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The generation of flows over long distances is crucial for the functioning of many living organisms. A widespread mechanism for generating such flows is via the contraction of the actomyosin cortex pumping the surrounding fluid. Even in the absence of a "stimulator" such as the heart, it is found that the dynamics of the actomyosin cortex can self-organize to give rise to coordinated flows over long distances. Like E. coli or C.elegans, Physarum polycephalum is one of the model organisms intensely studied by the scientific community. In its vegetative phase, called plasmodium, this organism consists of thousands of undifferentiated cells that have fused to form a multinucleated giant cell that can reach macroscopic sizes (several tens of cm²). This organism then develops a tubular network in which oscillating flows are generated by the active contraction of the membranous layer surrounding the tubular elements. The role of this transport network is twofold : on the one hand, it supplements diffusive flows that are too weak to transport nutrients and various biochemical signals on such scales. On the other hand, it allows the transport of the body mass of the organism by playing on the soil-gel transition of the cytoplasm. P. Polycephalum thus appears to be one of the simplest organisms with a transport network. Despite this apparent simplicity, the formation of this tubular network shares many similarities with the development of the vascular network of more evolved organisms, or that leading to the irrigation of tumors. In particular, we can clearly identify two phases in the development of the network : first, a phase of growth of a densely reticulated primary network, then a phase of reorganization during which the primary network becomes hierarchical, with some veins growing at the expense of others that disappear. From a physical point of view, plasmodium behaves like an active gel, which at short times generates waves of contraction inducing peristaltic movements of the fluid, and at long times controls its sol-gel transition to grow, move, and modify the architecture of its network. This thesis work focuses on the characterization of the contractile activity in P. Polycephalum, and its coupling with the cytoplasmic flows crossing the network (at short times) and its evolution (at long times). The non-neural adaptation of contractile activity and flows to the external environment (via an unknown feedback loop) is suspected to be at the origin of the organism’s ability to perform complex tasks such as preferential migration or the calculation of the shortest paths between food sources. Characterizing the nature of this unknown self-organizing mechanism is therefore a step towards understanding the emergence of animal cognition. Using a transmission imaging device, I have characterized the contractile patterns observed in phases of stagnation and growth of the plasmodium, and shown that the latter requires a coordination of contractile activity over large distances from the organism, which lacks a heart and a nervous system. Then, in a work mixing experiments and modelling, I have highlighted the effect of spatial confinement on the contractile activity, on the flow patterns this activity generates within the cytoplasm and on the reorganization of the tubular network. Finally, from the observations of reorganization and numerical analysis of the tubular networks formed, I propose a model of network hierarchization whose principle is based on the minimization of flows’ viscous dissipation.; La génération d’écoulements sur de grandes distances est cruciale pour le fonctionnement de nombreux organismes vivants. Un mécanisme très répandu pour générer de tels écoulements est via la contraction du cortex d’actomyosine pompant le fluide environnant. Même en l’absence d’un “stimulateur” tel que le cœur, on constate que la dynamique du cortex d’actomyosine peut s’auto-organiser pour donner lieu à des écoulements coordonnés sur de grandes distances. À l’instar de E. coli ou C. elegans, Physarum polycephalum fait partie des organismes modèles intensément étudiés par la communauté scientifique. Dans sa phase végétative, appelé plasmode, cet organisme est constitué de milliers de cellules indifférenciées qui ont fusionné pour former une cellule géante multinucléée pouvant atteindre des tailles macroscopiques (plusieurs dizaines de cm²). Cet organisme développe alors un réseau tubulaire dans lequel des écoulements oscillants sont générés par la contraction active de la couche membraneuse entourant les éléments tubulaires. Le rôle de ce réseau de transport est double : d’une part il suppléé aux écoulements diffusifs qui sont trop faibles pour transporter les nutriments et les divers signaux biochimiques sur de telles échelles. D’autre part il permet de transporter la masse corporelle de l’organisme en jouant sur la transition sol-gel du cytoplasme. P. Polycephalum apparaît donc comme l’un des organismes les plus simples pourvus d’un réseau de transport. En dépit de cette apparente simplicité, la formation de ce réseau tubulaire partage de nombreux points communs avec le développement du réseau vasculaire d’organismes plus évolués, ou celui conduisant à l’irrigation de tumeurs. En particulier, on peut identifier clairement deux phases dans le développement du réseau : tout d’abord une phase de croissance d’un réseau primaire densément réticulé, puis une phase de réorganisation au cours de laquelle le réseau primaire se hiérarchise, certaines veines grossissant aux dépens d’autres qui disparaissent. D’un point de vue physique, le plasmodium se comporte comme un gel actif, qui aux temps courts génère des ondes de contraction induisant les mouvements péristaltiques du fluide, et aux temps longs contrôle sa transition sol-gel pour croître, se mouvoir et modifier l’architecture de son réseau. Ce travail de thèse porte sur la caractérisation de l’activité contractile chez P. Polycephalum, et de son couplage avec les écoulements cytoplasmiques traversant le réseau (aux temps courts) et de l’évolution de celui-ci (aux temps longs). L’adaptation non-neurale de l’activité contractile et des écoulements à l’environnement extérieur (via une boucle de rétroaction inconnue) est soupçonnée d’être à l’origine de la capacité de l’organisme à réaliser des tâches complexes telles que la migration préférentielle ou le calcul des plus courts chemins entre des sources de nourritures. La caractérisation de la nature de ce mécanisme auto-organisateur inconnu constitue donc un pas vers la compréhension de l’émergence de la cognition animale. À l’aide d’un dispositif d’imagerie en transmission, j’ai caractérisé les motifs contractiles observés dans desphases de stagnation et de croissance du plasmode et montré que cette dernière nécessite une coordination de l’activité contractile sur de grandes distances de la part de l’organisme, pourtant dépourvu de cœur et de système nerveux. Puis, dans un travail mêlant expériences et modélisations, j’ai mis en évidence l’effet du confinement spatial sur l’activité contractile, sur les écoulements que celle ci génère au sein du cytoplasme et sur la réorganisation du réseau tubulaire. Enfin, à partir des observations de réorganisation et de l’analyse numérique des réseaux tubulaires formés je propose un modèle de hiérarchisation de réseaux dont le principe repose sur la minimisation de la dissipation visqueuse due aux écoulements.

The generation of flows over long distances is crucial for the functioning of many living organisms. A widespread mechanism for generating such flows is via the contraction of the actomyosin cortex pumping the surrounding fluid. Even in the absence of a "stimulator" such as the heart, it is found that the dynamics of the actomyosin cortex can self-organize to give rise to coordinated flows over long distances.Like E. coli or C. elegans, Physarum polycephalum is one of the model organisms intensely studied by the scientific community. In its vegetative phase, called plasmodium, this organism consists of thousands of undifferentiated cells that have fused to form a multinucleated giant cell that can reach macroscopic sizes (several tens of cm²). This organism then develops a tubular network in which oscillating flows are generated by the active contraction of the membranous layer surrounding the tubular elements. The role of this transport network is twofold: on the one hand, it supplements diffusive flows that are too weak to transport nutrients and various biochemical signals on such scales. On the other hand, it allows the transport of the body mass of the organism by playing on the soil-gel transition of the cytoplasm.P. polycephalum thus appears to be one of the simplest organisms with a transport network. Despite this apparent simplicity, the formation of this tubular network shares many similarities with the development of the vascular network of more evolved organisms, or that leading to the irrigation of tumors. In particular, we can clearly identify two phases in the development of the network: first, a phase of growth of a densely reticulated primary network, then a phase of reorganization during which the primary network becomes hierarchical, with some veins growing at the expense of others that disappear. From a physical point of view, plasmodium behaves like an active gel, which at short times generates waves of contraction inducing peristaltic movements of the fluid, and at long times controls its sol-gel transition to grow, move, and modify the architecture of its network.This thesis work focuses on the characterization of the contractile activity in P. Polycephalum, and its coupling with the cytoplasmic flows crossing the network (at short times) and its evolution (at long times). The non-neural adaptation of contractile activity and flows to the external environment (via an unknown feedback loop) is suspected to be at the origin of the organism's ability to perform complex tasks such as preferential migration or the calculation of the shortest paths between food sources. Characterizing the nature of this unknown self-organizing mechanism is therefore a step towards understanding the emergence of animal cognition. Using a transmission imaging device, I have characterized the contractile patterns observed in phases of stagnation and growth of the plasmodium, and shown that the latter requires a coordination of contractile activity over large distances from the organism, which lacks a heart and a nervous system.Then, in a work mixing experiments and modelling, I have highlighted the effect of spatial confinement on the contractile activity, on the flow patterns this activity generates within the cytoplasm and on the reorganization of the tubular network.Finally, from the observations of reorganization and numerical analysis of the tubular networks formed, I propose a model of network hierarchization whose principle is based on the minimization of flows' viscous dissipation.; La génération d’écoulements sur de grandes distances est cruciale pour le fonctionnement de nombreux organismes vivants. Un mécanisme très répandu pour générer de tels écoulements est via la contraction du cortex d’actomyosine pompant le fluide environnant. Même en l’absence d’un “stimulateur” tel que le cœur, on constate que la dynamique du cortex d’actomyosine peut s’auto-organiser pour donner lieu à des écoulements coordonnés sur de grandes distances.À l'instar de E. coli ou C. elegans, Physarum polycephalum fait partie des organismes modèles intensément étudiés par la communauté scientifique. Dans sa phase végétative, appelé plasmode, cet organisme est constitué de milliers de cellules indifférenciées qui ont fusionné pour former une cellule géante multinucléée pouvant atteindre des tailles macroscopiques (plusieurs dizaines de cm²). Cet organisme développe alors un réseau tubulaire dans lequel des écoulements oscillants sont générés par la contraction active de la couche membraneuse entourant les éléments tubulaires. Le rôle de ce réseau de transport est double : d’une part il supplée aux écoulements diffusifs qui sont trop faibles pour transporter les nutriments et les divers signaux biochimiques sur de telles échelles. D’autre part il permet de transporter la masse corporelle de l’organisme en jouant sur la transition sol-gel du cytoplasme.P. polycephalum apparaît donc comme l’un des organismes les plus simples pourvu d’un réseau de transport. En dépit de cette apparente simplicité, la formation de ce réseau tubulaire partage de nombreux points communs avec le développement du réseau vasculaire d’organismes plus évolués, ou celui conduisant à l’irrigation de tumeurs. En particulier, on peut identifier clairement deux phases dans le développement du réseau : tout d’abord une phase de croissance d’un réseau primaire densément réticulé, puis une phase de réorganisation au cours de laquelle le réseau primaire se hiérarchise, certaines veines grossissant au dépend d’autres qui disparaissent. D’un point de vue physique, le plasmodium se comporte comme un gel actif, qui aux temps courts génère des ondes de contraction induisant les mouvements péristaltiques du fluide, et aux temps longs contrôle sa transition sol-gel pour croître, se mouvoir, et modifier l’architecture de son réseau.Ce travail de thèse porte sur la caractérisation de l’activité contractile chez P. polycephalum, et de son couplage avec les écoulements cytoplasmiques traversant le réseau (aux temps courts) et de l’évolution de celui-ci (aux temps longs). L'adaptation non-neurale de l'activité contractile et des écoulements à l’environnement extérieur (via une boucle de rétroaction inconnue) est soupçonnée d’être à l'origine de la capacité de l'organisme à réaliser des tâches complexes telles que la migration préférentielle ou le calcul des plus courts chemins entre des sources de nourritures. La caractérisation de la nature de ce mécanisme auto-organisateur inconnu constitue donc un pas vers la compréhension de l’émergence de la cognition animale. À l’aide d’un dispositif d’imagerie en transmission, j’ai caractérisé les motifs contractiles observés dans des phases de stagnation et de croissance du plasmode, et montré que cette dernière nécessite une coordination de l’activité contractile sur de grandes distances de la part de l’organisme, pourtant dépourvu de cœur et de système nerveux.Puis, dans un travail mêlant expériences et modélisations, j’ai mis en évidence l’effet du confinement spatial sur l’activité contractile, sur les écoulements que celle-ci génère au sein du cytoplasme et sur la réorganisation du réseau tubulaire.Enfin, à partir des observations de réorganisation et de l'analyse numérique des réseaux tubulaires formés je propose un modèle de hiérarchisation de réseaux dont le principe repose sur la minimisation de la dissipation visqueuse due aux écoulements.

The main theme of my thesis is atomic interferometry and in particular the reduction of the phase noise induced by vibrations. Atomic interferometers are good devices to achieve accurate and fundamental measuring. The sensibility of these devices is related to the flying time of the atoms inside the apparatus. At Toulouse, our interferometer worked with atoms at thermal velocity and to increase the sensibility we wanted slower atoms. However, this will at the same time increase the effect of vibrations, witch result in a larger phase noise and a jamming of the fringes. In order to reduce this effect, I've put the core of the interferometer on a 3 wires pendulum. A pendulum attenuates the vibrations of frequencies much higher than its resonant frequencies but amplifies those with frequencies close to its resonances. To avoid this phenomenom, we have to enslave the pendulum on the signal given by seismometers. With a first realisation, I was able to stabilize 2 horizontal movements with 2 low sensibility seismometers. To increase the performances, I needed high sensibility seismometer and the possibility to operate under ultra vacuum. I've made a deplacement sensor based on the Michelson interferometer with cube corners, following the works of Zumberge's team. By choosing cleverly the polarisation of the laser beam, we can detect 2 signals in quadrature and the sensibility achieved is better than 4x10-13 m/vHz at 1 Hz. The next step was to migrate this seismometer in ultra vacuum but the retirement of the interferometer using slow down lithium atoms at the benefit of an atomic fountain of rubidium stopped this project. However, this work on the seismometer led me to think about elastic blade pendulums, widely used in such sensors. I've complete the theory, showing the presence of 2 resonance frequencies and, as a test, I've build a such pendulum, for witch I've measured the caracteristics with some position and velocity sensors I've developped for this purpose. I was able to measure precisely the damping of the oscillations of the pendulum and study more precisely the different origins of the damping. Two of them have given some additionnal work : a)the coupling with the resonances of the frame witch support the pendulum may have an effect on the quality factor of the pendulum. [...]; Le thème central de la thèse est l'interférométrie atomique et la réduction du bruit de phase lié aux vibrations de l'environnement. Les interféromètres atomiques sont des instruments pouvant permettre des mesures fondamentales de grande précision et cette précision est fortement liée à la vitesse des atomes. L'interféromètre qui était utilisé à Toulouse travaillait alors avec des atomes de lithium aux énergies thermiques et le projet était de pouvoir utiliser des atomes fortement ralentis. Les vibrations du sol (bruit sismique) deviennent alors un inconvénient majeur et il est indispensable de s'en affranchir le plus possible. La première partie du travail fut de prévoir une isolation vis à vis du bruit sismique. Un premier filtre est réalisé en plaçant l'ensemble de la manipulation sur un pendule suspendu par 3 fils. Celui ci atténue les vibrations de fréquence supérieure à sa fréquence propre mais amplifie celles de fréquences voisines de celle-ci. Il faut donc un pendule asservi et cela implique un sismomètre sensible pouvant fonctionner sous ultravide. Nous avons développé une stabilisation des mouvements horizontaux en nous appuyant tout d'abord sur des sismomètres simples mais peu sensibles, puis nous avons cherché à améliorer les performances en réalisant un capteur de déplacement basé sur un interféromètre de Michelson à coins de cube. Nous avons suivi en cela les travaux de l'équipe de M.Zumberge qui utilise une détection de deux signaux en quadrature ce qui permet une mesure de déplacement avec une sensibilité meilleure que 4.10-13 m/vHz à 1 Hz et entrepris d'adapter cette technologie à un fonctionnement sous ultravide. Mais les difficultés rencontrées et l'abandon de l'interféromètre tel qu'il était pour en developper un nouveau ne nous ont pas permis d'atteindre complètement notre but et de pouvoir tester le sismomètre in-situ.Cependant, la mise au point et l'optimisation du sismomètre nous a amené à nous pencher sur la théorie des pendules à lame élastique, lesquels sont largement utilisés dans ce genre de capteurs. Il nous est apparu que cette théorie était très incomplète et nous avons entrepris une étude plus systématique de tels pendules ce qui a donné lieu à une publication et fait l'objet de la seconde partie de la thèse. [...]

Dans des domaines tels que la défense ou les transports et pour des applications de type radars et télécommunications, comme la cinquième génération de standards pour la téléphonie mobile (5G), l’orientation du diagramme de rayonnement d’un réseau d’antennes et plus généralement la formation de faisceau sont des techniques largement répandues ou en devenir. Cette synthèse du diagramme de rayonnement s’effectue par une commande de l’amplitude et/ou de la phase des signaux injectés sur chacun des éléments rayonnants qui constitue le réseau. C’est dans ce contexte que nous avons travaillé sur différentes architectures de circuits innovants de commande de réseaux linéaires d’antennes. La première technique consiste à contrôler le gradient de phase entre les éléments adjacents d’un réseau d’OCTs couplés. Ainsi, après une étude théorique permettant d’obtenir les équations non-linéaires décrivant les états de synchronisation des OCTs constituant le réseau, un outil de CAO a été élaboré afin de tracer une cartographie de la zone de synchronisation de deux OCTs couplés. Celle-ci permet de déterminer rapidement les fréquences d’oscillation libre nécessaires à l’obtention du déphasage souhaité. Plusieurs prototypes ont alors été réalisés soit en technologie hybride, soit intégrés en technologie BiCMOS SiGe 0,25 μm. Les résultats obtenus ont été présentés dans ce mémoire et ont permis d’ouvrir des perspectives pour des travaux futurs. La deuxième méthode consiste à employer des modulateurs vectoriels comme déphaseurs actifs permettant ainsi de contrôler l’amplitude et la phase des signaux appliqués sur chaque élément rayonnant du réseau. Ainsi, un démonstrateur, constitué de quatre modulateurs vectoriels associés à quatre antennes « patch », a été réalisé en technologie hybride à une fréquence de 2,4 GHz. Les mesures de diagrammes de rayonnement du réseau d’antennes ont été effectuées en chambre anéchoïque et le potentiel de cette architecture pour la formation de faisceau a largement été démontré et étudié. Enfin, l’étude et la conception d’OCTs à très haute pureté spectrale intégrés en technologie BiCMOS SiGe:C 0,25 μm et fonctionnant en bande Ku pour des applications de type radiocommunications point-à-point et communications par satellite de type VSAT est traitée dans la dernière partie de ce mémoire. Ainsi, une architecture tout à fait originale utilisant les avantages d’un montage cascode ainsi qu’un résonateur à trois inductances différentielles imbriquées a été proposée. Quatre versions d’OCTs ont alors été conçues et implémentées en technologie BiCMOS SiGe :C 0,25 μm. Les résultats de mesures réalisées sous pointes placent les performances en bruit de phase des OCTs ainsi conçus à l’état de l’art en technologie silicium.

We study in this thesis a class of a perturbed interconnected mean-field system, also known as a coupled systems. Under some assumptions we prove the existence of an invariant open set by the flow of the perturbed system ; in other word, we prove that the distance between the components of an orbit is uniformly bounded, this property is also called synchronization. We use the perturbation method to obtain the result. However the result is not trivial for the not perturbed system. We use the fixed point theorem to prove the existence of a periodic orbit in the torus. We study in addition the stability and the exponential stability of such systems by studying the stability of a linear systems.; On s’intéresse dans cette thèse à des systèmes couplés de type champ moyen en étudiant l’existence de l’état de synchronisation qui se caractérise par une distance uniformément bornée dans le temps entre chaque paire de composantes d’une solution. L’étude se base sur une méthode perturbative. Néanmoins les résultats obtenus ne sont pas évidents dans le cas non-perturbé. En outre dans le cas où le système couplé est périodique et grâce au Théorème du point fixe on montre l’existence d’une solution périodique sur le tore. L’étude de stabilité et de stabilité exponentielle est établie dans le cas linéaire et appliquée à ce type de systèmes couplés

The pulsation properties of air bubbles under ultrasound have received much attention since the development of sonoporation and contrast agents. Spherical bubbles are well known to induce streaming when excited by ultrasound.We report in this manuscript the acoustic vibration of microbubbles confined between the two walls of a microfluidic channel. These bubbles exhibit a volumetric pulsation at low intensities of ultrasound, superimposed with a parametric surface mode for higher intensities of the pressure field. Because the channel walls are elastic, the bubble pulsation leads to the generation of Rayleigh waves at the channel wall interface. The bubble coupling induced by these surface waves has hydrodynamic consequences. In fact, a neighbouring bubble will create a translation mode of the bubble, in addition to its volumetric pulsation. It gives rise to a long-range mixed-mode streaming. The Rayleigh waves lead also to a self-organization of the bubbles in a network. In order to study the collective effects of these bubble networks in a controlled manner, bubble positions were fixed by capillarity on micropits. Conditions for an amplification or a synchronization of the bubble pulsations are sought in order to develop new bubble metamaterials., Les propriétés acoustiques des bulles sont reconnues pour leur potentiel dans des applications tant biologiques que médicales. Capables de provoquer la lyse des cellules en générant des écoulements intenses, elles peuvent aussi servir d'agent de contraste en échographie.Ce manuscrit traite de la dynamique de vibration de bulles confinées entre les deux murs d'un canal microfluidique. Ces bulles exhibent une pulsation en volume aux faibles amplitudes d'excitation, à laquelle se superpose un mode de surface paramétrique aux plus fortes amplitudes. Le matériau constituant le canal étant élastique, la pulsation de la bulle confinée a pour effet de générer des ondes de Rayleigh sur les parois du canal. Grâce à ces ondes de surface, les bulles vont pouvoir se coupler les unes aux autres. Ce couplage a un effet sur les écoulements hydrodynamiques autour de ces bulles. En effet, la présence d'une bulle voisine engendre l'apparition d'un mode de translation de la bulle qui, couplé à sa pulsation en volume, conduira à la génération d'écoulements à longue portée. Ce même couplage permet aux bulles de s'auto-organiser en réseau. Afin d'étudier de manière contrôlée les effets collectifs des bulles, leur position a été fixée à l'aide de puits capillaires. Les conditions d'amplification et de synchronisation de la vibration des bulles sont recherchées en vue de créer de nouveaux méta-matériaux.

We explore synchronization dynamics of dual-polarization solid-state lasers. Such lasers are able to produce a stable beat frequency in a wide range from Hz up to THz. This work take advantage of it in order to study several frequency locking mecanisms in these lasers. First, we build a dual-polarization laser with a semiconductor saturable absorber miror (SESAM). It enable a pulsed operation of the laser where all longitudinal modes are phase-locked, and this on both laser eigenstates. We also demonstrate that polarization state of successive pulses forms sequences that we describes here. A particular phenomenon is observed in this laser: when the beat-frequency is chosen equal to half the free spectral range of the laser, then the two frequency combs associated with the two laser eigenstates synchronize themself. Second, we submit a two-frequency laser to a frequency-shifted feedback. Doing so, we are able to transfer the radiofrequency synthetizer stability on the laser beat-frequency. This result is obtained both in cw and Q-switched regimes. Finally, together with the frequency-shifted feedback, we use the relaxation oscillations of a class B laser to induce a regime where the laser beat-frequency is synchronized with the external reference, while their relative phase oscillates. Subsequently, particular intensity dynamics are observed at the output., Nous explorons les dynamiques de synchronisation des lasers solides fonctionnant sur deux états propres de polarisation. Ce type de laser présente l'intérêt de pouvoir générer des fréquences de battement très stables dans une gamme de fréquence du Hz au THz. Cette thèse en tire parti pour étudier plusieurs mécanismes d'accrochage de fréquence dans ces lasers. Tout d'abord, nous construisons un laser bipolarisation doté d'un miroir à réflectance saturable (SESAM). Cela lui permet de fonctionner dans un régime pulsé où tous les modes longitudinaux oscillent en phase, et ce sur les deux états propres du laser. On démontre également que les états de polarisation d'impulsions successives forment des séquences dont nous détaillons les caractéristiques. Un phénomène particulier est observé dans ce laser : si la fréquence de battement est choisie égale à la moitié de l'intervalle spectral libre du laser, les deux peignes de fréquences associés aux deux états propres se synchronisent. Dans un second temps, nous soumettons un laser bi-fréquence à une réinjection optique décalée en fréquence. De cette manière, nous sommes capable de transférer, sur la fréquence de battement du laser, la stabilité d'un synthétiseur radio-fréquence, utilisé comme référence. Ce résultat est obtenu tant en régime continu que pulsé. Enfin, conjointement à la réinjection décalée en fréquence, nous utilisons les oscillations de relaxation d'un laser de classe B pour induire un régime où la fréquence de battement est synchronisée sur une référence externe, mais pas sa phase. Incidemment, des dynamiques particulières d'intensités sont observées en sortie du laser.

Handwriting movement is through one of the fastest and the most complex known to human motor behaviors. This ability involves a sophisticated coordination of many muscles and joints recruited in order to produce a trace sufficiently consistentand precise to be recognized as letters. The aim of the present thesis is to understand 1) how we succeed in controlling and coordinating the motor (here graphomotor) system to realize this task and 2) how this motor behavior is acquired. Concepts and tools of the dynamical approach of the motor coordination permit to consider the written trajectory formation as a self-organized process resulting from the dynamics of non-linear coupled oscillators. From the modeling of handwriting movements in terms of the non-linear coupling of two abstractorthogonal oscillators, the relative phase between these oscillators makepossible to observe, to understand and to predict the formation, the maintaining and the deterioration of the written trajectory. In a first study based on graphic coordination of adults in production of simple geometrical shapes, we confirmed that the ellipse with intermediate eccentricity and the line are easier to produce that all other shapes. Moreover, we demonstrated that the preferential production of intermediate ellipse is biased toward a more circular shape when orientation becomes a constraint. In a second study based on graphic coordination of 7 to 11 year-old children, we revealed that children are more precise and stable in circle drawing than in ellipse drawing, preferential in adults. Our results confirm that, as all cycliccoordinated movements,the stability of the motor coordination patterns determine the way of handwriting.; L’écriture est un mouvement parmi les plus complexes et les plus rapides de notre répertoire moteur. Elle requiert l’activité coordonnée de nombreux muscles et articulations du membre supérieur pour produire une succession de formes conventionnelles, des lettres, de manière suffisamment précise pour être reconnues. Ce travail de thèse a pour objectif de comprendre 1) comment les individus arrivent à contrôler et à coordonner l’ensemble des éléments du système moteur (ici graphomoteur) pour accomplir une telle tâche et 2) comment s’acquiert cette habileté motrice. Les concepts et outils de l’approche dynamique de la coordination motrice permettent d’envisager la formation de la trace écrite comme un processus auto-organisé qui répond aux modèles d’oscillateurs couplés. A partir de la modélisation de l’écriture en termes de couplage non linéaire de deux oscillateurs orthogonaux abstraits, la phase relative entre ces deux oscillateurs permetd’observer, de comprendre et de prédire la formation, le maintien et la dégradation de la trace écrite. Dans notre première étude, centrée sur la coordination graphomotrice adulte dansla reproduction de formes géométriques simples, nous avons confirmé qu’une ellipse d’excentricité intermédiaire et un trait sont plus faciles à tracer que toutes les autres formes elliptiques. Nous avons de plus montré que la production préférentielle d’ellipses d’excentricité intermédiaire est biaisée en faveur de formes plus arrondies lorsque leur orientation devient contraignante. Dans notre deuxième étude, centrée sur la coordination graphomotrice chez l’enfant de 7 à 11 ans, nous avons révélé que les enfants sont plus précis et plus stables dans le tracé de cercles que dans le tracé d’ellipses, préférentiel chez l’adulte. Nos résultats confirment que, comme tout mouvement rythmique coordonné, la stabilité des modes de coordination (grapho)motrice détermine la manière d’écrire.

Le but de cette thèse est d'étudier d'une façon expérimentale et théorique le comportement synchrone d'un groupe d'oscillateurs contrôlés par la lumière (LCOs). Ces LCOs sont très simples du point de vue électronique et ont la propriété d'imiter le comportement des lucioles puisqu'ils interagissent par des impulsions de lumière. En même temps, les LCOs sont une bonne approche pour étudier d'autres systèmes qui agissent comme des oscillateurs d'intégration et de tir car un LCO est un oscillateur de relaxation à deux échelles de temps :un long processus de charge alterné avec un très court processus de décharge. Une série d'expériences a été menée pour pouvoir comprendre le processus de synchronisation des LCOs. Nous avons trouvé que l'acquisition de la synchronisation est due aux effets de la perturbation à savoir: le raccourcissement de la charge et l'allongement de la décharge. Les mesures expérimentales ainsi que la physique liée aux LCOs nous ont permis de formuler un modèle qui a été utilisé pour trouver d'une façon analytique la courbe de réponse de phase (PRC) qui caractérise un LCO.Le modèle a ensuite été validé en comparant les résultats expérimentaux et théoriques. Le modèle reproduit même, le phénomène de bifurcation qui apparaît lorsque trois LCOs sont couplés et disposés en ligne :deux états stables différents apparaissent selon les conditions initiales. L'accord trouvé entre théorie et expérience nous permet d'utiliser le modèle pour étudier d'autres situations qui ne sont pas facilement abordables du point de vue expérimental.Nous avons étudié analytiquement deux LCOs identiques couplés. Même pour ce cas idéal, nous étions obligés de faire des simplifications pour pouvoir trouver des solutions exactes. On a trouvé pour ce système deux états possibles qui dépendent des conditions initiales, la synchronisation (stable) et l'anti-synchronisation (instable). Nous avons également montré que le temps de synchronisation augmente avec la distance entre LCOs. La construction des langues d'Arnold (régions de synchronisation) nous a permis de distinguer des régions de synchronisation pure d'ordre n:m et des régions de superposition synchronisation--modulation.Nous avons travaillé numériquement avec des systèmes de LCOs affectés de bruits uniforme et Gaussien. Le comportement synchrone de ce système a été caractérisé en utilisant des paramètres statistiques simples tels que la moyenne de la différence de phase linéaire et la variance de la différence de phase cyclique. Nous avons démontré que le bruit, bien qu'il puisse perturber la synchronisation, peut aussi la favoriser entre deux LCOs qui ne se synchroniseraient pas en conditions normales, surtout quand le bruit est Gaussien et que les variances du bruit ne sont pas égales.Nous avons étudié en termes statistiques la synchronisation de LCOs couplés localement et arrangés en ligne, en anneau et en réseau. Nous avons montré que la synchronisation totale se produit plus facilement pour des LCOs disposés en anneau. Concernant le temps de synchronisation, il est imprédictible. Les résultats analytiques et numériques suggèrent que la synchronisation totale est le phénomène le plus probable quand le nombre d'oscillateurs n'est pas très grand.Finalement, nous avons étudié des LCOs statiques et mobiles couplés globalement. Dans les deux cas, nous avons trouvé que la synchronisation est moins probable quand le nombre d'oscillateurs augmente. Pour la condition statique, en considérant un couplage du type champ moyen, nous avons observé que le temps de synchronisation diminue avec le nombre de LCOs. Cependant, pour la situation plus réaliste dans laquelle l'interaction entre LCOs dépend de la distance les séparant, le temps de synchronisation devient à nouveau imprédictible. Enfin, nous avons étudié l'influence de la mobilité sur la synchronisation, problème qui est important en biologie et en robotique.Notre système, de par ses caractéristiques et sa base expérimentale, est beaucoup plus proche de la réalité que ceux considérés d'habitude dans la littérature. Les résultats obtenus peuvent s'appliquer à des systèmes biologiques (lucioles, cellules cardiaques, neurones, …), mais également à la robotique, où la communication à longue portée par la lumière et l'émergence de patterns de synchronisation pourraient être très utiles dans le but d'effectuer des tâches spécifiques., Doctorat en sciences, Spécialisation physique, info:eu-repo/semantics/nonPublished

The astonishing efficiency of the auditory organ of mammals is particularlydue to the generic properties of the coupled critical oscillators which make upthe system. This thesis presents a study of the generic critical properties ofspatially extended systems of coupled stochastic oscillators, operating in theproximity of a uniform oscillatory instability or Hopf bifurcation. In thiscontext, this bifurcation constitutes an out of equilibrium critical pointwith universal features, which are canonically described by the complexGinzburg-Landau equation in the presence of noise. The formulation of theproblem in terms of a non-Hamiltonian dynamical statistical field theoryallows us to study the critical behavior of the system by using perturbativerenormalization group techniques.In a particular case, an exact analogy with the O(2) dynamical model allowsus to write a generalized fluctuation-dissipation relation and to deduce thecritical behavior directly from previous studies. In the generalcase, we establish the structure of the renormalization group of the theory ina 4-epsilon dimensional space, using adapted Wilson and Callan-Symanzikschemes. The presence of a characteristic frequency in the system - thefrequency of the spontaneous oscillations at the transition - imposes toperform a scale-dependant frame transformation during the renormalizationprocedure. We perform two-loop order calculations in perturbation theory, andshow that the universality class of the model is described, in a suitedoscillating frame, by the fixed point of the dissipative O(2)dynamics. Then, while the dynamics is highly out of equilibrium and breaks thedetailed-balance relations, a generalized fluctuation-dissipation relation isasymptotically recovered at the transition. This relation imposes strongconstraints on the main experimental observables: the two-point correlationfunction and the linear response function to an external sinusoidal stimulus.; Les etonnantes performances de l'organe auditif des mammiferes sontnotamment dues aux proprietes generiques des oscillateurs critiquescouples qui constituent le systeme. Cette these presente une etudedes proprietes critiques generiques dessystemes spatialement etendus d'oscillateurs stochastiques couples,operant dans le voisinage d'une instabilite oscillante homogene oubifurcation de Hopf. Dans ce contexte, cette bifurcation constitue unpoint critique dynamique hors equilibre, exhibant des proprietesuniverselles qui sont canoniquement decrites par l'equationGinzburg-Landau complexe en presence de bruit. La formulation du problemeen termes d'une theorie statistique dynamique des champs non hamiltoniennenous permet d'etudier le comportement critique du systeme a l'aide destechniques de la renormalisation dynamique perturbative.Dans un cas particulier, une analogie exacte avec le modele O(2) dynamiquenous permet d'ecrire une relation generalisee de la relationfluctuation-dissipation et de deduire le comportement critique du systemedirectement a partir des etudes anterieures. Dans le cas general,nous etablissons la structure du groupe de renormalisation de la theoriedans un espace de dimension4-epsilon, en lui adaptant les schemas de renormalisation de Wilson etde Callan-Symanzik. La presence d'une frequence caracteristique dans lesysteme - la frequence des oscillations spontanees a la transition -impose d'associer aux transformations de renormalisation un changement dereferentiel oscillant dependant de l'echelle. Nous effectuons lecalcul a l'ordre de deux boucles en theorie des perturbations, et montronsque la classe d'universalite du modele est decrite par le point fixe dumodele dynamique dissipatifO(2) dans un referentiel oscillant bien choisi. Ainsi, bien que ladynamique soit hautement hors equilibre et brise les relations de bilandetaille, une relation fluctuation-dissipation generalisee estasymptotiquement restauree a la transition. Cette relation prevoitl'existence de fortes contraintes sur les principales observablesexperimentales : la fonction de correlation a deux points et la fonctionde reponse lineaire a un stimulus sinusoidal.