Laboratoire de Physique Théorique
Thèses en ligne de l'Université Toulouse III - Paul SabatierNot a member yet
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Modélisation des comportements de recherche basé sur les interactions des utilisateurs
Get PDFLes utilisateurs de systèmes d'information divisent normalement les tâches en une séquence de plusieurs étapes pour les résoudre. En particulier, les utilisateurs divisent les tâches de recherche en séquences de requêtes, en interagissant avec les systèmes de recherche pour mener à bien le processus de recherche d'informations. Les interactions des utilisateurs sont enregistrées dans des journaux de requêtes, ce qui permet de développer des modèles pour apprendre automatiquement les comportements de recherche à partir des interactions des utilisateurs avec les systèmes de recherche. Ces modèles sont à la base de multiples applications d'assistance aux utilisateurs qui aident les systèmes de recherche à être plus interactifs, faciles à utiliser, et cohérents. Par conséquent, nous proposons les contributions suivantes : un modèle neuronale pour apprendre à détecter les limites des tâches de recherche dans les journaux de requête ; une architecture de regroupement profond récurrent qui apprend simultanément les représentations de requête et regroupe les requêtes en tâches de recherche ; un modèle non supervisé et indépendant d'utilisateur pour l'identification des tâches de recherche prenant en charge les requêtes dans seize langues ; et un modèle de tâche de recherche multilingue, une approche non supervisée qui modélise simultanément l'intention de recherche de l'utilisateur et les tâches de recherche. Les modèles proposés améliorent les méthodes existantes de modélisation, en tenant compte de la confidentialité des utilisateurs, des réponses en temps réel et de l'accessibilité linguistique. Le respect de la vie privée de l'utilisateur est une préoccupation majeure, tandis que des réponses rapides sont essentielles pour les systèmes de recherche qui interagissent avec les utilisateurs en temps réel, en particulier dans la recherche par conversation. Dans le même temps, l'accessibilité linguistique est essentielle pour aider les utilisateurs du monde entier, qui interagissent avec les systèmes de recherche dans de nombreuses langues. Les contributions proposées peuvent bénéficier à de nombreuses applications d'assistance aux utilisateurs, en aidant ces derniers à mieux résoudre leurs tâches de recherche lorsqu'ils accèdent aux systèmes de recherche pour répondre à leurs besoins d'information.Users of information systems normally divide tasks in a sequence of multiple steps to solve them. In particular, users divide search tasks into sequences of queries, interacting with search systems to carry out the information seeking process. User interactions are registered on search query logs, enabling the development of models to automatically learn search patterns from the users' interactions with search systems. These models underpin multiple user assisting applications that help search systems to be more interactive, user-friendly, and coherent. User assisting applications include query suggestion, the ranking of search results based on tasks, query reformulation analysis, e-commerce applications, retrieval of advertisement, query-term prediction, mapping of queries to search tasks, and so on. Consequently, we propose the following contributions: a neural model for learning to detect search task boundaries in query logs; a recurrent deep clustering architecture that simultaneously learns query representations through self-training, and cluster queries into groups of search tasks; Multilingual Graph-Based Clustering, an unsupervised, user-agnostic model for search task identification supporting queries in sixteen languages; and Language-agnostic Search Task Model, an unsupervised approach that simultaneously models user search intent and search tasks. Proposed models improve on existing methods for modeling user interactions, taking into account user privacy, realtime response times, and language accessibility. User privacy is a major concern in Ethics for intelligent systems, while fast responses are critical for search systems interacting with users in realtime, particularly in conversational search. At the same time, language accessibility is essential to assist users worldwide, who interact with search systems in many languages. The proposed contributions can benefit many user assisting applications, helping users to better solve their search tasks when accessing search systems to fulfill their information needs
Vers une meilleure estimation de la magnitude à partir de la coda sismique
Get PDFUne estimation précise de la magnitude est nécessaire pour correctement évaluer l'aléa sismique, notamment dans les zones de sismicité faible à modérée comme la France Métropolitaine. Cependant, les magnitudes des petits séismes sont entachées d'importantes incertitudes causées par d'importants effets de propagation à haute fréquence qui ne sont généralement pas pris en compte. Pour résoudre ce problème, nous avons développé une nouvelle méthode physique afin d'estimer la magnitude des petits événements sismiques à partir d'une modélisation complète des enveloppes énergétiques, des arrivées directes à la coda sismique, en modélisant correctement l'atténuation (scattering et absorption intrinsèque) dans un modèle réaliste de la lithosphère terrestre. Pour cela, nous avons développé un outil de modélisation, basé sur la méthode de Monte-Carlo, permettant de simuler la propagation de l'énergie dans une croûte inhomogène sur un manteau supposé homogène et obtenu des enveloppes énergétiques synthétiques. La théorie du transfert radiatif des ondes élastiques polarisées a été adaptée à notre outil. Nous avons d'abord déterminé les effets des interfaces de la croûte sur la forme des enveloppes énergétiques. À l'aide d'études paramétriques, nous avons confronté les principes communément acceptés d'équipartition, de dépolarisation des ondes S et de la normalisation de la coda dans ce modèle de lithosphère particulier. Ensuite, nous avons appliqué cet outil de modélisation au séisme du Teil ayant eu lieu dans le sud-est de la France en 2019, de magnitude locale M_L=5.2. Pour séparer les termes de source, d'atténuation et de site, nous avons développé une procédure d'inversion en 2 temps, permettant d'abord d'extraire les paramètres d'atténuation pour chaque trajet source-station à partir de l'ensemble de l'enveloppe énergétique observée en utilisant l'algorithme de Levenberg-Marquardt, puis de déterminer le spectre de source d'où la magnitude de moment Mw est extraite.
Les résultats d'inversion pour 6 stations à moins de 150 km de l'épicentre confirment une importante variabilité des paramètres d'atténuation (scattering et absorption intrinsèque) à l'échelle régionale. Les résultats montrent que le scattering est plus important en direction des Alpes que dans le Massif Central, notamment à basse fréquence. L'absorption intrinsèque est aussi plus importante en direction des Alpes et le sud de la Vallée du Rhône que dans le Massif Central à basse fréquence, alors que celle-ci devient plus faible dans les Alpes à haute fréquence. Bien que peu résolvable, le mécanisme de scattering serait vers l'avant voire très vers l'avant. En inversant le spectre de source, nous déterminons une magnitude de moment M_w de 5.05±0.17, une fréquence-coin f_c=0.71±0.25 Hz et un taux de décroissance du spectre de source à haute fréquence de n=2.70±0.23.An accurate magnitude estimation is necessary to properly evaluate seismic hazard, especially in low to moderate seismicity areas such as Metropolitan France. However, the magnitudes of small earthquakes are subject to large uncertainties caused by important high-frequency propagation effects which are generally not taken into account.
To solve this problem, we developed a new physical method to estimate magnitudes of small earthquakes from a complete modeling of the energy envelopes, from direct arrivals to the seismic coda, by correctly modeling the attenuation (scattering and intrinsic absorption) in a realistic model of the Earth's lithosphere. To reach this goal, we developed a modeling procedure based on the Monte-Carlo method to simulate energy propagation in an inhomogeneous crust over an assumed homogeneous mantle and obtained synthetic energy envelopes. The radiative transfer theory of polarized elastic waves was adapted to our procedure. We first determined the effects of crustal interfaces on the shape of the energy envelopes. Through parametric studies, we confronted the commonly accepted principles of equipartition, S-wave depolarization and coda normalization in this particular lithosphere model. Then, we applied this modeling procedure to the Le Teil earthquake which occurred in southeastern France in 2019, for which its local magnitude is evaluated at M_L=5.2. To separate the source, attenuation and site terms, we developed a 2-step inversion procedure, allowing first to extract the attenuation parameters for each source-station path from the whole observed energy envelope using the Levenberg-Marquardt algorithm, then to determine the source spectrum from which the moment magnitude M_w is extracted. The inversion results for 6 stations within 150 km from the epicenter confirm a significant variability in the attenuation parameters (scattering and intrinsic absorption) on a regional scale. The results show that scattering is more important in the direction of the Alps than in the Central Massif, especially at low frequency. Intrinsic absorption is also more important in the direction of the Alps and the southern Rhone Valley than in the Central Massif at low frequency, while it becomes weaker in the Alps at high frequency. Although not very resolvable, the mechanism of scattering appears to be forward or very forward. By inverting the source spectrum, we determine a moment magnitude M_w of 5.05±0.17, a corner frequency f_c=0.71±0.25 Hz and a high frequency fall-off rate of n=2.70±0.23 for the source spectrum
Couplage bidirectionnel feu-atmosphère pour la propagation des incendies de forêt : modélisation, incertitudes et sensibilités
Get PDFLes incendies de forêt font partie des phénomènes naturels destructeurs représentant un enjeu écologique majeur et un problème pour la sécurité des populations. La propagation d'un incendie aux échelles géographiques (i.e. pour un incendie de plusieurs dizaines voire centaines d'hectares) peut être modélisée en adoptant une description simplifiée du feu, sous la forme d'un front unidimensionnel se déplaçant sur surface combustible hétérogène, et en l'intégrant au sein d'un modèle de météorologie locale. Lorsque le modèle atmosphérique et le modèle de feu s'échangent des informations comme le vent de surface et les flux de chaleur générés par l'incendie, on parle de modèle couplé feu-atmosphère. Dans ces travaux de thèse, le modèle de feu Blaze a été développé et intégré au modèle de météorologie de méso-échelle MésoNH afin de reconstruire la chronologie détaillée d'un incendie et de fournir ainsi un cadre d'étude des interactions entre un incendie et la micro-météorologie. Le modèle couplé MésoNH-Blaze a été validé sur le brûlage dirigé FireFlux I, un feu de prairie d'une trentaine d'hectares. La réponse du modèle couplé MésoNH-Blaze à différents choix de modélisation et différents scénarios atmosphériques a été étudiée pour quantifier les incertitudes associées aux quantités d'intérêt (la position et les flux de chaleur sensibles du front de feu par exemple) et identifier les paramètres les plus influents. Les résultats ont montré une influence significative de la turbulence atmosphérique sur la vitesse de propagation et le vent induit par le feu. L'étude de sensibilité a également montré l'impact de la vitesse de propagation à la tête du front de feu à la vitesse du vent de surface, à l'indice foliaire et à la température d'inflammation de la paramétrisation de Balbi. Les flux de chaleur sensible et latente sont quant à eux principalement influencés par la charge de combustible mort et la teneur en humidité du combustible mort, respectivement. Dans sa version standard, le modèle atmosphérique MésoNH repose sur l'hypothèse anélastique. Celle-ci permet de supprimer les ondes acoustiques dans l'atmosphère en négligeant les variations horizontales et temporelles de densité de l'air dans l'équation de conservation de la masse. La validité de cette hypothèse est discutable au voisinage des zones de flammes sujettes à d'importants dégagements de chaleur. La version compressible de MésoNH, qui ne fait pas d'hypothèse sur la densité de l'air dans l'équation de continuité, développée précédemment pour l'atmosphère sèche, a été étendue à l'atmosphère humide dans le cadre de cette thèse. Elle a tout d'abord été appliquée sur des cas dynamiques simplifiés. Puis une comparaison entre les systèmes anélastique et compressible a été réalisée à l'aide du modèle couplé MésoNH-Blaze sur le cas FireFlux I. Les résultats ont montré que les effets compressibles deviennent importants à très haute résolution spatiale (10 m), en induisant une accélération du vent horizontal à l'avant du front de feu qui tend à accélérer la propagation du front de flamme, et en déclenchant une activité ondulatoire augmentant l'énergie spectrale des plus courtes longueurs d'onde. Ces structures de fine échelle nécessiteront une validation approfondie, mais montrent un certain degré de réalisme. Le système MésoNH-Blaze fournit un cadre numérique pour mieux comprendre les processus atmosphériques associés à un incendie tels que la dynamique de panache.Wildfires are among the destructive natural phenomena that represent a major ecological challenge and a problem for public safety. Fire spread on geographical scales (i.e., for a wildfire of several tens or even hundreds of hectares) can be modelled by assuming a simplified description of the fire, in the form of a one-dimensional front moving over a heterogeneous combustible surface, and by embedding it within a local weather model. When the atmospheric model and the fire model exchange information such as surface wind and heat fluxes generated by the fire, it is referred to as a coupled fire-atmosphere model. In this thesis work, the fire model Blaze was developed and integrated with the mesoscale meteorological model MésoNH in order to reconstruct the detailed chronology of a fire and thus provide a framework for studying wildfire and micro-meteorology interactions. The coupled MésoNH-Blaze model has been validated on the FireFlux I prescribed burn, a tall grass fire of about 30 hectares. The response of the coupled MésoNH-Blaze model to different modeling choices and atmospheric scenarios was studied to quantify the uncertainties associated with the quantities of interest (the position and sensitive heat fluxes of the fire front for example) and to identify the most influential parameters. The results showed a significant influence of atmospheric turbulence on the propagation speed and the wind induced by the fire. The sensitivity study also showed the impact of the propagation speed at the head of the fire front on the surface wind speed, the leaf area index and the ignition temperature of the Balbi's parameterization. Sensitive and latent heat fluxes are mainly influenced by the dead fuel load and the moisture content of the dead fuel, respectively. In its standard version, the atmospheric model MésoNH is based on the anelastic assumption. This allows to suppress acoustic waves in the atmosphere by neglecting horizontal and temporal variations in air density in the mass conservation equation. The relevance of this hypothesis is questionable in the vicinity of flame zones subject to important heat releases. The compressible version of MésoNH, which does not make a specific assumption on air density in the continuity equation, previously developed for the dry atmosphere, has been extended to the humid atmosphere in this thesis. It was first applied on simplified dynamic cases. Then a comparison between anelastic and compressible systems was performed using the coupled model MésoNH-Blaze on the FireFlux I case. The results showed that the compressible effects become important at very high spatial resolution (10 m), by inducing a horizontal wind acceleration in front of the fire front which tends to accelerate the fire rate of spread, and by triggering a wave motion activity increasing the spectral energy of the shortest wavelengths. These fine-scale structures will require further validation but show a certain degree of realism. The MésoNH-Blaze system provides a numerical framework to better understand the atmospheric processes associated with a fire such as plume dynamics
Rôles de la kinase Aurora et de la condensine dans la dynamique des télomères en méiose chez la levure fissipare Schizosaccharomyces pombe
No full textLa ségrégation des chromosomes est une étape critique de la division cellulaire. Une transmission erronée des chromosomes conduit à l'aneuploïdie, caractéristique des cancers. En méiose, ces erreurs engendrent de lourdes pathologies congénitales telles que les trisomies, dues à la transmission directe des altérations chromosomiques à la descendance. Les télomères jouent un rôle important dans la ségrégation des chromosomes en mitose ainsi que dans les étapes préliminaires aux divisions méiotiques. Cette thèse est consacrée à la compréhension des mécanismes prenant place aux télomères pour garantir une ségrégation correcte des chromosomes en méiose. Le travail effectué durant cette thèse montre qu'un processus dynamique de séparation des télomères prend place au cours de la méiose chez la levure à fission Schizosaccharomyces pombe. Les télomères se séparent en étapes, à partir du regroupement majeur trouvé en prophase I pour finalement aboutir à une séparation complète à l'issue de la méiose II. Les étapes de ce processus prenant place en méiose I sont dépendantes de la kinase Aurora aux télomères et du complexe Condensine. Cependant, les télomères ainsi que les bras des chromosomes sont capables de se séparer au cours de la méiose II en l'absence d'activité d'Aurora, malgré des défauts d'attachement des chromosomes et l'absence de Condensine. Ces travaux montrent l'importance des mécanismes qui permettent la séparation des bras des chromosomes et illustre les différences fondamentales entre la méiose I et la méiose II mais aussi celles qui existent entre la méiose II et la mitose.Chromosome segregation is a highly critical stage of cell division. Indeed, mistakes in chromosome transmission lead to aneuploidy, a hallmark of cancer. Chromosome segregation errors during meiosis cause particularly detrimental congenital diseases (e.g. human trisomies), as resulting chromosome alterations impact the entire offspring genome. Several studies report that chromosome ends, telomeres, play important roles both in accurate mitotic segregation of chromosome arms and in stages priming meiotic divisions. This thesis is committed to the comprehension of mechanisms that operate at telomeres in order to secure proper meiotic chromosome segregation. Work conducted during this thesis uncover a dynamic telomere separation process during meiosis of fission yeast Schizosaccharomyces pombe. Telomeres separate in stages, from the major telomere cluster of prophase I up to a complete separation by the end of meiosis II. The meiosis I stages of this process are dependent on Aurora kinase at telomeres and on Condensin complex. However, telomeres and chromosome arms are able to separate during meiosis II in the absence of Aurora function, despite erroneous chromosome attachments and lack of Condensin. This work highlights the importance of the mechanisms that allow chromosome arm separation and illustrates the fundamental differences between meiosis I and meiosis II but also between meiosis II and mitosis
Transport quantique des trous dans une monocouche de WSe2 sous champ magnétique intense
Get PDFLes dichalcogénures des métaux de transition sont constitués d'un empilement de monocouches atomiques liées entre elles par des liaisons faibles de type Van der Waals. Lorsqu'une monocouche de ce matériau est isolée, la symétrie d'inversion du cristal est brisée et la présence d'un couplage spin-orbite fort introduit une levée de dégénérescence des états électroniques ayant des spins différents. Le facteur de Landé effectif (g*) qui intervient dans l'énergie Zeeman est un paramètre qui caractérise, entre autres, la structure de bande du matériau. Il est exceptionnellement grand dans le système WSe_2 en raison de la présence de tungstène et des interactions électroniques. Sa détermination au travers des mesures de résistance électrique sous champ magnétique intense est l'objet de cette thèse. Dans un premier temps, des monocouches de WSe_2 sont produites par l'exfoliation mécanique du matériau massif et leur adressage électrique à l'échelle micrométrique est réalisé par des procédés technologiques de salle blanche impliquant la lithographie électronique. La magnétorésistance des échantillons produits est ensuite étudiée dans des conditions extrêmes de basse température et de champ magnétique intense. La densité de porteur de charges, des trous dans le cas cette thèse, peut être ajustée in-situ par effet de champ. Dans les monocouches de WSe_2, la quantification de l'énergie des niveaux de Landau modifiée par l'effet Zeeman est révélée par la présence d'oscillations complexes de la magnéto-résistance (oscillations de Shubnikov-de Haas). Le développement d'un modèle théorique dédié, où le désordre est pris en compte par un élargissement Gaussien des niveaux de Landau, est nécessaire afin d'interpréter quantitativement les résultats expérimentaux. Il simule l'évolution des composantes du tenseur de résistivité où les paramètres d'ajustement sont la mobilité électronique, l'énergie des bords de mobilité des niveaux de Landau ainsi que le facteur de Landé effectif. L'ajustement théorique aux résultats expérimentaux permet d'extraire l'évolution de g* des trous en fonction de leur densité dans une gamme variant de 5.10^12 à 7,5.10^12 cm^-2, qui s'inscrit dans la continuité des résultats issus de la littérature. Au-delà des approches novatrices sur le plan des conditions expérimentales et de modélisation, cette étude confirme l'importance des interactions électroniques dans la compréhension des propriétés électroniques de ce matériau.Transition metal dichalcogenides are made up of a stack of atomic monolayers bound together by weak Van der Waals interactions. When a single layer of this material is isolated, the crystal inversion symmetry is broken, leading to the degeneracy lifting of the electronic states having different spins in the presence of strong spin-orbit coupling. The effective Landé factor (g*) which arises in the Zeeman energy is a parameter which characterizes, among others, the band-structure of the material. It is exceptionally large in WSe_2 monolayers thanks to the presence of heavy tungsten atoms as well as electronic interactions. Its experimental determination through electrical resistance measurements under intense magnetic field constitutes the objective of this thesis. First, WSe_2 monolayers are produced by mechanical exfoliation of the mother material and their electrical addressing at the micrometric scale is achieved by clean room processes involving electron-beam lithography. Their magneto-resistance is studied under extreme conditions of low temperature and high magnetic field. The charge carrier density, holes in the thesis, can be varied in situ thanks to field effect. In WSe_2 monolayers, the quantization of the Landau level energy modified by the Zeeman effect is revealed by the presence of complex magneto-resistance oscillations (Shubnikov-de Haas oscillations). A dedicated theoretical model, where disorder is introduced through a Gaussian broadening of the Landau levels, is necessary for a quantitative understanding of the experimental results. The components of the resistivity tensor are simulated by this model where the main fitting parameters are the electronic mobility, the mobility edge of the Landau levels and the effective Landé factor. The fitting of the experimental results allows the extraction of g* for a hole density ranging from 5.10^12 to 7.5.10^12 cm^-2, which follows the trend reported in the literature. Beyond the innovative approaches in terms of experimental conditions and modelling, this study confirms the importance of electronic interactions in understanding the electronic properties of this material
Conception et synthèse de machines moléculaires dérivées du pentaphénylcyclopentadiène
Get PDFLe domaine de la mécanique moléculaire, et en particulier l'étude des machines moléculaires, constitue aujourd'hui un sujet de premier plan, dans un contexte de miniaturisation des technologies en évolution constante. De nombreux exemples de moteurs nanométriques capables de fournir un mouvement directionnel et contrôlé à partir de sources d'énergie variées ont été décrits dans la littérature au cours des trente dernières années. Cependant, le travail ou la puissance accessibles lors de la rotation des moteurs moléculaires sont souvent méconnus. Au cours de cette thèse, onze prototypes de treuils moléculaires ont été conçus et synthétisés, dérivant de l'architecture d'un moteur moléculaire organométallique déjà étudié dans l'équipe. Ces machines moléculaires ont été conçues pour être impliquées dans des expériences de microscopie à sonde locale (Microscopie à Force Atomique ou Microscopie à Effet Tunnel) à l'échelle de la molécule unique, afin d'étudier les propriétés mécaniques du moteur moléculaire de façon directe en conditions ambiantes, ou indirecte à travers le tractage de charges moléculaires sur une surface d'or à très basse température. Ces molécules présentant une forte complexité structurale, un intérêt particulier a été apporté à la conception de stratégies de synthèse modulaires permettant d'obtenir une large variété de machines moléculaires à partir de précurseurs communs. La seconde partie de cette thèse est consacrée à la préparation d'une série de pentaarylcyclopentadiènes en tant que prototypes de roues dentées moléculaires, sous-unités nécessaires à la construction de trains d'engrenages qui seront étudiés par Microscopie à Effet Tunnel. Différentes voies de synthèse conduisant à ces composés ont été explorées et ces études ont mené au développement d'une nouvelle réaction d'arylation directe du cyclopentadiène catalysée par du cuivre(I), permettant d'accéder à des pentaarylcyclopentadiènes en une seule étape à partir du cyclopentadiène et d'un excès d'iodure d'aryle. Après optimisation, cette méthodologie a été étendue à la préparation d'une famille d'hexaarylcyclopentadiènes, jusqu'ici inconnus.The field of molecular mechanics, and in particular the study of molecular machines, is nowadays a key topic, in a perpetually evolving context towards miniaturization of technologies. Numerous examples of nanometric motors able to provide a controlled directional motion were reported in the literature in the last thirty years. Nevertheless, in most cases, work or power available during rotation of molecular motors remains unknown. In the first part of this thesis, eleven prototypes of molecular winches were designed and synthesized, with an architecture derived from an organometallic molecular motor already studied by our team. These molecular machines were designed for scanning probe microscopy experiments (Atomic Force Microscopy or Scanning Tunneling Microscopy) at the single-molecule scale in order to study the mechanical properties of the motor, in a direct fashion under ambient conditions or indirectly with the pulling of molecular loads on a gold surface at very low temperature. As these molecules display a high structural complexity, a particular attention is devoted to the design of modular synthetic strategies allowing for the preparation of a large variety of molecular machines from central precursors. The second part of this thesis is dedicated to the preparation of a series of pentaarylcyclopentadienes as molecular cogwheels prototypes, crucial subunits for the construction of gear trains to be studied by Scanning Tunneling Microscopy. Various synthetic pathways leading to these compounds were explored and these studies allowed for the development a new copper(I)-catalyzed direct arylation of cyclopentadiene affording pentaarylcyclopentadienes in a single step from cyclopentadiene and an excess of aryl iodide. After optimization, this method was extended to the preparation of a series of unprecedented hexaarylcyclopentadienes
Classification ascendante hiérarchique sous contrainte de contiguïté pour l'analyse de données Hi-C
Get PDFL'organisation spatiale du génome à l'intérieur du noyau des cellules a un impact majeur sur la régulation de l'expression des gènes, avec notamment des implications importantes dans le développement fœtal, la différentiation cellulaire ou le développement de maladies. Ceci constitue la motivation initiale de ce travail dont l'objet est l'étude de la structure tri-dimensionnelle du matériel génétique et de ses variations à partir de données Hi-C. Tout d'abord, on se penche sur la modélisation de la structure hiérarchique du génome à partir de données Hi-C. On étudie les extensions d'un outil statistique naturel pour l'examen de structures hiérarchiques, la Classification Ascendante Hiérarchique (CAH), pour justifier son application au Hi-C. Cela permet de justifier la modélisation des structures par des arbres binaires (issues
de la CAH). On développe ensuite une méthode de comparaison de deux échantillons d'arbres pour être capable d'identifier des différences significatives.Spatial genome organization inside cell nuclei has a major impact over gene expression regulation, with important
implications in fetal development, cell differentiation or diseases development such as cancer. This fact is the starting point of this work whose aim is the study of three-dimensional structure of genome and of its variations using Hi-C data. First, we study the question of modeling the hierarchical structure of genome using Hi-C data. To do this, we considerate the extensions of a natural statistical tool when studying hierarchical structures, the Hierarchical Agglomerative Clustering (HAC), in order to justify its application to Hi-C data. This part justifies the modeling of structures by binary trees resulting from the HAC process. We then develop a method for comparing two samples of trees in order to be able to identify differences in structures between biological conditions with statistical guarantees
Modeling the hydrology, suspended sediments and organic carbon fluxes of the Congo River Basin: the role of the Cuvette Centrale
Get PDFLe bassin du fleuve Congo (BRC) est le deuxième plus grand bassin de drainage sur Terre après l'Amazone en termes de débit et de superficie du bassin. Il contient également la deuxième plus grande zone de forêt tropicale humide (1,8 million km2) qui abrite également le plus grand gisement de tourbières des tropiques (145 500 km2). La Cuvette Centrale est le bassin quarternaire "sag" situé au centre de ce bassin qui reçoit les flux de tous les principaux affluents situés sur la rive droite, la rive gauche et le cours d'eau supérieur du fleuve Congo. Bien que certaines études en l'hydrologie, sur les sédiments et en biogéochimie de la matière organique aient été réalisées sur ce bassin, il est nécessaire de mieux contraindre les flux latéraux de la matière qui passent par la Cuvette afin d'améliorer la compréhension du rôle de la Cuvette dans la biogéochimie du bassin au pas de temps journalier. A l'aide du modèle hydrologique SWAT (Soil and Water Assessment Tool) calibré en utilisant peu de données, et validé avec des produits de télédétection et des modèles biogéochimiques et hydrologiques, nous avons établi que la Cuvette Centrale est une source d'eau pour la cours d'eau principal durant l'étiage de 2000 à 2012. De plus, une analyse de la dynamique sédimentaire sur la période 2000-2012 a révélé que la Cuvette Centrale est capable de retenir plus de 23 mégatonnes de matériaux produits annuellement au sein de la
Cuvette Centrale ou provenant de sources situées en amont. Les simulations du COD et du COP ont révélé que l'hydrologie et la pente sont les principaux facteurs de contrôles de ces flux. Les résultats ont révélé qu'entre 1,2 et 1,5 mégatonnes de COD sont produites dans la Cuvette Centrale avec 0,9 mégatonnes de COP retenues dans la Cuvette. À l'exutoire du bassin, des flux de 13,4 Mt an-1 pour le COD et de 2,2 Mt an-1 de COP ont été estimé, ce qui correspond à la gamme d'estimation des précédentes études.The Congo River basin (CRB) is the second largest drainage basin on Earth after the Amazon in terms of discharge and basin area. It also contains the second largest area of rainforest (1.8 million km2) that also hosts the single largest peatland deposit found (145,500 km2) in the Tropics. The Cuvette Centrale is the quarternary "sag" basin found at the center of this basin that receives flows from all the principal tributaries located in the right bank, left bank and the upper Congo River. While a few studies of the hydrology, sediments and organic matter biogeochemistry of the CRB have been made, there is a need to better constrain the lateral fluxes of material that pass through the Cuvette in order to best understand its role in the basin biogeochemistry at a daily time step. With the aid of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model calibrated using scarce data, and validated with remote sensing products, biogeochemical and hydrological models, we
have established the role of the Cuvette Centrale as a source of water to the main River during low flow periods for the 2000-2012 simulation period. Furthermore, an analysis of the sediment dynamics in the 2000-2012 period revealed that the Cuvette Centrale is capable of retaining over 23 megatons of material annually produced within the Cuvette Centrale and from upland sources. The models for DOC and POC revealed that hydrology and slope are primary controls on these fluxes. The results revealed that between 1.2 to 1.5 megatons of DOC is produced in the Cuvette Centrale with 0.9 megatons of POC retained in the Cuvette Centrale. At the basin outlet, a flux of 13.4 Mt yr-1 for DOC and 2.2 Mt yr-1 of POC was estimated, consistent with previous estimates
Calculs ab initio des effets spin-orbite de type « Rashba » dans des oxydes de métaux de transition et leurs interfaces
Get PDFLa "spinorbitronique" est un domaine de recherche en pleine expansion qui pourrait permettre de proposer de nouveaux
dispositifs électroniques tirant profit de l'interaction spin-orbite afin d'en améliorer les performances, notamment en termes de consommation énergétique. Durant cette thèse, nous avons effectué des calculs numériques basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) afin de mieux décrire et comprendre les effets spin-orbite de type Rashba dans différents oxydes de métaux de transition et leurs interfaces. Ces calculs ab initio ont été complétés par des calculs reposant sur la méthode des liaisons fortes ou par le développement d'hamiltoniens basés sur la théorie des invariants, tout ceci dans le but de réaliser une analyse plus fine de l'origine des levées de dégénérescence en énergie observées dans la structure électronique en fonction du spin ou de l'orientation des textures de spin qui en résultent. Les différents résultats pourront servir à déterminer quels sont les paramètres primordiaux à optimiser afin d'obtenir les effets spin-orbite désirés pour une application donnée. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont principalement porté sur l'étude des couplages spin-orbite dans deux matériaux de structure pérovskite. Tout d'abord, nous nous sommes intéressés à l'oxyde SrTiO3(001) interfacé avec LaAlO3, système déjà bien connu pour présenter un gaz d'électrons bidimensionnel et des
taux de conversion spin-charge par effet Rashba-Edelstein particulièrement élevés. Par la suite, nous avons étudié l'oxyde ferroélectrique PbTiO3, qui est composé d'un élément chimique lourd et peut ainsi être présenté comme une alternative 3D aux systèmes à base de SrTiO3. Pour ce système, l'orientation de la polarisation électrique du matériau pourrait être contrôlée par l'application d'un champ électrique, mais aussi grâce à des effets de contraintes épitaxiales. Dans un troisième temps,
nous avons présenté des résultats préliminaires obtenus pour le composé HfO2, ferroélectrique en couche mince, et nous avons montré comment ce matériau pourrait être utilisé pour contrôler les effets spin-orbite d'une couche de métal lourd
adjacente. Finalement, nous avons proposé une description brève d'autres études réalisées durant cette thèse et qui viennent confirmer la richesse de la physique des oxydes de métaux de transition."Spinorbitronics" is a fast-growing field of research that aims at proposing new devices taking advantage of the spin-orbit interaction in order to improve the performance in regard to conventional electronic devices, especially in terms of energy consumption. During this thesis, we performed numerical calculations based on density-functional theory (DFT) in order to better describe and understand the "Rashba"-like effects arising from the spin-orbit interaction in different transition metal oxides and their interfaces. These ab initio calculations have been extended by calculations based on tight-binding models or by the development of Hamiltonians based on the theory of invariants, all of this, in the aim of carrying out a
deeper analysis of the origin of spin splittings observed in the band structure or of the orientation of the resulting spin texture. A side goal of this thesis has been to determine the essential physical parameters to be optimized in order to obtain the desired spin-orbit effect. The work we performed was mainly focused on the study of spin-orbit couplings in two perovskite materials. First of all, we were interested in the SrTiO3 oxide interfaced with LaAlO3; this system is already well known for its capacity to host a two-dimensional electron gas and to display particularly high spin-charge-conversion rates through the Rashba-Edelstein effect. Subsequently, we studied the bulk ferroelectric oxide PbTiO3, which is composed of a heavy chemical element and can thus be presented as a 3D alternative to SrTiO3-based systems. For this system, the orientation of the electrical polarization could be controlled by the application of an electric field, but also by epitaxial strain effects. In addition to these two studies, we also present some preliminary results obtained for a ferroelectric thin-film of HfO2, in which we attempt to show how this material could be used to control the spin-orbit
effects of an adjacent heavy-metal layer. Finally, we propose a brief description of other studies carried out during this thesis, which confirm the richness of the physics of transition-metal oxides
Méthodes géométriques et numériques en contrôle optimal et problèmes de Zermelo sur les surfaces et révolution : applications
Get PDFCe travail étudie les problèmes de Zermelo sur les surfaces de révolution du point de vue du contrôle optimal dans le cadre hamiltonien en combinant des méthodes dites géométriques et numériques. Il est motivé par plusieurs cas d'études notamment l'exemple historique de Carathéodory-Zermelo qui est l'un des problèmes fondateurs du calcul des variations et une forme normale intéressante pour l'analyse microlocale du problème dans le cas général, ainsi que le problème dit "du vortex" qui est une application récente provenant de l'hydrodynamique et qui décrit l'évolution d'une particule passive autour d'un point vortex. Le problème de Zermelo ainsi considéré est déterminé par un triplet (M, g, F0) où M est une variété de dimension 2 avec des coordonnées normales q = (r,thêta), g une métrique riemannienne sur M et F0 un champ de vecteur définissant le courant (ou le vent). Du point de vue du contrôle optimal, ce problème correspond à un problème de transfert en temps minimal entre deux points q0 et q1 pour un système de contrôle affine de la forme : q = F0(q) + u1 F1(q) + u2 F2(q), ‖u‖ 1), celles-ci étant associées aux situations nouvelles telles que : la perte de contrôlabilité locale en q0, la discontinuité de la fonction temps minimale, la déformation des petites sphères et boules, l'apparition de nouvelles branches dans le lieu de coupure (lieu où les trajectoires perdent leur optimalité), etc. Notre analyse est principalement basée sur deux points de vue. Le premier point de vue est le point de vue de Carathéodory, équivalent à la transformée de Goh en contrôle. Il permet de réécrire le problème comme un système de contrôle affine et scalaire en dimension 3 et d'utiliser des outils géométriques de ce cadre pour calculer les lieux conjugué et de coupure en lien avec l'optimalité locale et globale des solutions. Le second point de vue est le point de vue système mécanique qui permet d'écrire le problème à l'aide d'un potentiel généralisé et d'utiliser la relation de Clairaut pour intégrer le flot et classifier les trajectoires suivant une méthode de classification appelée GMR (generalized Morse-Reeb) qui généralise la classification de Morse-Reeb en système dynamique. Dans ce contexte, nous introduisons les concepts de feuilletage de Reeb, composante de Reeb, géodésique séparatrice qui sépare en différente classe le flot géodésique. Un accent particulier est ensuite mis sur l'étude du problème vortex qui peut être vue comme un modèle réduit du problème de Kepler, mais avec un courant orthoradial. Dans ce cas, on établit un résultat d'existence de solution optimale et on construit la synthèse du problème.This work studies Zermelo problems on revolutions surfaces from the point of view of optimal control in the Hamiltonian framework by combining so-called geometrical and numerical methods. It is motivated by several case studies, in particular the historical example of Carathéodory-Zermelo which is one of the founding problems of the calculus of variations and an interesting normal form for the microlocal analysis of the global problem, as well as the so-called "vortex problem" which is a recent application from hydrodynamics and which describes the evolution of a passive particle around a vortex point. The considered Zermelo problem is determined by a triplet (M, g, F0) where M is a 2D manifold with normal coordinates q = (r,thêta), g is a Riemannian metric on M and F0 is a vector field defining the current (or the wind). From the optimal control view point, this problem corresponds to a minimum time transfer problem between two points q0 and q1 for an affine control system of the form : q(t) = F0(q) + u1F1(q) + u2F2(q), ‖u‖ 1), which are associated to new situations such as : the loss of local controllability in q0, the discontinuity of the minimal time value function, the deformation of small spheres and balls, the apparition of new branches in the cut locus (set of points where trajectories lose their optimality), etc. Our analysis is essentially based on two points of view. The first point of view is the Caratheodory viewpoint, equivalent to the Goh transform in control. It allows us to rewrite the problem as an affine and scalar control system in dimension 3 and to use geometric tools of this framework in order to compute the conjugate and cut loci in relation with the local and global optimality of the solutions. The second point of view is the mechanical system viewpoint which allows to write the problem using a generalized potential and to use the Clairaut relation to integrate the flow and to classify the trajectories according to a classification method called GMR (generalized Morse-Reeb) which generalizes the Morse-Reeb classification in dynamical system. In this context, we introduce the concepts of Reeb foliation, Reeb component, separatrix geodesic which separated the geodesic flow into different classes. A special attention is given to the study of the vortex problem which can be seen as a toy model of the Kepler problem, but with an orthoradial current. In this case, we provide a result for the existence of an optimal solution and we construct the synthesis of the problem