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Micro-structuration laser pour le packaging électro-optique avancé
Micro-structuration laser pour le packaging électro-optique avancé


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Le développement de l’internet des objets et des services de vidéo en temps réel (streaming) a conduit à une augmentation continue du trafic des données au sein des data-centers. Celui-ci devrait être multiplié par trois entre 2012 et 2020 pour atteindre 15.3 zettaoctets/an. Cette évolution appelle parallèlement à un accroissement des performances des composants télécom en transmission optique monomode dont le standard s’établit aujourd’hui à 100-200 Gbits/s pour évoluer vers 400-800 Gbits/s dans un futur proche. Bien que les cœurs de technologies semiconducteurs soient aujourd’hui disponibles pour répondre à cette demande, les coûts élevés d’assemblage des puces électroniques (EIC) et photoniques (PIC) ainsi que l’alignement avec les fibres optiques monomodes limitent la pénétration de cette solution technologique sur le marché. Afin de relever ce défi, une structure originale d’interposeur en verre a été proposée dans le cadre du laboratoire commun IEMN-STMicroelectronics. Ce substrat d’assemblage en verre présente des avantages distinctifs majeurs tels que i) l'alignement passif de la fibre externe, ii) l'alignement optique passif du PIC sur l'interposeur, iii) le transfert des fonctions optiques passives du PIC sur l'interposeur de verre et iv) une approche conservative réutilisant les coupleurs à réseau du PIC. Le contexte du packaging électro-optique étant posé, ce travail de thèse s’est concentré sur la fonctionnalisation de substrats de verre par photo-inscription ou micro-usinage laser en régime femtoseconde afin de structurer les guides d’onde optique, les miroirs de redirection du faisceau guidé et la couche de redistribution électrique en cuivre. En premier lieu, des guides optiques monomodes à 1310 nm de bonne qualité ont été obtenus et caractérisés, permettant une mise en évidence franche des effets d’absorption non linéaire, d’auto-focalisation et de filamentation. Une étude expérimentale complète a permis de déterminer les paramètres d’exposition laser et de gravure chimique pour la fabrication de miroirs photoniques. Enfin, une méthode originale de structuration des interconnexions basée sur le fractionnement et le décollement de la couche de cuivre par effet thermo-mécanique a été développée.
The development of the Internet of Things and video streaming services is leadng to a continuous increase in data traffic within data-centers that is expected to increase threefold between 2012 and 2020 reaching 15.3 zettabytes/year. This evolution calls for an increase in performance of telecom components in optical single mode transmission, the standard of which is now 100-200 Gbits/s and will evolve towards 400-800 Gbits/s in the near future. Although the semiconductor technology cores are now available to meet this demand, the high assembly costs of electronic (EIC) and photonic (PIC) integrated circuits as well as the alignment with single-mode optical fibers limit the market penetration of this technological solution. In order to meet the challenge, an original glass interposer structure has been proposed in the framework of the IEMN-STMicroelectronics common laboratory. This glass assembly substrate holds major distinctive advantages such as i) passive alignment of the external fiber, ii) passive optical alignment of the PIC on the interposer, iii) transfer of the passive optical functions of the PIC onto the glass interposer and iv) a conservative approach reusing the PIC grating couplers. With this context associated to electro-optical packaging in mind, this thesis has focused on the functionalization of glass substrates by photo-inscription or laser micromachining in femtosecond regime in order to structure optical waveguides, redirection mirrors and copper electrical redistribution layer. First, good quality 1310 nm single-mode optical guides were obtained and characterized, allowing a clear demonstration of the effects of non-linear absorption, self-focusing and filamentation. A complete experimental study determined the laser exposure and chemical etching parameters for the manufacture of photonic mirrors. Finally, an original method for structuring interconnections based on the fractionation and detachment of the copper layer by thermo-mechanical effect has been developed.
Le développement de l’internet des objets et des services de vidéo en temps réel (streaming) a conduit à une augmentation continue du trafic des données au sein des data-centers. Celui-ci devrait être multiplié par trois entre 2012 et 2020 pour atteindre 15.3 zettaoctets/an. Cette évolution appelle parallèlement à un accroissement des performances des composants télécom en transmission optique monomode dont le standard s’établit aujourd’hui à 100-200 Gbits/s pour évoluer vers 400-800 Gbits/s dans un futur proche. Bien que les cœurs de technologies semiconducteurs soient aujourd’hui disponibles pour répondre à cette demande, les coûts élevés d’assemblage des puces électroniques (EIC) et photoniques (PIC) ainsi que l’alignement avec les fibres optiques monomodes limitent la pénétration de cette solution technologique sur le marché. Afin de relever ce défi, une structure originale d’interposeur en verre a été proposée dans le cadre du laboratoire commun IEMN-STMicroelectronics. Ce substrat d’assemblage en verre présente des avantages distinctifs majeurs tels que i) l'alignement passif de la fibre externe, ii) l'alignement optique passif du PIC sur l'interposeur, iii) le transfert des fonctions optiques passives du PIC sur l'interposeur de verre et iv) une approche conservative réutilisant les coupleurs à réseau du PIC. Le contexte du packaging électro-optique étant posé, ce travail de thèse s’est concentré sur la fonctionnalisation de substrats de verre par photo-inscription ou micro-usinage laser en régime femtoseconde afin de structurer les guides d’onde optique, les miroirs de redirection du faisceau guidé et la couche de redistribution électrique en cuivre. En premier lieu, des guides optiques monomodes à 1310 nm de bonne qualité ont été obtenus et caractérisés, permettant une mise en évidence franche des effets d’absorption non linéaire, d’auto-focalisation et de filamentation. Une étude expérimentale complète a permis de déterminer les paramètres d’exposition laser et de gravure chimique pour la fabrication de miroirs photoniques. Enfin, une méthode originale de structuration des interconnexions basée sur le fractionnement et le décollement de la couche de cuivre par effet thermo-mécanique a été développée.
The development of the Internet of Things and video streaming services is leadng to a continuous increase in data traffic within data-centers that is expected to increase threefold between 2012 and 2020 reaching 15.3 zettabytes/year. This evolution calls for an increase in performance of telecom components in optical single mode transmission, the standard of which is now 100-200 Gbits/s and will evolve towards 400-800 Gbits/s in the near future. Although the semiconductor technology cores are now available to meet this demand, the high assembly costs of electronic (EIC) and photonic (PIC) integrated circuits as well as the alignment with single-mode optical fibers limit the market penetration of this technological solution. In order to meet the challenge, an original glass interposer structure has been proposed in the framework of the IEMN-STMicroelectronics common laboratory. This glass assembly substrate holds major distinctive advantages such as i) passive alignment of the external fiber, ii) passive optical alignment of the PIC on the interposer, iii) transfer of the passive optical functions of the PIC onto the glass interposer and iv) a conservative approach reusing the PIC grating couplers. With this context associated to electro-optical packaging in mind, this thesis has focused on the functionalization of glass substrates by photo-inscription or laser micromachining in femtosecond regime in order to structure optical waveguides, redirection mirrors and copper electrical redistribution layer. First, good quality 1310 nm single-mode optical guides were obtained and characterized, allowing a clear demonstration of the effects of non-linear absorption, self-focusing and filamentation. A complete experimental study determined the laser exposure and chemical etching parameters for the manufacture of photonic mirrors. Finally, an original method for structuring interconnections based on the fractionation and detachment of the copper layer by thermo-mechanical effect has been developed.
30-09-2019
30-09-2019
Thèse
Thèse

Topologie des lissages de singularités non-isolées de surfaces complexes
Topologie des lissages de singularités non-isolées de surfaces complexes


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Cette thèse s’intéresse à la topologie des lissages des singularités non-isolées de sufaces complexes. La question est celle de la description de la topologie de la variété, appelée fibre de Milnor, qui survient lors de ce procédé de lissage. Devant la difficulté de décrire la totalité de cette topologie, beaucoup de recherches se sont concentrées sur le bord de la fibre de Milnor. Dans le cas des singularités isolées, il est connu depuis les travaux de Mumford (1961), que ce bord est une variété graphée, isomorphe au bord de la singularité. Différents résultats (Michel & Pichon 2003, 2014, Némethi & Szilárd 2012) ont par la suite prouvé que dans le cas des singularités réduites non-isolées, le bord de la fibre de Milnor est encore une variété graphée, en imposant à l’espace total du lissage d’être lui-même lisse. Fernández de Bobadilla & Menegon-Neto (2014) ont quant à eux élargi le contexte, considérant le cas d’une surface non réduite dans un espace total à singularité isolée. Dans ce travail, on poursuit l’extension de ce résultat à un plus large contexte, autorisant l’espace total du lissage à présenter des singularités non-isolées, tout en imposant à la surface d’être réduite. Notre preuve s’inspire de celle de Némethi et Szilard, permettant comme chez eux de produire une méthode pour le calcul de cette variété. Ceci rend praticable le calcul effectif d’une grande quantité d’exemples, représentant un progrès dans la quête de la compréhension des variétés pouvant apparaître comme bords de fibres de Milnor. Nous appliquons en particulier la méthode aux singularités Newton-non-dégénérées définies sur des germes toriques tridimensionnels quelconques. Nous généralisons de cette manière un théorème de Oka (1986), en exprimant le bord de la fibre de Milnor en termes du polyèdre de Newton de la singularité.
This thesis is dedicated to the study of the topology of smoothings of non- isolated singularities of complex surfaces. The question is to describe the topology of the manifold, called Milnor fiber, which appears during this process of smoothing. Considering the great difficulty of a description of the whole of this topology, many researches have focused on the study of the boundary of the Milnor fiber. In the case of isolated singularities, it is known since the work of Mumford (1961) that this boundary is a graph manifold, isomorphic to the link of the singularity. Different results (Michel & Pichon 2003, 2014, Némethi & Szilárd 2012) have then proved that, in the case of reduced non-isolated singularities, the boundary of the Milnor fiber is again a graph manifold, while restraining to the case of a smooth total space of smoothing. Fernández de Bobadilla & Menegon-Neto (2014) have widened the context, considering non-reduced surfaces, and allowing the total space to have an isolated singularity. In this work, we pursue the extension of this result to a larger context, allowing the total space to present non-isolated singularities, while restraining ourselves to the study of reduced surface singularities. Our proof is inspired by the one of Némethi and Szilard, and allows us furthermore to provide a method for the computation of this manifold. This makes possible the actual computation of a large number of examples, representing a step forward in the quest for the comprehension of the manifolds that can actually appear as boundaries of Milnor fibers. We apply in particular the method to Newton non-degenerate singularities defined on 3-dimensional toric germs. This is a generalization of a theorem of Oka (1986), expressing the boundary of the Milnor fiber in terms of the Newton polyhedron of the singularity.
Cette thèse s’intéresse à la topologie des lissages des singularités non-isolées de sufaces complexes. La question est celle de la description de la topologie de la variété, appelée fibre de Milnor, qui survient lors de ce procédé de lissage. Devant la difficulté de décrire la totalité de cette topologie, beaucoup de recherches se sont concentrées sur le bord de la fibre de Milnor. Dans le cas des singularités isolées, il est connu depuis les travaux de Mumford (1961), que ce bord est une variété graphée, isomorphe au bord de la singularité. Différents résultats (Michel & Pichon 2003, 2014, Némethi & Szilárd 2012) ont par la suite prouvé que dans le cas des singularités réduites non-isolées, le bord de la fibre de Milnor est encore une variété graphée, en imposant à l’espace total du lissage d’être lui-même lisse. Fernández de Bobadilla & Menegon-Neto (2014) ont quant à eux élargi le contexte, considérant le cas d’une surface non réduite dans un espace total à singularité isolée. Dans ce travail, on poursuit l’extension de ce résultat à un plus large contexte, autorisant l’espace total du lissage à présenter des singularités non-isolées, tout en imposant à la surface d’être réduite. Notre preuve s’inspire de celle de Némethi et Szilard, permettant comme chez eux de produire une méthode pour le calcul de cette variété. Ceci rend praticable le calcul effectif d’une grande quantité d’exemples, représentant un progrès dans la quête de la compréhension des variétés pouvant apparaître comme bords de fibres de Milnor. Nous appliquons en particulier la méthode aux singularités Newton-non-dégénérées définies sur des germes toriques tridimensionnels quelconques. Nous généralisons de cette manière un théorème de Oka (1986), en exprimant le bord de la fibre de Milnor en termes du polyèdre de Newton de la singularité.
This thesis is dedicated to the study of the topology of smoothings of non- isolated singularities of complex surfaces. The question is to describe the topology of the manifold, called Milnor fiber, which appears during this process of smoothing. Considering the great difficulty of a description of the whole of this topology, many researches have focused on the study of the boundary of the Milnor fiber. In the case of isolated singularities, it is known since the work of Mumford (1961) that this boundary is a graph manifold, isomorphic to the link of the singularity. Different results (Michel & Pichon 2003, 2014, Némethi & Szilárd 2012) have then proved that, in the case of reduced non-isolated singularities, the boundary of the Milnor fiber is again a graph manifold, while restraining to the case of a smooth total space of smoothing. Fernández de Bobadilla & Menegon-Neto (2014) have widened the context, considering non-reduced surfaces, and allowing the total space to have an isolated singularity. In this work, we pursue the extension of this result to a larger context, allowing the total space to present non-isolated singularities, while restraining ourselves to the study of reduced surface singularities. Our proof is inspired by the one of Némethi and Szilard, and allows us furthermore to provide a method for the computation of this manifold. This makes possible the actual computation of a large number of examples, representing a step forward in the quest for the comprehension of the manifolds that can actually appear as boundaries of Milnor fibers. We apply in particular the method to Newton non-degenerate singularities defined on 3-dimensional toric germs. This is a generalization of a theorem of Oka (1986), expressing the boundary of the Milnor fiber in terms of the Newton polyhedron of the singularity.
27-09-2019
27-09-2019
Thèse
Thèse

Co-design et implémentation d’un noyau minimal orienté par sa preuve, et évolution vers les architectures multi-coeur
Co-design et implémentation d’un noyau minimal orienté par sa preuve, et évolution vers les architectures multi-coeur


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Avec la croissance majeure de l’Internet des Objets et du Cloud Computing, la sécurité dans ces systèmes est devenue un problème majeur. Plusieurs attaques ont eu lieu dans les dernières années, mettant en avant la nécessité de garanties de sécurité fortes sur ces systèmes. La plupart du temps, une vulnérabilité dans le noyau ou un de ses modules est suffisante pour compromettre l’intégralité du système. Établir et prouver des propriétés de sécurité par le biais d’assistants de preuve semble être un grand pas en avant vers l’apport de garanties de sécurité. Cela repose sur l’utilisation de modèles mathématiques dans le but de raisonner sur leur comportement, et d’assurer que ce dernier reste correct. Cependant, en raison de la base de code importante des logiciels s’exécutant dans ces systèmes, plus particulièrement le noyau, cela n’est pas une tâche aisée. La compréhension du fonctionnement interne de ces noyaux, et l’écriture de la preuve associée à une quelconque propriété de sécurité, est de plus en plus difficile à mesure que le noyau grandit en taille. Dans cette thèse, je propose une nouvelle approche de conception de noyau, le proto-noyau. En réduisant les fonctionnalités offertes par le noyau jusqu’à leur plus minimal ensemble, ce modèle, en plus de réduire au maximum la surface d’attaque, réduit le coût de preuve au maximum. Il permet également à un vaste ensemble de systèmes d’être construits par-dessus, considérant que la minimalité des fonctionnalités comprises dans le noyau oblige les fonctionnalités restantes à être implémentées en espace utilisateur. Je propose également dans cette thèse une implémentation complète de ce noyau, sous la forme du proto-noyau Pip. En ne fournissant que les appels systèmes les plus minimaux et indispensables, l’adaptation du noyau à des usages concrets et la faisabilité de la preuve sont assurées. Afin de réduire le coût de transition modèlevers-binaire, la majorité du noyau est écrite directement en Gallina, le langage de l’assistant de preuve Coq, et est automatiquement convertie en code C compilable pendant la phase de compilation. Pip ne repose alors que sur une fine couche d’abstraction matérielle écrite dans des langages de bas niveau, qui ne fournit que les primitives que le modèle requiert, telles que la configuration du matériel. De plus, étant donné que l’Internet des Objets et le Cloud Computing nécessitent aujourd’hui ces architectures, je propose plusieurs extensions au modèle de Pip afin de supporter le matériel multi-cœur. Soutenus par des implémentations, ces modèles permettent d’apporter le proto-noyau Pip dans les architectures multi-coeur, apportant ainsi des garanties de sécurité fortes dans ces environnement. Enfin, je valide mon approche et son implémentation par le biais d’évaluations de performances et d’une preuve de concept de portage de noyau Linux, démontrant ainsi la flexibilité du proto-noyau Pip dans des environnements réels.
Due to the major growth of the Internet of Things and Cloud Computing worlds, security in those systems has become a major issue. Many exploits and attacks happened in the last few years, highlighting the need of strong security guarantees on those systems. Most of the times, a vulnerability in the kernel or one of its modules is enough to compromise the whole system. Etablishing and proving security properties through proof assistants seems to be a huge step towards bringing security guarantees. This relies on using mathematical models in order to reason on their behaviour, and prove the latter remains correct. Still, due to the huge and complex code base of the software running on those systems, especially the kernel, this is a tedious task. Understanding the internals of those kernels, and writing an associated proof on some security property, is more and more difficult as the kernel grows in size. In this thesis, I propose a new approach of kernel design, the proto-kernel. By reducing the features provided by the kernel to their most minimal subset, this model, in addition to lowering the attack surface, reduces the cost of the proof effort. It also allows a wide range of systems to be built on top of it, as the minimality of the features embedded into the kernel causes the remaining features to be built at the userland level. I also provide in this thesis a concrete implementation of this model, the Pip proto-kernel. By providing only the most minimal and mandatory system calls, both the usability of the kernel and the feasibility of the proof are ensured. In order to reduce the model-to-binary transition effort, most of the kernel is written directly in Gallina, the language of the Coq Proof Assistant, and is automatically converted to compilable C code during compilation phase. Pip only relies on a thin hardware abstraction layer written in low-level languages, which provides the operations the model requires, such as modifying the hardware configuration. Moreover, as Internet of Things and Cloud Computing use cases would require, I propose some extensions of Pip’s model, in order to support multicore hardware. Backed up by real implementations, those models bring the Pip proto-kernel to multicore architectures, bringing strong security guarantees in those modern environments. Finally, I validate my approach and its implementation through benchmarks and a Linux kernel port proof-of-concept, displaying the flexibility of the Pip proto-kernel in real world environments.
Avec la croissance majeure de l’Internet des Objets et du Cloud Computing, la sécurité dans ces systèmes est devenue un problème majeur. Plusieurs attaques ont eu lieu dans les dernières années, mettant en avant la nécessité de garanties de sécurité fortes sur ces systèmes. La plupart du temps, une vulnérabilité dans le noyau ou un de ses modules est suffisante pour compromettre l’intégralité du système. Établir et prouver des propriétés de sécurité par le biais d’assistants de preuve semble être un grand pas en avant vers l’apport de garanties de sécurité. Cela repose sur l’utilisation de modèles mathématiques dans le but de raisonner sur leur comportement, et d’assurer que ce dernier reste correct. Cependant, en raison de la base de code importante des logiciels s’exécutant dans ces systèmes, plus particulièrement le noyau, cela n’est pas une tâche aisée. La compréhension du fonctionnement interne de ces noyaux, et l’écriture de la preuve associée à une quelconque propriété de sécurité, est de plus en plus difficile à mesure que le noyau grandit en taille. Dans cette thèse, je propose une nouvelle approche de conception de noyau, le proto-noyau. En réduisant les fonctionnalités offertes par le noyau jusqu’à leur plus minimal ensemble, ce modèle, en plus de réduire au maximum la surface d’attaque, réduit le coût de preuve au maximum. Il permet également à un vaste ensemble de systèmes d’être construits par-dessus, considérant que la minimalité des fonctionnalités comprises dans le noyau oblige les fonctionnalités restantes à être implémentées en espace utilisateur. Je propose également dans cette thèse une implémentation complète de ce noyau, sous la forme du proto-noyau Pip. En ne fournissant que les appels systèmes les plus minimaux et indispensables, l’adaptation du noyau à des usages concrets et la faisabilité de la preuve sont assurées. Afin de réduire le coût de transition modèlevers-binaire, la majorité du noyau est écrite directement en Gallina, le langage de l’assistant de preuve Coq, et est automatiquement convertie en code C compilable pendant la phase de compilation. Pip ne repose alors que sur une fine couche d’abstraction matérielle écrite dans des langages de bas niveau, qui ne fournit que les primitives que le modèle requiert, telles que la configuration du matériel. De plus, étant donné que l’Internet des Objets et le Cloud Computing nécessitent aujourd’hui ces architectures, je propose plusieurs extensions au modèle de Pip afin de supporter le matériel multi-cœur. Soutenus par des implémentations, ces modèles permettent d’apporter le proto-noyau Pip dans les architectures multi-coeur, apportant ainsi des garanties de sécurité fortes dans ces environnement. Enfin, je valide mon approche et son implémentation par le biais d’évaluations de performances et d’une preuve de concept de portage de noyau Linux, démontrant ainsi la flexibilité du proto-noyau Pip dans des environnements réels.
Due to the major growth of the Internet of Things and Cloud Computing worlds, security in those systems has become a major issue. Many exploits and attacks happened in the last few years, highlighting the need of strong security guarantees on those systems. Most of the times, a vulnerability in the kernel or one of its modules is enough to compromise the whole system. Etablishing and proving security properties through proof assistants seems to be a huge step towards bringing security guarantees. This relies on using mathematical models in order to reason on their behaviour, and prove the latter remains correct. Still, due to the huge and complex code base of the software running on those systems, especially the kernel, this is a tedious task. Understanding the internals of those kernels, and writing an associated proof on some security property, is more and more difficult as the kernel grows in size. In this thesis, I propose a new approach of kernel design, the proto-kernel. By reducing the features provided by the kernel to their most minimal subset, this model, in addition to lowering the attack surface, reduces the cost of the proof effort. It also allows a wide range of systems to be built on top of it, as the minimality of the features embedded into the kernel causes the remaining features to be built at the userland level. I also provide in this thesis a concrete implementation of this model, the Pip proto-kernel. By providing only the most minimal and mandatory system calls, both the usability of the kernel and the feasibility of the proof are ensured. In order to reduce the model-to-binary transition effort, most of the kernel is written directly in Gallina, the language of the Coq Proof Assistant, and is automatically converted to compilable C code during compilation phase. Pip only relies on a thin hardware abstraction layer written in low-level languages, which provides the operations the model requires, such as modifying the hardware configuration. Moreover, as Internet of Things and Cloud Computing use cases would require, I propose some extensions of Pip’s model, in order to support multicore hardware. Backed up by real implementations, those models bring the Pip proto-kernel to multicore architectures, bringing strong security guarantees in those modern environments. Finally, I validate my approach and its implementation through benchmarks and a Linux kernel port proof-of-concept, displaying the flexibility of the Pip proto-kernel in real world environments.
27-09-2019
27-09-2019
Thèse
Thèse

Reflective modular forms and Weyl invariant E8 Jacobi modular forms
Reflective modular forms and Weyl invariant E8 Jacobi modular forms


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Cette thèse comprend deux parties indépendantes. Dans la première partie, nous développons une approche fondée sur la théorie des formes de Jacobi dont l'indice est un réseau pour classifier les formes modulaires réflexives sur des réseaux de niveau arbitraire. Les formes modulaires réflexives ont des applications en géométrie algébrique, en algèbre de Lie et en arithmétique. La classification des formes modulaires réflexives est un problème ouvert et a été étudiée par Borcherds, Gritsenko, Nikulin, Scheithauer et Ma depuis 1998. Dans cette partie, nous établissons de nouvelles conditions nécessaires à l'existence d'une forme modulaire réflexive. Nous prouvons la non-existence de formes modulaires réflexives et de formes modulaires 2-réflexives sur des réseaux de grand rang. Nous donnons également une classification complète des formes modulaires 2-réflexives sur des réseaux contenant deux plans hyperboliques. La deuxième partie est consacrée à l’étude des formes de Jacobi de $W(E_8)$-invariantes. Ce type de formes de Jacobi a une signification dans les variétés de Frobenius, la théorie de Gromov-Witten et la théorie des cordes. En 1992, Wirthm\"{u}ller a prouvé que l’espace des formes de Jacobi pour tout système de racines irréductible excepté $E_8$ est une algèbre polynomiale. Très peu de choses sont connues dans le cas de $E_8$. Dans cette partie, nous montrons que l'anneau bigradué des formes de Jacobi $W(E_8)$-invariantes n'est pas une algèbre polynomiale et prouvons que chacune de ces formes de Jacobi peut être exprimée uniquement sous la forme d'un polynôme en neuf formes de Jacobi algébriquement indépendantes introduites par Sakai avec des coefficients méromorphes $\SL_2(\ZZ)$-modulaires. Ce dernier résultat implique que, à indice fixé, l’espace des formes de Jacobi $W(E_8)$-invariantes est un module libre sur l’anneau des formes $\SL_2(\ZZ)$-modulaires et que le nombre de générateurs peut être calculé via une série génératrice. Nous déterminons et construisons tous les générateurs pour des indices petits. Ces résultats étendent un théorème de type de Chevalley au cas du réseau $E_8$.
This thesis consists of two independent parts. In the first part we develop an approach based on the theory of Jacobi forms of lattice index to classify reflective modular forms on lattices of arbitrary level. Reflective modular forms have applications in algebraic geometry, Lie algebra and arithmetic. The classification of reflective modular forms is an open problem and has been investigated by Borcherds, Gritsenko, Nikulin, Scheithauer and Ma since 1998. In this part, we establish new necessary conditions for the existence of a reflective modular form. We prove non-existence of reflective modular forms and 2-reflective modular forms on lattices of large rank. We also give a complete classification of 2-reflective modular forms on lattices containing two hyperbolic planes. The second part is devoted to the study of Weyl invariant $E_8$ Jacobi forms. This type of Jacobi forms has significance in Frobenius manifolds, Gromov--Witten theory and string theory. In 1992, Wirthm\"{u}ller proved that the space of Jacobi forms for any irreducible root system not of type $E_8$ is a polynomial algebra. But very little has been known about the case of $E_8$. In this paper we show that the bigraded ring of Weyl invariant $E_8$ Jacobi forms is not a polynomial algebra and prove that every such Jacobi form can be expressed uniquely as a polynomial in nine algebraically independent Jacobi forms introduced by Sakai with coefficients which are meromorphic $\SL_2(\ZZ)$ modular forms. The latter result implies that the space of Weyl invariant $E_8$ Jacobi forms of fixed index is a free module over the ring of $\SL_2(\ZZ)$ modular forms and that the number of generators can be calculated by a generating series. We determine and construct all generators of small index. These results give a proper extension of the Chevalley type theorem to the case of $E_8$.
Cette thèse comprend deux parties indépendantes. Dans la première partie, nous développons une approche fondée sur la théorie des formes de Jacobi dont l'indice est un réseau pour classifier les formes modulaires réflexives sur des réseaux de niveau arbitraire. Les formes modulaires réflexives ont des applications en géométrie algébrique, en algèbre de Lie et en arithmétique. La classification des formes modulaires réflexives est un problème ouvert et a été étudiée par Borcherds, Gritsenko, Nikulin, Scheithauer et Ma depuis 1998. Dans cette partie, nous établissons de nouvelles conditions nécessaires à l'existence d'une forme modulaire réflexive. Nous prouvons la non-existence de formes modulaires réflexives et de formes modulaires 2-réflexives sur des réseaux de grand rang. Nous donnons également une classification complète des formes modulaires 2-réflexives sur des réseaux contenant deux plans hyperboliques. La deuxième partie est consacrée à l’étude des formes de Jacobi de $W(E_8)$-invariantes. Ce type de formes de Jacobi a une signification dans les variétés de Frobenius, la théorie de Gromov-Witten et la théorie des cordes. En 1992, Wirthm\"{u}ller a prouvé que l’espace des formes de Jacobi pour tout système de racines irréductible excepté $E_8$ est une algèbre polynomiale. Très peu de choses sont connues dans le cas de $E_8$. Dans cette partie, nous montrons que l'anneau bigradué des formes de Jacobi $W(E_8)$-invariantes n'est pas une algèbre polynomiale et prouvons que chacune de ces formes de Jacobi peut être exprimée uniquement sous la forme d'un polynôme en neuf formes de Jacobi algébriquement indépendantes introduites par Sakai avec des coefficients méromorphes $\SL_2(\ZZ)$-modulaires. Ce dernier résultat implique que, à indice fixé, l’espace des formes de Jacobi $W(E_8)$-invariantes est un module libre sur l’anneau des formes $\SL_2(\ZZ)$-modulaires et que le nombre de générateurs peut être calculé via une série génératrice. Nous déterminons et construisons tous les générateurs pour des indices petits. Ces résultats étendent un théorème de type de Chevalley au cas du réseau $E_8$.
This thesis consists of two independent parts. In the first part we develop an approach based on the theory of Jacobi forms of lattice index to classify reflective modular forms on lattices of arbitrary level. Reflective modular forms have applications in algebraic geometry, Lie algebra and arithmetic. The classification of reflective modular forms is an open problem and has been investigated by Borcherds, Gritsenko, Nikulin, Scheithauer and Ma since 1998. In this part, we establish new necessary conditions for the existence of a reflective modular form. We prove non-existence of reflective modular forms and 2-reflective modular forms on lattices of large rank. We also give a complete classification of 2-reflective modular forms on lattices containing two hyperbolic planes. The second part is devoted to the study of Weyl invariant $E_8$ Jacobi forms. This type of Jacobi forms has significance in Frobenius manifolds, Gromov--Witten theory and string theory. In 1992, Wirthm\"{u}ller proved that the space of Jacobi forms for any irreducible root system not of type $E_8$ is a polynomial algebra. But very little has been known about the case of $E_8$. In this paper we show that the bigraded ring of Weyl invariant $E_8$ Jacobi forms is not a polynomial algebra and prove that every such Jacobi form can be expressed uniquely as a polynomial in nine algebraically independent Jacobi forms introduced by Sakai with coefficients which are meromorphic $\SL_2(\ZZ)$ modular forms. The latter result implies that the space of Weyl invariant $E_8$ Jacobi forms of fixed index is a free module over the ring of $\SL_2(\ZZ)$ modular forms and that the number of generators can be calculated by a generating series. We determine and construct all generators of small index. These results give a proper extension of the Chevalley type theorem to the case of $E_8$.
26-09-2019
26-09-2019
Thèse
Thèse

Vers de nouvelles topologies inorganiques fonctionnelles de basse dimension : approche expérimentale et théorique
Vers de nouvelles topologies inorganiques fonctionnelles de basse dimension : approche expérimentale et théorique


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La recherche exploratoire de nouvelles phases inorganiques fonctionnelles est au cœur de ces travaux. Un aperçu avec quelques exemples remarquables de prédiction, synthèse et modulation des propriétés (variées) de ces composés, est donné. Une démarche impliquant la synergie entre travail expérimental et simulations DFT est largement favorisée. Une approche modulaire complète cette synergie et permet à la fois de cibler de nouvelles phases ainsi qu’une meilleure compréhension des relations structure−propriétés. Ainsi, l’approche globale de ces travaux est illustrée autour de plusieurs thèmes. La recherche et l’étude de nouvelles phases assistées par des calculs théoriques ont été, pour une large part, axée sur des systèmes magnétiques de basse dimension (1D, 2D), représentés dans ce mémoire par la famille des pérovskites hexagonales ainsi que par des phases oxo-phosphates notamment. Des modèles de composés à entités magnétiques de basse dimension avec des comportements/structures inusuels sont présentés. Une chimie des blocs a permis une description rationnelle de leurs propriétés. L’élaboration de nouveaux systèmes à caractère 2D par le biais de méthodes de chimie topotactique est aussi développée. Des modifications de précurseurs oxydes permettent ainsi d’altérer les propriétés électroniques/magnétiques ou encore de générer des propriétés catalytiques. Un dernier thème concerne le développement de nouvelles phases de basse dimension en mettant à profit les avantages de systèmes à anions mixtes en termes de structurations originales et de contrôle des propriétés.
The exploratory research of new functional inorganic phases constitutes the core of the present work. An overview with some remarkable examples of prediction, synthesis and various properties tuning of such compounds, is given. A procedure involving the synergy between experimental work and DFT simulations is in general favored. A modular approach completes the later and allows both targeting new phases and a better structure-properties comprehension. In this way, the global approach of this work is illustrated through several aspects. The search and study of new phases assisted by theoretical calculations have been, for a large part, focused on low dimension magnetic systems (1D, 2D), represented in this manuscript by the hexagonal Perovskites family as well as oxo-phosphates phases among others. Models of compounds based on low dimension magnetic entities with unusual behaviors/structures are presented. From a blocks chemistry, a rational description of their properties is possible. The elaboration of new 2D-character systems via topochemical methods is also developed. The modifications of oxides precursors enable in this manner to alter electronic/magnetic properties or to generate catalytic properties for instance. A last aspect concerns the development of new low dimension phases by taking advantage of mixed anions systems in terms of original structuration and properties control.
La recherche exploratoire de nouvelles phases inorganiques fonctionnelles est au cœur de ces travaux. Un aperçu avec quelques exemples remarquables de prédiction, synthèse et modulation des propriétés (variées) de ces composés, est donné. Une démarche impliquant la synergie entre travail expérimental et simulations DFT est largement favorisée. Une approche modulaire complète cette synergie et permet à la fois de cibler de nouvelles phases ainsi qu’une meilleure compréhension des relations structure−propriétés. Ainsi, l’approche globale de ces travaux est illustrée autour de plusieurs thèmes. La recherche et l’étude de nouvelles phases assistées par des calculs théoriques ont été, pour une large part, axée sur des systèmes magnétiques de basse dimension (1D, 2D), représentés dans ce mémoire par la famille des pérovskites hexagonales ainsi que par des phases oxo-phosphates notamment. Des modèles de composés à entités magnétiques de basse dimension avec des comportements/structures inusuels sont présentés. Une chimie des blocs a permis une description rationnelle de leurs propriétés. L’élaboration de nouveaux systèmes à caractère 2D par le biais de méthodes de chimie topotactique est aussi développée. Des modifications de précurseurs oxydes permettent ainsi d’altérer les propriétés électroniques/magnétiques ou encore de générer des propriétés catalytiques. Un dernier thème concerne le développement de nouvelles phases de basse dimension en mettant à profit les avantages de systèmes à anions mixtes en termes de structurations originales et de contrôle des propriétés.
The exploratory research of new functional inorganic phases constitutes the core of the present work. An overview with some remarkable examples of prediction, synthesis and various properties tuning of such compounds, is given. A procedure involving the synergy between experimental work and DFT simulations is in general favored. A modular approach completes the later and allows both targeting new phases and a better structure-properties comprehension. In this way, the global approach of this work is illustrated through several aspects. The search and study of new phases assisted by theoretical calculations have been, for a large part, focused on low dimension magnetic systems (1D, 2D), represented in this manuscript by the hexagonal Perovskites family as well as oxo-phosphates phases among others. Models of compounds based on low dimension magnetic entities with unusual behaviors/structures are presented. From a blocks chemistry, a rational description of their properties is possible. The elaboration of new 2D-character systems via topochemical methods is also developed. The modifications of oxides precursors enable in this manner to alter electronic/magnetic properties or to generate catalytic properties for instance. A last aspect concerns the development of new low dimension phases by taking advantage of mixed anions systems in terms of original structuration and properties control.
25-09-2019
25-09-2019
Thèse
Thèse
Cette thèse étudie, du point de vue de la théorie d'Iwasawa cyclotomique, certains motifs d'Artin non-critiques (au sens de Deligne), et en particulier, ceux attachés à une forme modulaire classique de poids un et p-régulière. Nous définissons dans un premier temps un groupe de Selmer, dont on montre qu'il est de torsion sur l'algèbre d'Iwasawa correspondante. On calcule ensuite le terme constant de sa série caractéristique en termes de logarithmes p-adiques d'unités globales, sous de faibles hypothèses. On met aussi en évidence l'existence d'un phénomène de "zéros triviaux" à la Mazur-Tate-Teitelbaum. Dans un deuxième temps, on construit une fonction L p-adique par déformation en utilisant la théorie des familles de Hida. Pour finir, on formule une Conjecture Principale d'Iwasawa pour de tels motifs d'Artin. On montre qu'elle découle de la Conjecture Principale d'Iwasawa pour les formes modulaires ordinaires de poids supérieur ou égal à 2, et on en montre inconditionnellement une divisibilité.
This thesis studies from the viewpoint of cyclotomic Iwasawa theory certain non-critical Artin motives (in the sense of Deligne), and in particular those attached to classical weight one modular forms that are regular at p. Firstly we define a Selmer group, and show that it is torsion on the corresponding Iwasawa algebra. We then compute the constant term of its caracteristic series in terms of p-adic logarithms of global units, under some mild assumptions. We also highlight a phenomenon of trivial zeros à la Mazur-Tate-Teitelbaum. Secondly we construct a p-adic L-function by deformation by means of Hida theory. Finally we formulate a Iwasawa Main Conjecture for such Artin motives. We show that it follows from the Iwasawa Main Conjecture for ordinary modular forms of weight greater than or equal to 2, and we inconditionally prove one divisibility of our Conjecture.
Cette thèse étudie, du point de vue de la théorie d'Iwasawa cyclotomique, certains motifs d'Artin non-critiques (au sens de Deligne), et en particulier, ceux attachés à une forme modulaire classique de poids un et p-régulière. Nous définissons dans un premier temps un groupe de Selmer, dont on montre qu'il est de torsion sur l'algèbre d'Iwasawa correspondante. On calcule ensuite le terme constant de sa série caractéristique en termes de logarithmes p-adiques d'unités globales, sous de faibles hypothèses. On met aussi en évidence l'existence d'un phénomène de "zéros triviaux" à la Mazur-Tate-Teitelbaum. Dans un deuxième temps, on construit une fonction L p-adique par déformation en utilisant la théorie des familles de Hida. Pour finir, on formule une Conjecture Principale d'Iwasawa pour de tels motifs d'Artin. On montre qu'elle découle de la Conjecture Principale d'Iwasawa pour les formes modulaires ordinaires de poids supérieur ou égal à 2, et on en montre inconditionnellement une divisibilité.
This thesis studies from the viewpoint of cyclotomic Iwasawa theory certain non-critical Artin motives (in the sense of Deligne), and in particular those attached to classical weight one modular forms that are regular at p. Firstly we define a Selmer group, and show that it is torsion on the corresponding Iwasawa algebra. We then compute the constant term of its caracteristic series in terms of p-adic logarithms of global units, under some mild assumptions. We also highlight a phenomenon of trivial zeros à la Mazur-Tate-Teitelbaum. Secondly we construct a p-adic L-function by deformation by means of Hida theory. Finally we formulate a Iwasawa Main Conjecture for such Artin motives. We show that it follows from the Iwasawa Main Conjecture for ordinary modular forms of weight greater than or equal to 2, and we inconditionally prove one divisibility of our Conjecture.
25-09-2019
25-09-2019
Thèse
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Dispositif de détection et localisation basé sur un système RFID UHF intelligent : application au domaine de la grande distribution
Dispositif de détection et localisation basé sur un système RFID UHF intelligent : application au domaine de la grande distribution


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La technologie RFID UHF, également appelée RAIN RFID, est une technologie passive permettant l’identification automatique des objets. Elle comble ainsi le fossé entre les mondes physique et numérique en permettant à un objet de devenir « vivant » sur l'internet des objets grâce à des étiquettes RFID (tags) peu coûteuses et sans batterie. La technologie RFID UHF passive témoigne d’un développement significatif en raison de la croissance accélérée de dispositifs technologiques sophistiqués. Ce développement est en grande partie poussé par la chaîne d'approvisionnement et la grande distribution. Dans ces domaines, la RFID UHF passive de deuxième génération (Gen2), parmi d'autres solutions de traçage et d'identification possibles, constitue un choix logique compte tenu du faible coût des tags lorsqu’ils sont produits en gros volumes, de leur facilité d'impression et de l’absence de batterie. La principale préoccupation des revendeurs détaillants est la disponibilité du produit. Celle-ci peut être affectée par l’existence d’erreurs liées à la visibilité (écarts de stockage, vol, perte) et d’erreurs humaines. Il est donc nécessaire d'améliorer la visibilité et d'automatiser le processus. Malgré ses avantages, le déploiement de la technologie RFID dans la grande distribution est toujours confronté à de nombreux obstacles et défis. Dans cette thèse, nous nous sommes attachés à répertorier toutes les technologies de composants et de lecteurs proposées sur le marché ou encore à l’état de prototype, puis, après avoir identifié et analysé les différents défis liés à ce domaine particulier d’application, à élaborer et à tester de nouvelles solutions. En premier lieu, les distances maximales de lecture des tags passifs sont évaluées dans différents environnement afin d’identifier les facteurs les impactant. A l’issue de cette étude, une méthode de caractérisation alternative est proposée pour contrôler les performances des tags et identifier les objets tagués ayant de faibles performances. Deuxièmement, nous nous appuyant sur cette méthode pour proposer une nouvelle solution d’amélioration de la détection. Les algorithmes conçus et réalisés pour traduire cette solution permettent aux lecteurs de négocier leurs configurations avec l’environnement et entre eux. Enfin, un nouvel algorithme de localisation est proposé afin d’améliorer la précision. Son élaboration et son implémentation sont basées sur l’exploitation de la réponse des tags identifiés comme les plus fiables du milieu. Les solutions proposées sont particulièrement avantageuses car universelles, compatibles avec les lecteurs du marché et n’ajoutant aucun coût au matériel utilisé pour la détection.
UHF RFID technology, also known as RAIN RFID, is a passive technology that enables the automatic identification of items. Thus, it bridges the gap between the physical and digital worlds by allowing an item to become alive on the Internet of things thanks to inexpensive and battery-free RFID tags. Passive UHF RFID technology has witnessed a significant development due to the accelerated growth of sophisticated technological devices. This development is largely driven by the supply chain and the retail industries. Passive UHF RFID Gen2, among other tracing and identification solutions, is the logical choice given the low costs of large-volume tags, ease of printing and being battery-free, the need for maintenance is completely eliminated. The main concern of resellers, the withdrawal of the product, is mainly affected by errors related to visibility (stock gap, theft, loss) and human errors. It is, therefore, necessary to improve visibility and automate the process. Despite its advantages, RFID deployment in supermarkets is still facing many obstacles and challenges. In this thesis, we focus on technological availability by defining and analyzing the different challenges and possibly proposing the appropriate solutions. First, the maximum reading distances of passive tags are evaluated in different environments in order to identify the factors impacting them. At the end of this study, an alternative characterization method is proposed to control tag performance and identify tagged objects with poor performance. Secondly, we will use this method to propose a new solution to improve detection. The algorithms behind this solution allow readers to negotiate their configurations with the environment and with each other. Finally, a new location algorithm is proposed to improve accuracy. This algorithm is based on the exploitation of the answers of the reliable tags of the medium. The proposed solutions are universal, compatible with market readers and add no cost to the hardware used for detection.
La technologie RFID UHF, également appelée RAIN RFID, est une technologie passive permettant l’identification automatique des objets. Elle comble ainsi le fossé entre les mondes physique et numérique en permettant à un objet de devenir « vivant » sur l'internet des objets grâce à des étiquettes RFID (tags) peu coûteuses et sans batterie. La technologie RFID UHF passive témoigne d’un développement significatif en raison de la croissance accélérée de dispositifs technologiques sophistiqués. Ce développement est en grande partie poussé par la chaîne d'approvisionnement et la grande distribution. Dans ces domaines, la RFID UHF passive de deuxième génération (Gen2), parmi d'autres solutions de traçage et d'identification possibles, constitue un choix logique compte tenu du faible coût des tags lorsqu’ils sont produits en gros volumes, de leur facilité d'impression et de l’absence de batterie. La principale préoccupation des revendeurs détaillants est la disponibilité du produit. Celle-ci peut être affectée par l’existence d’erreurs liées à la visibilité (écarts de stockage, vol, perte) et d’erreurs humaines. Il est donc nécessaire d'améliorer la visibilité et d'automatiser le processus. Malgré ses avantages, le déploiement de la technologie RFID dans la grande distribution est toujours confronté à de nombreux obstacles et défis. Dans cette thèse, nous nous sommes attachés à répertorier toutes les technologies de composants et de lecteurs proposées sur le marché ou encore à l’état de prototype, puis, après avoir identifié et analysé les différents défis liés à ce domaine particulier d’application, à élaborer et à tester de nouvelles solutions. En premier lieu, les distances maximales de lecture des tags passifs sont évaluées dans différents environnement afin d’identifier les facteurs les impactant. A l’issue de cette étude, une méthode de caractérisation alternative est proposée pour contrôler les performances des tags et identifier les objets tagués ayant de faibles performances. Deuxièmement, nous nous appuyant sur cette méthode pour proposer une nouvelle solution d’amélioration de la détection. Les algorithmes conçus et réalisés pour traduire cette solution permettent aux lecteurs de négocier leurs configurations avec l’environnement et entre eux. Enfin, un nouvel algorithme de localisation est proposé afin d’améliorer la précision. Son élaboration et son implémentation sont basées sur l’exploitation de la réponse des tags identifiés comme les plus fiables du milieu. Les solutions proposées sont particulièrement avantageuses car universelles, compatibles avec les lecteurs du marché et n’ajoutant aucun coût au matériel utilisé pour la détection.
UHF RFID technology, also known as RAIN RFID, is a passive technology that enables the automatic identification of items. Thus, it bridges the gap between the physical and digital worlds by allowing an item to become alive on the Internet of things thanks to inexpensive and battery-free RFID tags. Passive UHF RFID technology has witnessed a significant development due to the accelerated growth of sophisticated technological devices. This development is largely driven by the supply chain and the retail industries. Passive UHF RFID Gen2, among other tracing and identification solutions, is the logical choice given the low costs of large-volume tags, ease of printing and being battery-free, the need for maintenance is completely eliminated. The main concern of resellers, the withdrawal of the product, is mainly affected by errors related to visibility (stock gap, theft, loss) and human errors. It is, therefore, necessary to improve visibility and automate the process. Despite its advantages, RFID deployment in supermarkets is still facing many obstacles and challenges. In this thesis, we focus on technological availability by defining and analyzing the different challenges and possibly proposing the appropriate solutions. First, the maximum reading distances of passive tags are evaluated in different environments in order to identify the factors impacting them. At the end of this study, an alternative characterization method is proposed to control tag performance and identify tagged objects with poor performance. Secondly, we will use this method to propose a new solution to improve detection. The algorithms behind this solution allow readers to negotiate their configurations with the environment and with each other. Finally, a new location algorithm is proposed to improve accuracy. This algorithm is based on the exploitation of the answers of the reliable tags of the medium. The proposed solutions are universal, compatible with market readers and add no cost to the hardware used for detection.
25-09-2019
25-09-2019
Thèse
Thèse

Analyse qualitative de plusieurs types de systèmes de maladies infectieuses avec effets de réaction ou de diffusion
Analyse qualitative de plusieurs types de systèmes de maladies infectieuses avec effets de réaction ou de diffusion


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Cette thèse étudie quelques problèmes qualitatifs pour les systèmes d’équations différentielles modélisant des maladies infectieuses avec des effets de réaction ou de diffusion. Il se compose en trois parties. Premièrement, nous étudions un système de réaction-diffusion complex décrivant la propagation spatio-temporelle de la grippe avec de multiples souches. Nous établissons des conditions d’existence d’ondes semi-progressives, progressives fortes et faibles (persistantes) à partir de l’équilibre sans maladie. Nous discutons en outre plusieurs situations dans lesquelles les ondes se-mi-progressives n’existent pas, et donnent une estimation de la vitesse minimale d’onde. Deuxième-ment, nous analysons une classe de systèmes éco-épidémiologiques dans lesquels les proies sont sujettes à l’effet Allee et à l’infection. Pour certains sous-systèmes, nous déterminons l’existence du point de bifurcation (bifurcation Hopf et bifurcation d’orbites hétéroclines). Nous montrons que l’effet Allee fort peut créer une courbe séparatrice (ou une surface), conduisant à une stabilité mul-tiple. Nous trouvons que les cycles hétéroclines forment un réseau hétérocline et identifient une or-bite périodique intérieure. Enfin, nous donnons une analyse qualitative de deux systèmes différentiels basés sur le réseau couplant la propagation de l’épidémie et la diffusion de l’information: le système d’interaction et le système de contrôle des épidémies. Plus spécifiquement, nous obtenons l’existence de l’équilibre sans maladie, l’équilibre endémique et la variété de synchronisation, ainsi que leur stabilité asymptotique globale.
This thesis studies some qualitative problems for systems of differential equations modeling in-fectious diseases with reaction or diffusion effects. It consists of three parts. Firstly, we study a complex reaction-diffusion system describing the spatiotemporal spread of in-fluenza with multiple strains. We establish conditions for the existence of semi-, strong and weak (persistent) traveling waves starting from the disease-free equilibrium. We further discuss several situations in which semi-traveling waves do not exist, and give an estimation of minimal wave speed. Secondly, we analyze a class of eco-epidemiological systems where prey is subject to Allee effect and infection. For certain subsystems, we determine the existence of the bifurcation point (Hopf bifurca-tion and bifurcation of heteroclinic orbits). We show that the strong Allee effect can create a separa-trix curve (or surface), leading to multi-stability. We find that the heteroclinic cycles form a hetero-clinic network and identify an interior periodic orbit. Finally, we give a qualitative analysis of two network-based differential systems coupling epidemic spread and information diffusion: the interplay system and the epidemic control system. More specifically, we obtain the existence of the disease-free equilibrium, endemic equilibrium and synchronization manifold, and their global asymptotic stability.
Cette thèse étudie quelques problèmes qualitatifs pour les systèmes d’équations différentielles modélisant des maladies infectieuses avec des effets de réaction ou de diffusion. Il se compose en trois parties. Premièrement, nous étudions un système de réaction-diffusion complex décrivant la propagation spatio-temporelle de la grippe avec de multiples souches. Nous établissons des conditions d’existence d’ondes semi-progressives, progressives fortes et faibles (persistantes) à partir de l’équilibre sans maladie. Nous discutons en outre plusieurs situations dans lesquelles les ondes se-mi-progressives n’existent pas, et donnent une estimation de la vitesse minimale d’onde. Deuxième-ment, nous analysons une classe de systèmes éco-épidémiologiques dans lesquels les proies sont sujettes à l’effet Allee et à l’infection. Pour certains sous-systèmes, nous déterminons l’existence du point de bifurcation (bifurcation Hopf et bifurcation d’orbites hétéroclines). Nous montrons que l’effet Allee fort peut créer une courbe séparatrice (ou une surface), conduisant à une stabilité mul-tiple. Nous trouvons que les cycles hétéroclines forment un réseau hétérocline et identifient une or-bite périodique intérieure. Enfin, nous donnons une analyse qualitative de deux systèmes différentiels basés sur le réseau couplant la propagation de l’épidémie et la diffusion de l’information: le système d’interaction et le système de contrôle des épidémies. Plus spécifiquement, nous obtenons l’existence de l’équilibre sans maladie, l’équilibre endémique et la variété de synchronisation, ainsi que leur stabilité asymptotique globale.
This thesis studies some qualitative problems for systems of differential equations modeling in-fectious diseases with reaction or diffusion effects. It consists of three parts. Firstly, we study a complex reaction-diffusion system describing the spatiotemporal spread of in-fluenza with multiple strains. We establish conditions for the existence of semi-, strong and weak (persistent) traveling waves starting from the disease-free equilibrium. We further discuss several situations in which semi-traveling waves do not exist, and give an estimation of minimal wave speed. Secondly, we analyze a class of eco-epidemiological systems where prey is subject to Allee effect and infection. For certain subsystems, we determine the existence of the bifurcation point (Hopf bifurca-tion and bifurcation of heteroclinic orbits). We show that the strong Allee effect can create a separa-trix curve (or surface), leading to multi-stability. We find that the heteroclinic cycles form a hetero-clinic network and identify an interior periodic orbit. Finally, we give a qualitative analysis of two network-based differential systems coupling epidemic spread and information diffusion: the interplay system and the epidemic control system. More specifically, we obtain the existence of the disease-free equilibrium, endemic equilibrium and synchronization manifold, and their global asymptotic stability.
25-09-2019
25-09-2019
Thèse
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Lactose hydrolyzed milk powder: optimization of the drying process and study of structural and functional properties
Lactose hydrolyzed milk powder: optimization of the drying process and study of structural and functional properties


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La technologie de production du lait en poudre hydrolysé au lactose a été développée pour répondre aux besoins des consommateurs intolérants au lactose. Bien que le produit soit actuellement commercialisé dans certains pays, le secteur est confronté à des problèmes technologiques lors de la production et du stockage de la poudre, tels que l'agglomération, la prise en masse, le brunissement, une hygroscopicité élevée, un faible rendement de production et une perte de propriétés technofonctionnelles. Dans ce contexte, deux objectifs principaux ont été assignés aux travaux de cette thèse: (i) optimiser le processus de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose; (ii) comprendre l'impact de l'hydrolyse du lactose sur la structure interne du lait en poudre hydrolysé au lactose à l'échelle moléculaire. Afin d’optimiser le processus de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose, les échantillons de poudre ont été soumis à diverses conditions de séchage: débits de lait concentré variant de 0,3 à 1,5 kg and h -1 et température d’entrée de l’air allant de 115 à 160 °C. Ensuite, une caractérisation thermodynamique du processus de séchage a été réalisée en utilisant les équations de bilan massique et énergétique. Pour comprendre l'impact de l'hydrolyse du lactose sur la structure interne de la poudre après séchage et pendant le stockage, nous avons analysé l'organisation et la dynamique des molécules dans le lait en poudre hydrolysé au lactose en examinant l'aspect et la structure des échantillons de poudre et leurs propriétés techno-fonctionnelles. Tout au long des expériences, le lait en poudre traditionnel a été utilisé comme témoin. Dans cette étude, il a été observé que les paramètres idéaux pour la production de lait en poudre hydrolysé au lactose étaient les suivants: température de l'air entrant à 145 ° C et débit de 1,0 kg h-1. Cette découverte renforce l'idée selon laquelle les conditions de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose sont différentes de celles utilisées pour la fabrication du lait en poudre traditionnel. Il a également été observé que les molécules présentes dans le lait en poudre hydrolysé au lactose présentaient une organisation moléculaire plus homogène par rapport au lait en poudre traditionnel et permettaient une plus grande interaction protéine-sucre. Dans des conditions de vieillissement accéléré de la poudre hydrolysée, la glycation des protéines était le processus initial qui a déclenché les principales modifications observées dans le lait en poudre hydrolysé au lactose pendant le stockage.
The production technology of lactose hydrolyzed milk powder has been developed to meet the needs of lactose intolerant consumers. Although the product is currently marketed in some countries, the industry faces technological issues during the production and storage of the powder such as agglomeration, caking, browning, high hygroscopicity, low production yield and loss of techno-functional properties. In this context, two main objectives were assigned to the work of this thesis: (i) to optimize the drying process of lactose hydrolyzed milk powder; (ii) to understand the impact of lactose hydrolysis on the internal structure of lactose hydrolyzed milk powder on a molecular scale. In order to optimize the drying process of lactose hydrolyzed milk powder, powder samples were subjected to various drying conditions: concentrated milk flow rates varying from 0.3 to 1.5 kg∙h -1 and inlet air temperature ranging from 115 to 160 °C. Then, a thermodynamic characterization of the drying process was carried out using the equations of mass and energy balance. To understand the impact of lactose hydrolysis on the internal structure of the powder after drying and during storage, the organization and dynamics of the molecules in lactose hydrolyzed milk powder were analyzed by examining appearance and structure of the powder samples and their techno-functional properties. Throughout the experiments, traditional milk powder was used as a control. In this study, it has been observed that the ideal parameters for lactose hydrolyzed milk powder production were: inlet air temperature at 145 ° C and 1.0 kg ∙ h-1 flow rate. This finding reinforces the idea that the drying conditions of lactose hydrolyzed milk powder are different from those used to make traditional milk powder. It was also observed that molecules present in milk powder hydrolyzed with lactose presented a more homogeneous molecular organization compared to traditional milk powder and allowed for greater protein-sugar interaction. Under accelerated aging conditions of the hydrolyzed powder, the protein glycation was the initial process that triggers the main modifications observed in lactose hydrolyzed milk powder during storage.
La technologie de production du lait en poudre hydrolysé au lactose a été développée pour répondre aux besoins des consommateurs intolérants au lactose. Bien que le produit soit actuellement commercialisé dans certains pays, le secteur est confronté à des problèmes technologiques lors de la production et du stockage de la poudre, tels que l'agglomération, la prise en masse, le brunissement, une hygroscopicité élevée, un faible rendement de production et une perte de propriétés technofonctionnelles. Dans ce contexte, deux objectifs principaux ont été assignés aux travaux de cette thèse: (i) optimiser le processus de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose; (ii) comprendre l'impact de l'hydrolyse du lactose sur la structure interne du lait en poudre hydrolysé au lactose à l'échelle moléculaire. Afin d’optimiser le processus de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose, les échantillons de poudre ont été soumis à diverses conditions de séchage: débits de lait concentré variant de 0,3 à 1,5 kg and h -1 et température d’entrée de l’air allant de 115 à 160 °C. Ensuite, une caractérisation thermodynamique du processus de séchage a été réalisée en utilisant les équations de bilan massique et énergétique. Pour comprendre l'impact de l'hydrolyse du lactose sur la structure interne de la poudre après séchage et pendant le stockage, nous avons analysé l'organisation et la dynamique des molécules dans le lait en poudre hydrolysé au lactose en examinant l'aspect et la structure des échantillons de poudre et leurs propriétés techno-fonctionnelles. Tout au long des expériences, le lait en poudre traditionnel a été utilisé comme témoin. Dans cette étude, il a été observé que les paramètres idéaux pour la production de lait en poudre hydrolysé au lactose étaient les suivants: température de l'air entrant à 145 ° C et débit de 1,0 kg h-1. Cette découverte renforce l'idée selon laquelle les conditions de séchage du lait en poudre hydrolysé au lactose sont différentes de celles utilisées pour la fabrication du lait en poudre traditionnel. Il a également été observé que les molécules présentes dans le lait en poudre hydrolysé au lactose présentaient une organisation moléculaire plus homogène par rapport au lait en poudre traditionnel et permettaient une plus grande interaction protéine-sucre. Dans des conditions de vieillissement accéléré de la poudre hydrolysée, la glycation des protéines était le processus initial qui a déclenché les principales modifications observées dans le lait en poudre hydrolysé au lactose pendant le stockage.
The production technology of lactose hydrolyzed milk powder has been developed to meet the needs of lactose intolerant consumers. Although the product is currently marketed in some countries, the industry faces technological issues during the production and storage of the powder such as agglomeration, caking, browning, high hygroscopicity, low production yield and loss of techno-functional properties. In this context, two main objectives were assigned to the work of this thesis: (i) to optimize the drying process of lactose hydrolyzed milk powder; (ii) to understand the impact of lactose hydrolysis on the internal structure of lactose hydrolyzed milk powder on a molecular scale. In order to optimize the drying process of lactose hydrolyzed milk powder, powder samples were subjected to various drying conditions: concentrated milk flow rates varying from 0.3 to 1.5 kg∙h -1 and inlet air temperature ranging from 115 to 160 °C. Then, a thermodynamic characterization of the drying process was carried out using the equations of mass and energy balance. To understand the impact of lactose hydrolysis on the internal structure of the powder after drying and during storage, the organization and dynamics of the molecules in lactose hydrolyzed milk powder were analyzed by examining appearance and structure of the powder samples and their techno-functional properties. Throughout the experiments, traditional milk powder was used as a control. In this study, it has been observed that the ideal parameters for lactose hydrolyzed milk powder production were: inlet air temperature at 145 ° C and 1.0 kg ∙ h-1 flow rate. This finding reinforces the idea that the drying conditions of lactose hydrolyzed milk powder are different from those used to make traditional milk powder. It was also observed that molecules present in milk powder hydrolyzed with lactose presented a more homogeneous molecular organization compared to traditional milk powder and allowed for greater protein-sugar interaction. Under accelerated aging conditions of the hydrolyzed powder, the protein glycation was the initial process that triggers the main modifications observed in lactose hydrolyzed milk powder during storage.
24-09-2019
24-09-2019
Thèse
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Mort cellulaire initiée par l'oxygène singulet : mise en évidence d'effets à longue portée
Mort cellulaire initiée par l'oxygène singulet : mise en évidence d'effets à longue portée


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L'oxygène singulet (1O2) , premier état électronique excité du dioxygène, est l'agent cytotoxique majeur en photo-thérapie dynamique. Nous avons utilisé l'activation optique directe du dioxygène pour faire un lien quantitatif entre taux de production d'1O2 et mort cellulaire. Dans des sphéroïdes tumoraux, qui reproduisent in vitro la géométrie des tumeurs, nous mettons en évidence de la mort cellulaire à longue portée qui ne peut être expliquée par l'action directe de 1O2 . Cette mort est due à de l' 1O2 produit au sein des sphéroïdes mais à l'extérieur des cellules. Nous avons mis en place une expérience qui nous permets de contrôler spatialement la production de 1O2 à l'extérieur des cellules. La mort cellulaire observée à longue portée dans ces expériences implique la présence d'espèces réactives de l'oxygène secondaires. Enfin, certaines modalités de mort sont privilégiées du point de vue thérapeutique pour, entre autres, limiter la réponse inflammatoire. Nous avons mis en place une expérience in vitro qui nous permet d'observer différentes modalités de mort en fonction du taux de production de 1O2 et de la durée d'exposition.
Singlet oxygen (1O2) is the first excited state of molecular oxygen. It is the major cytotoxic agent in photo-dynamic therapy. We use direct optical excitation of oxygen to quantitatively estimate 1O2 production rate in cells and to study its cytotoxic effects. In multicellular tumor spheroids, which mimic tumor geometry in vitro, we highlight long-range cell death that cannot be explained by singlet oxygen alone. This death is caused by 1O2 generated within spheroids but outside of the cells. We set up an experiment enabling spatial control of extra-cellular 1O2 production. The measured long-range cell death in these experiments implies the presence of secondary reactive oxygen species. Lastly, some cell death modalities are preferred from a treatment perspective, in order, for example, to limit inflammatory response. We set up an in vitro experiment that enabled us to observe different cell death modalities according to 1O2 production rates and exposure times.
L'oxygène singulet (1O2) , premier état électronique excité du dioxygène, est l'agent cytotoxique majeur en photo-thérapie dynamique. Nous avons utilisé l'activation optique directe du dioxygène pour faire un lien quantitatif entre taux de production d'1O2 et mort cellulaire. Dans des sphéroïdes tumoraux, qui reproduisent in vitro la géométrie des tumeurs, nous mettons en évidence de la mort cellulaire à longue portée qui ne peut être expliquée par l'action directe de 1O2 . Cette mort est due à de l' 1O2 produit au sein des sphéroïdes mais à l'extérieur des cellules. Nous avons mis en place une expérience qui nous permets de contrôler spatialement la production de 1O2 à l'extérieur des cellules. La mort cellulaire observée à longue portée dans ces expériences implique la présence d'espèces réactives de l'oxygène secondaires. Enfin, certaines modalités de mort sont privilégiées du point de vue thérapeutique pour, entre autres, limiter la réponse inflammatoire. Nous avons mis en place une expérience in vitro qui nous permet d'observer différentes modalités de mort en fonction du taux de production de 1O2 et de la durée d'exposition.
Singlet oxygen (1O2) is the first excited state of molecular oxygen. It is the major cytotoxic agent in photo-dynamic therapy. We use direct optical excitation of oxygen to quantitatively estimate 1O2 production rate in cells and to study its cytotoxic effects. In multicellular tumor spheroids, which mimic tumor geometry in vitro, we highlight long-range cell death that cannot be explained by singlet oxygen alone. This death is caused by 1O2 generated within spheroids but outside of the cells. We set up an experiment enabling spatial control of extra-cellular 1O2 production. The measured long-range cell death in these experiments implies the presence of secondary reactive oxygen species. Lastly, some cell death modalities are preferred from a treatment perspective, in order, for example, to limit inflammatory response. We set up an in vitro experiment that enabled us to observe different cell death modalities according to 1O2 production rates and exposure times.
23-09-2019
23-09-2019
Thèse
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