursuivie par la caractérisation fonctionnelle et la localisation subcellulaire de plusieurs membres CDF et ZIP. L'ensemble de ces analyses ont permis d'affiner fortement les connaissances dans le domaine de l'homéostasie et de la tolérance au zinc chez les champignons ectomycorhiziens. Enfin, une approche expérimentale innovante de métatranscriptomique a également été utilisée. Cette étude du métatranscriptome a permis la comparaison de fonctions exprimées au sein de communautés de microorganismes eucaryotes colonisant des sols d'intérêt (contaminé, anciennement contaminé et non contaminé par des métaux lourds). Des banques environnementales d'ADNc construites à partir des ARN messagers extraits directement de ces sols ont été criblées par complémentation fonctionnelle de mutants de levures sensibles au zinc. Cette étude a permis l'identification de nouveaux gènes et de nouveaux mécanismes impliqués dans la résistance au zinc. La mise au point de cette approche ouvre de nouvelles perspectives intéressantes au niveau de la recherche fondamentale mais aussi de la recherche appliquée en permettant la détection de gènes d'intérêt, que l'organisme soit cultivable ou non / Heavy metal pollution leads to harmful impacts on lands and their associated communities. In order to study the diversity of the molecular determinants involved in metal tolerance by these organisms, two different strategies were employed. First, the mechanisms involved in zinc homeostasis and tolerance were studied by functional characterization of selected genes in Laccaria bicolor, an ectomycorrhizal model fungus with high economic value. Zinc homeostasis and tolerance mechanisms are mainly achieve d through the intracellular traffic of zinc mediated by transporters belonging to the ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) and CDF (Cation Diffusion Facilitator) families. Phylogenetic analyses revealed an expansion of both CDF and ZIP gene numbers in the genome of L. bicolor, when compared to that of S. cerevisiae. Gene expression was also studied in different fungal tissues or under different zinc concentrations in the culture medium. Moreover, the functional characterization of several CDF and ZIP members was performed, as well as their subcellular localization. These data allowed us to refine the knowledge on the molecular mechanisms involved in both zinc homeostasis and tolerance in ectomycorrhizal fungi. Finally, an innovative experimental approach of metatranscriptomics was used. The study of the soil metatranscriptome from eukaryotes allows the comparison of functions expressed in eukaryotic communities colonizing different types of soil (contaminated, formerly contaminated, or non-contaminated by heavy metals). Environmental cDNA libraries constructed from mRNA extracted directly from these soils were screened by functional complementation of yeast mutants sensitive to zinc. This study allowed the identification of new genes and new mechanisms involved in zinc resistance. The development of this approach opens new insights into both fundamental and applied research for the detection of genes of interest, whatever the organism is cultivable or not

Les architectures logicielles de contrôles sont le centre névralgique des robots. Malheureusement les robots et leurs architectures souffrent de nombreuses imperfections qui perturbent et/ou compromettent la réalisation des missions qui leurs sont affectés. Nous proposons donc une méthodologie de conception d'architecture de contrôle adaptative pour la mise en œuvre de la tolérance aux fautes.La première partie de ce manuscrit propose un état de l'art de la sureté de fonctionnement, d'abord générique avant d'être spécifié au contexte des architectures de contrôle. La seconde partie nous permet de détailler la méthodologie proposée permettant d'identifier les fautes potentielles d'un robot et d'y répondre à l'aide des moyens de tolérance aux fautes. La troisième partie présente le contexte expérimental et applicatif dans lequel la méthodologie proposée sera mise en œuvre et qui constitue la quatrième partie de ce manuscrit. Une expérimentation spécifique mettant en lumière les aspects de la méthodologie est détaillée dans la dernière partie. / The software control architectures are the decisional center of robots. Unfortunately, the robots and their architectures suffer from numerous flaws that disrupt and / or compromise the achievement of missions they are assigned. We therefore propose a methodology for designing adaptive control architecture for the implementation of fault tolerance.The first part of this thesis proposes a state of the art of dependability, at first in a generic way before being specified in the context of control architectures. The second part allows us to detail the proposed methodology to identify potential errors of a robot and respond using the means of fault tolerance. The third part presents the experimental context and application in which the proposed methodology will be implemented and described in the fourth part of this manuscript. An experiment highlighting specific aspects of the methodology is detailed in the last part.

Les systèmes de sécrétion de NO3– de la membrane plasmique des cellules végétales jouent un rôle important dans l'activité stomatique et la réponse des plantes à des stress biotiques et abiotiques. Malgré quelques avancées récentes, ces systèmes restent mal connus sur le plan moléculaire. Mon travail de thèse a consisté à caractériser le rôle physiologique de NAXT2, un membre du sous-groupe NAXT (NitrAte eXcretion Transporter) de la famille des transporteurs NRT1/PTR chez Arabidopsis thaliana. Mes résultats montrent que NAXT2 est un transporteur de NO3– et qu'il est principalement exprimé dans les cellules du péricycle de la racine, au voisinage des vaisseaux xylémiens. Sous contrainte saline et comparativement aux plantes sauvages (WT), un mutant knock-out pour NAXT2 (naxt2-1) présente un défaut de distribution du NO3– vers les feuilles et de sécrétion du NO3– dans la sève xylémienne, qui se traduisent par une diminution des teneurs en NO3– foliaires. NAXT2 est donc impliqué dans la charge du xylème en NO3– sous contrainte saline. Aucune des différences phénotypiques mises en évidence entre le mutant et WT sous contrainte saline n'a été observée sous stress osmotique ou en condition standard, suggérant que NAXT2 est essentiellement impliqué dans la réponse à la composante ionique du stress salin. Enfin, après un traitement salin prolongé, la biomasse foliaire de naxt2-1 est inférieure à celle de WT, ce qui indique que NAXT2 joue un rôle important dans l'adaptation des plantes aux contraintes salines modérées. Dans l'ensemble, ce travail suggère que NAXT2 est impliqué dans une fonction physiologique majeure, la translocation du NO3–, point de contrôle de la distribution du nitrate, et dans l'adaptation de la plante aux contraintes salines. / NO3– secretion systems at the plasma membrane of plant cells play an important role in stomata activity and plant response to biotic and abiotic stresses. Despite of few recent advances, these systems are still poorly known at the molecular level. During my thesis, I worked on the characterization of the physiological role of NAXT2, a member of the NAXT (NitrAte eXcretion Transporter) sub-group from the large NRT1/PTR transporters family in Arabidopsis thaliana. The results presented here show that NAXT2 is a NO3– transporter and that it is mainly expressed in root pericycle cells, close to the xylem vessels. Under salinity constraint and relatively to wild type plants (WT), a NAXT2 knock-out mutant (naxt2-1) displayed a defect in NO3– distribution towards the shoots and in NO3– secretion into the xylem sap, which lead to a decrease in shoot NO3– content. Thus, NAXT2 is involved in NO3– xylem loading under salinity constraint. None of the phenotypic differences described in this work between WT and mutant was observed under osmotic stress or standard culture conditions, suggesting that NAXT2 is specifically involved in response to the ionic component of salt stress. Finally, after a prolonged salt treatment, naxt2-1 shoot biomass was lower than that of WT, indicating that NAXT2 plays an important role in plant adaptation to mild salinity constraint. Altogether, this work suggests that NAXT2 is involved in a major physiological function, the NO3– translocation, control point of nitrate distribution and in plant adaptation to salinity constraint.

L'évolution de la technologie CMOS consiste à la miniaturisation continue de la taille des transistors. Cela permet la réalisation de circuits et systèmes intégrés de plus en plus complexes et plus performants, tout en réduisant leur consommation énergétique, ainsi que leurs coûts de fabrication. Cependant, chaque nouveau noeud technologique CMOS doit faire face aux problèmes de fiabilité, dues aux densités de fautes et d'erreurs croissantes. Par conséquence, les techniques de tolérance aux fautes, qui utilisent des ressources redondantes pour garantir un fonctionnement correct malgré la présence des fautes, sont devenus indispensables dans la conception numérique. Ce thèse étudie une nouvelle architecture hybride tolérante aux fautes pour améliorer la robustesse des circuits et systèmes numériques. Elle s'adresse à tous les types d'erreur dans la partie combinatoire des circuits, c'est-à-dire des erreurs permanentes (« hard errors »), des erreurs transitoires (« SETs ») et des comportements temporels fautifs (« timing errors »). L'architecture proposée combine la redondance de l'information (pour la détection d'erreur), la redondance de temps (pour la correction des erreurs transitoires) et la redondance matérielle (pour la correction des erreurs permanentes). Elle permet de réduire considérablement la consommation d'énergie, tout en ayant une surface de silicium similaire comparée aux solutions existantes. En outre, elle peut également être utilisée dans d'autres applications, telles que pour traiter des problèmes de vieillissement, pour tolérer des fautes dans les architectures pipelines, et pour être combiné avec des systèmes avancés de protection des erreurs transitoires dans la partie séquentielle des circuits logiques (« SEUs »). / Evolution of CMOS technology consists in continuous downscaling of transistor features sizes, which allows the production of smaller and cheaper integrated circuits with higher performance and lower power consumption. However, each new CMOS technology node is facing reliability problems due to increasing rate of faults and errors. Consequently, fault-tolerance techniques, which employ redundant resources to guarantee correct operations of digital circuits and systems despite the presence of faults, have become essential in digital design. This thesis studies a novel hybrid fault-tolerant architecture for robustness improvement of digital circuits and systems. It targets all kinds of error in combinational part of logic circuits, i.e. hard, SETs and timing errors. Combining information redundancy for error detection, timing redundancy for transient error correction and hardware redundancy for permanent error corrections, the proposed architecture allows significant power consumption saving, while having similar silicon area compared to existing solutions. Furthermore, it can also be used in other applications, such as dealing with aging phenomenon, tolerating faults in pipeline architecture, and being combined with advanced SEUs protection scheme for sequential parts of logic circuits.

La reconnaissance des antigènes du soi et du non soi par les lymphocytes B et T est à l'origine des maladies auto-immunes et inflammatoires. Les anticorps et les auto-anticorps produits par les plasmocytes dérivés des lymphocytes B sont utiles à des fins diagnostiques, mais contribuent également à la physiopathologie de ces maladies. La déplétion des lymphocytes B au cours des maladies auto-immunes chez l'homme a recentré l'attention sur les rôles des lymphocytes B comme modulateurs de la fonction des lymphocytes T, en plus de leur rôle de cellules productrices d'anticorps. L'utilisation d'anticorps anti-CD20 chez la souris révèle le rôle fondamental des lymphocytes B comme adjuvants cellulaires pour l'activation des lymphocytes T CD4+ in vivo (lymphocytes B effecteurs) mais également le rôle régulateur inattendu d'une sous-population de lymphocytes B spléniques CD1dhighCD5+ qui produit de l'interleukine 10 (lymphocytes B10). Le rôle de ces lymphocytes B effecteurs est montré dans un modèle chez la souris NOD (Non Obese Diabetic) alors que le rôle des lymphocytes B régulateurs est montré dans un modèle murin d'eczéma de contact. Au cours de l'encéphalite auto-immune expérimentale, la déplétion précoce des lymphocytes B aggrave les signes neurologiques tandis que la déplétion tardive des lymphocytes B les améliore, reflétant la dualité fonctionnelle des lymphocytes B au cours des maladies inflammatoires / Autoimmunity results from abnormal B and T cell recognition of self antigens, which leads to autoantibody production in many cases. Autoantibodies produced by B cell-derived plasma cells provide diagnostic markers for autoimmunity, but also contribute significantly to disease pathogenesis. The therapeutic benefit of depleting B cells in mice and humans has refocused attention on B cells and their role in autoimmunity beyond autoantibody production. B cells specifically serveas cellular adjuvants for CD4+ T cell activation, while regulatory B cells, including those that produce IL-10 (B10 cells), function as negative regulators of inflammatory immune responses. The role of effector B cells is shown in the non obese diabetic mouse model (NOD) whereas the role of regulatory B cells is demonstrated in a contact dermatitis model. During experimental autoimmune encephalomyelitis, early B cell depletion makes the disease worst whereas B cell depletion after disease onset improves clinical symptoms, reflecting counter regulatory B cell functions during autoimmunity

La programmation orientée aspects (POA) sépare les différentes préoccupations composant un système informatique pour améliorer la modularité. La POA offre de nombreux bénéfices puisqu'elle permet de séparer le code fonctionnel du code non-fonctionnel améliorant ainsi leur réutilisation et la configurabilitè des systèmes informatiques. La configurabilité est un élément essentiel pour assurer la résilience des systèmes informatiques, puisqu’elle permet de modifier les mécanismes de sûreté de fonctionnement. Cependant le paradigme de programmation orientée aspect introduit de nouveaux défis pour le test. Dans les systèmes de grande taille où plusieurs préoccupations non fonctionnelles cohabitent, une implémentation à l'aide d'aspects de ces préoccupations peut être problématique. Partageant le même flot de données et le même flot de contrôle les aspects implémentant les différentes préoccupations peuvent écrire dans des variables lues par d'autres aspects ou interrompre le flot de contrôle commun aux différents aspects empêchant ainsi l'exécution de certains d'entre eux. Dans cette thèse nous nous intéressons plus spécifiquement aux interférences entre aspects dans le cadre du développement de mécanismes de tolérance aux fautes implémentés sous forme d’aspects. Ces interférences sont dues à une absence de déclaration de précédence entre les aspects ou à une déclaration de précédence erronée. Afin de mieux maîtriser l’assemblage des différents aspects composant un mécanisme de tolérance aux fautes, nous avons développé une méthode alliant l'évitement à la détection des interférences au niveau du code. Le but de l'évitement est d'empêcher l'introduction d'interférences en imposant une déclaration de précédence entre les aspects lors de l'intégration des aspects. La détection permet d'exhiber lors du test les erreurs introduites dans la déclaration des précédences. Ces deux facettes de notre approche sont réalisées grâce à l’utilisation d’une extension d'AspectJ appelée AIRIA. Les constructions d'AIRIA permettent l’instrumentation et donc la détection des interférences entre aspects, avec des facilités de compilation permettant de mettre en œuvre l’évitement d’interférences. Notre approche est outillée et vise à limiter le temps de déboguage : le testeur peut se concentrer directement sur les points où une interférence se produit. Nous illustrons notre approche sur une étude de cas: un protocole de réplication duplex. Dans ce contexte le protocole est implémenté en utilisant des aspects à grain fin permettant ainsi une meilleure configurabilité de la politique de réplication. Nous montrons que l'assemblage de ces aspects à grain fin donne lieu à des interférences de flot de données et flot de contrôle qui sont détectées par notre approche d'instrumentation. Nous définissons un ensemble d'aspects interférant pour l'exemple, et nous montrons comment notre approche permet la détection d'interférences. / Aspect-oriented programming (AOP) separates the different concerns of a computer software system to improve modularity. AOP offers many benefits since it allows separating the functional code from the non-functional code, thus improving reuse and configurability of computer systems. Configurability is essential to ensure the resilience of computer systems, since it allows modifying the dependability mechanisms. However, the paradigm of aspectoriented programming introduces new challenges regarding testing. In large systems where multiple non-functional concerns coexist, an AOP implementation of these concerns can be problematic. Sharing the same data flow and the same control flow, aspects implementing different concerns can write into variables read by other aspects, or interrupt the control flow involving various aspects, and thus preventing the execution of some aspects in the chain. In this work we focus more specifically on interference between aspects implementing fault tolerance mechanisms. This interference is due to a lack of declaration of fine-grain precedence between aspects or an incorrect precedence declaration. To better control the assembly of the various aspects composing fault tolerance mechanisms, we have developed a method combining avoidance of interferences with runtime detection interferences at code level. The purpose of avoidance is to prevent the introduction of interference by requiring a statement of precedence between aspects during the aspects integration. Detection allows exhibiting during the test, errors introduced in the precedence statement. These two aspects of our approach are performed through the use of an extension called AspectJ AIRIA. AIRIA ‘s constructs allow instrumentation and therefore the detection of interference between aspects, with facilities compilation to implement the interference avoidance. Our approach is designed and equipped to limit the debugging time : the tester can focus directly on the points where an interference occurs. Finaly, we illustrate our approach on a case study : a duplex replication protocol. In this context, the protocol is implemented using fine grained aspects allowing a better configurability of the replication policy.We show that the assembly of these fine-grained aspects gives rise to interference data flow and control flow that are detected by our instrumentation approach. We define a set of interfering aspects in this example, and show how our approach allows the detection of interferences.

L'augmentation rapide de la demande en bande passante dans les réseaux de télécommunication d'aujourd'hui a provoqué une augmentation correspondante de l'utilisation de technologies basées dans les réseaux optiques de type WDM. Ceci étant, la recherche a identifié une limite forte dans la capacité de croissance de ces infrastructures, du point de la vitesse de transmission, limite qui sera atteinte bientôt. Cette situation conduit à des efforts de recherche pour faire évoluer les architectures courantes vers de nouvelles solutions capables d'absorber cette croissance dans la demande. Par exemple, les réseaux d'aujourd'hui sont opérés de façon statique. Ceci est inefficace dans l'utilisation des ressources, et la nécessité d'améliorer cet état de fait est reconnue par la recherche ainsi que par l'industrie. Plusieurs solutions ont été proposées pour passer à des modes de fonctionnement dynamiques, mais les diminutions des coûts qu'ont été obtenues n'ont pas encore convaincu les industriels. Cette thèse fait une nouvelle proposition de cette nature, qui inclut une nouvelle et très rapide méthodologie pour évaluer la probabilité de blocage dans ce type de système, qui est le cœur de notre procédure de conception. Le travail réalisé a conduit à la découverte de solutions pour l'ensemble des problèmes principaux d'une architecture de transmission optique. Il s'agit de décider chemins à utiliser par chaque utilisateur et la longueur d'onde (Wavelength Assignment Problem). Ensuite, il faut choisir le nombre total de longueurs d'onde qui sera nécessaire (Wavelength Dimensioning Problem). Enfin, il faut proposer les procédures à suivre en cas de défaillance d'un ou de plusieurs liens du réseau (Fault Tolerance Problem). La thèse propose une solution globale à cet ensemble de problèmes, et montre que les gains que l'on peut espérer dans l'opération de ces réseaux sont significativement plus importants qu'avec les autres propositions existantes. / The rapid increase in demand for bandwidth from existing networks has caused a growth in the use of technologies based on WDM optical networks. Nevertheless, this decade researchers have recognized a “Capacity Crunch” on optical networks, i.e. transmission capacity limit on optical fiber is close to be reached in the near future. This situation claims to evolve the current WDM optical networks architectures. For example, optical networks are operated statically. This operation is inefficient in the usage of network resources. To solve this problem Dynamic optical networks solve this inefficiences, but it has not been implemented since network cost savings are not enough to convince enterprises. The design of dynamic optical networks decomposes into different tasks, where the engineers must organize the way the main system's resources are used. All of these tasks, have to guarantee certain level of quality of service pre-established on the Service Level Agreement. Then, we propose a new fast and accurate analytical method to evaluate the blocking probability in these systems. This evaluation allows network designers to quickly solve higher order problems. More specifically, network operators face the challenge of solving: which wavelength is going to be used by each user (known as Wavelength Assignment), the number of wavelengths needed on each network link (called as Wavelength Dimensioning), the set of paths enabling each network user to transmit (known as Routing) and how to deal with link failures when the network is operating (called as Fault Tolerance capacity). This thesis proposes a joint solution to these problems, and it may provide sufficient network cost savings to foster telecommunications companies to migrate from the current static operation to a dynamic one.