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This work focuses on the investigation of plasmonic Gold (Au) and Silver (Ag) nanoparticles (NPs) by using optically induced local thermal dewetting technique and their applications. Firstly, Au and Ag NPs are fabricated by a thermal annealing method using a hot oven. This technique allows obtaining Au and Ag NPs, which are randomly distributed in a large area. The NPs sizes and properties are controlled by annealing conditions, such as annealing temperature and duration. Plasmonic properties of Au and Ag NPs are experimentally characterized and compared with the simulation ones performed by the FDTD method. These large-area Au and Ag NPs are demonstrated to be useful for applications in fluorescence enhancement and random laser. Secondly, we demonstrate a robust way to realize desired plasmonic nanostructures by using a direct laser writing method. This technique bases on optically induced local thermal effect allowing the realization of NPs at a small area, i.e. focusing area. By moving thus the laser spot, any desired plasmonic structure can be realized. The NPs sizes and distributions can be controlled by exposure doses (laser power and exposure time) and moving trajectory of the focusing spot resulting in different reflection or transmission colors. By focusing a continuous-wave laser at 532 nm on Au films having 50 nm thickness, we demonstrated for the first time the direct fabrication of plasmonic nanoholes array. These fabricated structures are demonstrated to be very potential for many applications such as data storage, color nanoprinter, fluorescence enhancement, and plasmonics based random laser.; This work focuses on the investigation of plasmonic Gold (Au) and Silver (Ag) nanoparticles (NPs) by using optically induced local thermal dewetting technique and their applications. Firstly, Au and Ag NPs are fabricated by a thermal annealing method using a hot oven. This technique allows obtaining Au and Ag NPs, which are randomly distributed in a large area. The NPs sizes and properties are controlled by annealing conditions, such as annealing temperature and duration. Plasmonic properties of Au and Ag NPs are experimentally characterized and compared with the simulation ones performed by the FDTD method. These large-area Au and Ag NPs are demonstrated to be useful for applications in fluorescence enhancement and random laser. Secondly, we demonstrate a robust way to realize desired plasmonic nanostructures by using a direct laser writing method. This technique bases on optically induced local thermal effect allowing the realization of NPs at a small area, i.e. focusing area. By moving thus the laser spot, any desired plasmonic structure can be realized. The NPs sizes and distributions can be controlled by exposure doses (laser power and exposure time) and moving trajectory of the focusing spot resulting in different reflection or transmission colors. By focusing a continuous-wave laser at 532 nm on Au films having 50 nm thickness, we demonstrated for the first time the direct fabrication of plasmonic nanoholes array. These fabricated structures are demonstrated to be very potential for many applications such as data storage, color nanoprinter, fluorescence enhancement, and plasmonics based random laser.

This work focuses on the investigation of plasmonic Gold (Au) and Silver (Ag) nanoparticles (NPs) by using optically induced local thermal dewetting technique and their applications. Firstly, Au and Ag NPs are fabricated by a thermal annealing method using a hot oven. This technique allows obtaining Au and Ag NPs, which are randomly distributed in a large area. The NPs sizes and properties are controlled by annealing conditions, such as annealing temperature and duration. Plasmonic properties of Au and Ag NPs are experimentally characterized and compared with the simulation ones performed by the FDTD method. These large-area Au and Ag NPs are demonstrated to be useful for applications in fluorescence enhancement and random laser. Secondly, we demonstrate a robust way to realize desired plasmonic nanostructures by using a direct laser writing method. This technique bases on optically induced local thermal effect allowing the realization of NPs at a small area, i.e. focusing area. By moving thus the laser spot, any desired plasmonic structure can be realized. The NPs sizes and distributions can be controlled by exposure doses (laser power and exposure time) and moving trajectory of the focusing spot resulting in different reflection or transmission colors. By focusing a continuous-wave laser at 532 nm on Au films having 50 nm thickness, we demonstrated for the first time the direct fabrication of plasmonic nanoholes array. These fabricated structures are demonstrated to be very potential for many applications such as data storage, color nanoprinter, fluorescence enhancement, and plasmonics based random laser.; This work focuses on the investigation of plasmonic Gold (Au) and Silver (Ag) nanoparticles (NPs) by using optically induced local thermal dewetting technique and their applications. Firstly, Au and Ag NPs are fabricated by a thermal annealing method using a hot oven. This technique allows obtaining Au and Ag NPs, which are randomly distributed in a large area. The NPs sizes and properties are controlled by annealing conditions, such as annealing temperature and duration. Plasmonic properties of Au and Ag NPs are experimentally characterized and compared with the simulation ones performed by the FDTD method. These large-area Au and Ag NPs are demonstrated to be useful for applications in fluorescence enhancement and random laser. Secondly, we demonstrate a robust way to realize desired plasmonic nanostructures by using a direct laser writing method. This technique bases on optically induced local thermal effect allowing the realization of NPs at a small area, i.e. focusing area. By moving thus the laser spot, any desired plasmonic structure can be realized. The NPs sizes and distributions can be controlled by exposure doses (laser power and exposure time) and moving trajectory of the focusing spot resulting in different reflection or transmission colors. By focusing a continuous-wave laser at 532 nm on Au films having 50 nm thickness, we demonstrated for the first time the direct fabrication of plasmonic nanoholes array. These fabricated structures are demonstrated to be very potential for many applications such as data storage, color nanoprinter, fluorescence enhancement, and plasmonics based random laser.

International audience

Les communautés scientifiques se trouvent aujourd’hui confrontées à un changement de paradigme autour de la gestion des données, nécessitant une meilleure gestion du cycle de vie des données avec notamment leur traitement et intégration, et leur partage. À la suite du chantier « Data Partage » lancé dès 2012 à l’Inra, le groupe de travail « e-infra Storage » a initié en 2016 une réflexion collective autour des besoins de l’Institut en matière de dispositif de stockage des données patrimoniales scientifiques qui a abouti à la co-construction d’une infrastructure partagée et mutualisée : AgroDataRing.

National audience; En Sciences Humaines et Sociales, contrairement à d'autres disciplines, ce ne sont pas les capacités de stockage qui préoccupent le plus les chercheurs et leurs dispositifs d'appui. Les volumes, certes importants ne sont pas comparables aux volumes traités en imagerie ou en séquençage par exemple. Le stockage a toutefois une visée sur l'aspect patrimonial et la pérennité des données et plus largement sur les aspects de mutualisation et de l'échange de la donnée elle-même. Une autre particularité de la recherche en économie est de traiter de la donnée « produite » par les chercheurs tout autant que de la donnée « utilisée » c'est-à-dire une donnée produite par d'autres entités, telles que les données publiques de l'Insee, les données d'enquêtes sur la consommation alimentaire produites par des partenaires privés contractées pour les besoins de la recherche, ou encore des images satellitaires par exemple. Malgré l'importance des besoins de partager et de mutualiser les moyens, il est nécessaire de respecter les contraintes imposées par ces partenaires.

National audience; Les communautés scientifiques se trouvent aujourd’hui confrontées à un changement de paradigme autour de la gestion des données, nécessitant une meilleure gestion du cycle de vie des données avec notamment leur traitement et intégration, et leur partage. À la suite du chantier « Data Partage » lancé dès 2012 à l’Inra, le groupe de travail « e-infra Storage » a initié en 2016 une réflexion collective autour des besoins de l’Institut en matière de dispositif de stockage des données patrimoniales scientifiques qui a abouti à la co-construction d’une infrastructure partagée et mutualisée : AgroDataRing.

The growth in the number of mobile devices today result in an increasing demand for large amount of rich multimedia content to support numerous applications. It is however challenging for the current cellular networks to deal with such increasing demand, both in terms of cost and bandwidth for the ``massive'' content generated and consumed by mobile users in an urban environment due to its connection-centric nature. The technological advancement in modern vehicles allow us to harness their computing, caching and communication capabilities to supplement infrastructure network. It is now possible to recruit smart vehicles to collect, store and share heterogeneous data on urban streets in order to provide citizens with different services. Therefore, we leverage the recent shift towards Information Centric Networking (ICN) to introduce two schemes, VISIT and SAVING for the efficient collection and storage of content at vehicles, closer to the urban mobile user to avoid bandwidth and cost. VISIT is a platform which defines novel centrality metrics based on the social interest of urban users to identify and select the appropriate set of best candidate vehicles to perform urban data collection. SAVING is a social-aware data storage system which exploits complex networks to present game-theoretic solutions for finding and recruiting vehicles adequate to perform collaborative content caching in an urban environment. VISIT and SAVING are simulated for around 2986 vehicles with realistic urban mobility traces and comparison results with other schemes in literature suggest both not only efficient but also scalable data collection and storage systems, De nos jours, Le nombre de dispositifs ne cesse d’augmenter ce qui induit une forte demande des applications en données multimédia. Cependant gérer des données massives générées et consommées par les utilisateurs mobiles dans une zone urbaine reste une problématique de taille pour les réseaux cellulaires existants qui sont à la fois limités en termes de cout et de bande passante mais aussi due à la nature de telles données centrées- connexion. D’autre part, l’avancée technologique en matière de véhicules autonomes permet de constituer une infrastructure prometteuse capable de prendre en charge le traitement, la sauvegarde, et la communication de ces données. En effet, Il est maintenant possible de recruter des véhicules intelligents pour des fins de collecte, de stockage, et de partage des données hétérogènes en provenance d’un réseau routier afin de répondre aux demandes des citoyens via des applications. Par conséquent, nous tirons profit de l'évolution récente en « information Centric Networking » ICN afin d'introduire deux nouvelles approches de collecte et de stockage de contenu par les véhicules, nommées respectivement VISIT et SAVING, plus efficaces et plus proches de l'utilisateur mobile en zone urbaine ainsi nous remédions aux problèmes liés à la bande passante et le coût. VISIT est une plate-forme qui définit de nouvelles mesures de centralité basées sur l'intérêt social des citoyens afin d’identifier et de sélectionner l'ensemble approprié des meilleurs véhicules candidats pour la collecte des données urbaines. SAVING est un système de stockage de données sociales, qui présente une solution de mise en cache des données d’une façon collaborative entre un ensemble de véhicules parmi d’autres désignés et recrutés selon une stratégie des théorie des jeux basée sur les réseaux complexes. Nous avons testé ces deux méthodes VISIT et SAVING sur des données simulées pour environ 2986 véhicules avec des traces de mobilité réalistes en zone urbaine, et les résultats ont prouvés que les deux méthodes permettent non seulement une collecte et un stockage efficaces mais aussi bien scalables

Wireless Sensor Networks (WSN) are made up of small devices limited in terms of memory, processing and energy capacity. They work interconnected and autonomously in order to monitoring a region or an object of interest. The evolution in the development of devices more powerful (with new capability such as energy harvesting and acting) and less expensive made the WSNs a crucial element in the emergence of Internet of Things (IoT). Nonetheless, assuming the new applications and services offered in the IoT scenario, new issues arise in the data management performed in the WSNs. Indeed, in this new context, WSNs have to deal with a large amount of data, now consumed on-demand, while ensure a good trade-off between its reliability and retrievability, and the energy consumption. In the scope of this thesis, we are interested in the data management in the WSN in the context of IoT realm. Specifically, we approach the problem of in-network data storage by posing the following question: How to store data for a short term in the WSNs so that the data could be easily retrieved by the consumers while ensuring the best trade-off between data reliability and conservation of energy resources? Foremost, we propose a reliable data storage scheme based on coding network, and assuming a communication model defined by the Publish/Subscribe paradigm. We validate the efficiency of our proposal by a theoretical analyses that is corroborate by a simulation evaluation. The results show that our scheme achieves a reliability of 80% in data delivery with the best cost-benefit compared to other data storage scheme. Aiming to further improve the performance of the data storage scheme proposed in our first contribution, we propose its optimization (modeling it as a Markov Decision Process (MDP)) in order to store data with optimal trade-off between reliability and communication overhead (in this context, also seen as energy consumption), and in an autonomously and adaptive way. For the best of our knowledge, our optimized data storage scheme is the only to ensure data reliability while adapt itself according to the service requirements and network condition. In addition, we propose a generalization of the mathematical model used in our first contribution, and a system model that defines the integration of WSNs performing our data storage scheme in the context for which it was envisaged, the IoT realm. Our performance evaluation shows that our optimization allows the consumers to retrieve up to 70% more packets than a scheme without optimization whereas increase the network lifetime of 43%.Finally, after being interested in finding the best trade-off between reliability and cost, we now focus on an auxiliary way to reduce the energy consumption in the sensor nodes. As our third contribution, we propose a study, in two parts, to measure how much a node activity scheduling can save energy. First, we propose an improvement in the duty cycle mechanism defined in the 802.15.4. Then, we propose a duty cycle mechanism introduced into our data storage scheme aiming at saving energy in the storage nodes. The simulation results show that our solution to the duty cycle mechanism in 802.15.4 led in considerable saving in energy costs. However, regarding duty cycle in our data storage scheme, it did not end up in more energy saving. Actually, as our optimized scheme already saves as much resource energy as possible while ensuring high reliability, the duty cycle mechanism can not improve the energy saving without compromise the data reliability. Nonetheless, this result corroborates that our scheme, indeed, performs under the optimal trade-off between reliability and communication overhead (consumption energy); Dans cette thèse, nous nous intéressons à cette gestion des données dans les réseaux de capteurs sans fil intégrés dans un contexte IoT. Plus précisément, nous aborderons la problématique du stockage des données au sein même du réseau de capteurs en se posant la question suivante : Comment stocker provisoirement les données dans le réseau de capteurs de sorte que ces données soient facilement accessible par les consommateurs tout en assurant le meilleur compromis entre la fiabilité de livraison des donnés et la préservation des ressources énergétiques des capteurs ?Il s'agit dans un premier temps de proposer un système fiable de stockage de données basé sur la théorie du codage réseau et sur le modèle de communication « Publish/Subscribe ». Le système proposé est adapté à l'architecture des réseaux de capteurs ainsi qu'aux besoins des applications et services IoT localisés. Pour démontrer la validité du système de stockage proposé, des évaluations de performances au travers d'une analyse mathématique et de simulations sont conduites. Celles-ci montrent clairement une augmentation de la fiabilité de la livraison des données aux consommateurs avec un taux de livraison des paquets de 80% en moyenne. Afin d'améliorer encore plus les performances du système de stockage de données, nous proposons, dans un second temps, l'optimisation du système afin que celui-ci puisse réaliser le stockage des données de manière adaptative et autonome, tout en assurant le meilleur compromis entre fiabilité et coût. Ce dernier se traduit par l'impact du système de stockage sur la consommation d'énergie du réseau de capteurs sans fil. À notre connaissance, notre système est le premier à proposer d'assurer la fiabilité du stockage des données en fonction des demandes des services et des conditions du réseau. L'évaluation des performances, par simulation, de notre système de stockage adaptatif et autonome montre que l'optimisation du stockage des données (formulée sous forme d'un processus de décision Markovien (MDP)) selon les conditions de fonctionnement du réseau permet l'accès à 70% de données en plus comparativement au système non-adaptatif proposé précédemment. Ce résultat est obtenu tout en augmentant la durée de vie du réseau de 43%.Après avoir travaillé sur l'aspect quantitatif des performances du réseau à travers une étude sur le compromis coût - consommation énergétique, nous nous intéresserons dans la troisième contribution de cette thèse à l'utilisation de notre système de stockage dans des réseaux de capteurs sans fil disposant de cycles de services (cycle d'endormissement-réveil) variables. Aujourd'hui, les réseaux de capteurs reposant sur le standard 802.15.4 peuvent utiliser des cycles de services variables et avoir recours à l'endormissement des nœuds dans le but d'économiser leur énergie. Dans une première partie de cette contribution, nous avons ainsi proposé une amélioration du mécanisme de gestion du cycle de service (duty cycle) du standard 802.15.4 afin de le rendre dynamique et adaptable au trafic réseau. L'évaluation des performances par simulations de l'amélioration proposée montre que celle-ci aboutit à une économie d'énergie très significative tout en permettant au réseau de capteurs sans fil de remplir sa mission de prise en charge du trafic généré. Dans une seconde partie de cette contribution, nous évaluons les performances de notre système de stockage de données dans le but d'évaluer si un tel mécanisme pourrait cohabiter positivement avec un mécanisme de cycle de service variable (condition d'exploitation réaliste du réseau). L'évaluation des performances montre que l'activation d'un cycle de service variable dans le réseau de capteurs n'apporte aucune amélioration au niveau de la consommation énergétique mais que le compromis optimal entre la fiabilité et la consommation énergétique obtenu par notre système de stockage adaptatif et autonome n'est pas non plus affecté, celui-ci est maintenu

Designing Trees for the Future

The substantial increase in the amount of information over the Internet has contributed to an extraordinary demand for persistent data storage. Centralized storage architectures are expensive, weakly scalable and vulnerable to attacks as they represent single points of failure in the system. Over last few years, peer-to-peer architectures have emerged as an alternative for implementing persistent data-storage. Open peer-to-peer systems are fundamentally scalable and cheaper than client-server approaches. However, in order to successfully build persistent storage systems using the peer-to-peer approach two fundamental challenges need to be addressed. a) To cope with the transient connectivity of peers. b) To reduce the impact of misbehaving peers. Replication is a common approach used to cope with transient connectivity in peer-to-peer storage systems. However, depending on the frequency peers join and leave the system this approach can present negative impacts in terms of storage overhead and bandwidth consumption. Peer-to-peer overlays that focus on tolerating the presence of Byzantine peers usually make the assumption that no more than a bounded fraction of peers in the system are malicious. However, estimating the proportion of malicious peers in open peer-to-peer system is not reliable. Thus, finding a scalable architecture to provide reliable and persistent data storage while coping with these issues is aninteresting achievement. In this thesis we present the design of Datacube. Datacube is an efficient and scalable peer-to-peer storage architecture that provides data persistence by implementing a hybrid redundancy scheme on top of a cluster-based structured overlay. The hybrid redundancy scheme proposed by Datacube ensures data persistence and integrity despite the intermittent connection of peers and the presence of adversarial peers. Datacube relies on the properties of the new class of rateless erasure codes to implement its hybrid redundancy scheme. The analytical evaluations have shown that Datacube performs notably well in terms of availability, storage overhead and bandwidth. Additionally, empirical evaluations have shown the performance of rateless erasure codes in the context of peer-to-peer storage systems. These evaluations helped to understand how the coding parameters impact on the performance of the architecture. To the best of our nowledge, this is the first comprehensive study that helps application designers in finding the values for the coding parameters to best fit their peer-to-peer context.; L'importante augmentation de la quantité d'informations sur Internet a contribué à une forte demande pour un stockage persistant des données. Les architectures centralisées de stockage de données sont financièrement onéreuses, faiblement évolutives et vulnérables aux attaques car elles constituent un point unique de défaillance du système. Ces dernières années, les architectures pair-à-pair ont mergé comme une alternative pour la mise en place d'une architecture de stockage persistant des données. Les systèmes pair-à-pair sont fondamentalement évolutifs et moins chers que les modèles client-serveur. Cependant, pour construire des systèmes de stockage persistant en utilisant le modèle pair-à-pair, deux défis fondamentaux doivent être abordés. i) Faire face à la dynamique des pairs, en raison de leur connectivité transitoire. ii) Réduire l'impact du comportement malicieux des pairs. La réplication est une technique régulièrement utilisée pour faire face à la connectivité transitoire des systèmes de stockage pair-à-pair. Toutefois, selon le ratio d'arrivées et de départs des pairs dans le système, cette technique présente un impact négatif en termes de stockage et de bande passante. Les réseaux pair-à-pair qui offrent la tolérance aux fautes byzantins, font généralement l'hypothèse que seulement une fraction limitée des pairs dans le système sont des pairs de comportements malveillants. Toutefois, l'estimation de la proportion de pairs malveillants dans un système pair-à-pair est une opération peu fiable. Ainsi, créer une architecture qui fournit le stockage persistant de données fiables et qui permet de faire face à tous ces problèmes est une contribution souhaitable. Dans cette thèse, nous proposons Datacube. Datacube est une architecture pair-à-pair de stockage de données scalable et efficace qui fournit un stockage persistant en utilisant un schéma de redondance hybride sur un réseau overlay structuré basée sur des clusters. Le schéma de redondance hybride proposé par Datacube assure la persistance et l'intégrité des données garantissant une forte résilience aux arrivées et départs de pairs même en présence de pairs malveillants. Datacube repose sur les propriétés des codes fontaines pour mettre en place son schéma de redondance hybride. Les valuations analytiques ont montré que Datacube est notamment performant en termes de disponibilité, de surcharge de stockage et de bande passante. Nous avons aussi effectué des évaluations pratiques concernant les performances de deux types de codes fontaines dans le contexte de systèmes de stockage pair-à-pair. Ces évaluations ont aidé à comprendre l'impact des paramètres de codage sur les performances de Datacube. À notre connaissance, ceci est la première étude complète qui permet aux développeurs d'applications de trouver les valeurs des paramètres de codage adaptés au contexte des réseaux pair-à-pair.

Silver species adsorbed on colloidal titania have been known for a long time to exhibit photochromism. The color change is due to the reduction of silver salts from metallic nanoparticles under UV illumination and oxidation of these latters under visible illumination. Recently, a new functionality inducing multicolor photochromism has been reported in nanocomposite materials constituted by silver nanoparticles introduced in nanoporous titania film. In this dissertation, we study the influence of mesoporous titania matrix with controlled pores sizes on the photochromisrn behavior of such films. We show that the films porosity allows to control the formed particles under UV illumination and that is possible to bleach the photo-induced patterns with a monochromatic visible light although usually this type of illumination color the film. The utilization of these materials allows also to sensibly improve the temporal stability of photo-induced inscriptions, which allows to use them as rewritable data carriers. We demonstrate also that above an intensity threshold, it is possible to inscribe permanent pattern with an UV or visible illumination, which allows to use these films like permanent data carriers. Finally, in the last part, we show that it is possible to photo-induce in visible light dichroic color highly reflective without prior reduction of silver salts; L’argent associé aux colloïdes de titane est connu depuis longtemps pour produire un effet photochrome réversible. Le changement de couleur est dû à la réduction des sels d’argent en nanoparticules métalliques sous lumière UV et à l’oxydation de ces dernières sous lumière visible. Récemment, une nouvelle fonctionnalité induisant du photochromisme multicolore a été rapportée dans des matériaux nanocomposites constitués de nanoparticules d’argent introduites dans des films nanoporeux d’oxyde de titane. Dans cette thèse, nous étudions l’influence d’une matrice mésoporeuse d’oxyde de titane avec des tailles de pores contrôlées sur le comportement photochrome de tels films. Nous montrons que la porosité des films permet de contrôler la taille des particules formées sous insolations UV et qu’il est possible de blanchir les motifs photo-induits avec une lumière monochromatique visible bien qu’habituellement ce type d’insolation colore le film. L’utilisation de ces matériaux permet aussi d’améliorer sensiblement la stabilité temporelle des inscriptions photo-induites, ce qui permet de les utiliser comme support de données reconfigurables. Nous démontrons aussi qu’au-delà d’un seuil en intensité, il est possible d’inscrire des motifs permanents avec une lumière UV ou visible, ce qui permet l’utilisation de ces films comme support de données permanentes. Enfin, dans une dernière partie, nous montrons qu’il est possible de photo-inscrire en lumière visible des couleurs dichroïques fortement réfléchissantes sans aucune réduction préalable des sels d’argent

Large scale peer-to-peer systems are foreseen as a way to provide highly reliable data storage at low cost. To ensure high durability and high resilience over a long period of time the system must add redundancy to the original data. It is well-known that erasure coding is a space efficient solution to obtain a high degree of fault-tolerance by distributing encoded fragments into different peers of the network. Therefore, a repair mechanism needs to cope with the dynamic and unreliable behavior of peers by continuously reconstructing the missing redundancy. Consequently, the system depends on many parameters that need to be well tuned, such as the redundancy factor, the placement policies, and the frequency of data repair. These parameters impact the amount of resources, such as the bandwidth usage and the storage space overhead that are required to achieve a desired level of reliability, i.e., probability of losing data. This thesis aims at providing tools to analyze and predict the performance of general large scale data storage systems. We use these tools to analyze the impact of different choices of system design on different performance metrics. For instance, the bandwidth consumption, the storage space overhead, and the probability of data loss should be as small as possible. Different techniques are studied and applied. First, we describe a simple Markov chain model that harnesses the dynamics of a storage system under the effects of peer failures and of data repair. Then we provide closed-form formulas that give good approximations of the model. These formulas allow us to understand the interactions between the system parameters. Indeed, a lazy repair mechanism is studied and we describe how to tune the system parameters to obtain an efficient utilization of bandwidth. We confirm by comparing to simulations that this model gives correct approximations of the system average behavior, but does not capture its variations over time. We then propose a new stochastic model based on a fluid approximation that indeed captures the deviations around the mean behavior. These variations are most of the time neglected by previous works, despite being very important to correctly allocate the system resources. We additionally study several other aspects of a distributed storage system: we propose queuing models to calculate the repair time distribution under limited bandwidth scenarios; we discuss the trade-offs of a Hybrid coding (mixing erasure codes and replication); and finally we study the impact of different ways to distribute data fragments among peers, i.e., placement strategies.; Les systèmes pair-à-pair à grande échelle ont été proposés comme un moyen fiable d'assurer un stockage de données à faible coût. Pour assurer la pérennité des données sur une période très longue, ces systèmes codent les données des utilisateurs comme un ensemble de fragments redondants qui sont distribués entre différents pairs du réseau. Un mécanisme de réparation est nécessaire pour faire face au comportement dynamique et non fiable des pairs. Ce mécanisme reconstruit en permanence les fragments de redondance manquants. Le système dépend de nombreux paramètres de configuration qui doivent être bien réglés, comme le facteur de redondance, sa politique de placement et la fréquence de réparation des données. Ces paramètres affectent la quantité de ressources, telles que la bande passante et l'espace de stockage, nécessaires pour obtenir un niveau souhaité de fiabilité, c'est-à-dire, une certaine probabilité de perdre des données. Cette thèse vise à fournir des outils permettant d'analyser et de prédire la performance de systèmes de stockage de données à grande échelle en général. Nous avons utilisé ces outils pour analyser l'impact de différents choix de conception du système sur différentes mesures de performance. Par exemple, la consommation de bande passante, l'espace de stockage et la probabilité de perdre des données, doivent être aussi faibles que possible. Différentes techniques sont étudiées et appliquées. Tout d'abord, nous décrivons un modèle simple par chaîne de Markov qui exploit la dynamique d'un système de stockage sous l'effet de défaillance des pairs et de réparation de données. Puis nous établissons des formules mathématiques closes qui donnent de bonnes approximations du modèle. Ces formules nous permettent de comprendre les interactions entre les paramètres du système. En effet, un mécanisme de réparation paresseux (lazy repair) est étudié et nous décrivons comment régler les paramètres du système pour obtenir une utilisation efficace de la bande passante. Nous confirmons en comparant à des simulations que ce modèle donne des approximations correctes du comportement moyen du système, mais ne parvient pas à capturer ses importantes variations au fil du temps. Nous proposons ensuite un nouveau modèle stochastique basé sur une approximation fluide pour saisir les écarts par rapport au comportement moyen. Ces variations qui sont généralement négligées par les travaux antérieurs, sont très im- portants pour faire une bonne estimation des ressources nécessaires au système. De plus, nous étudions plusieurs autres aspects d'un système de stockage distribué: nous utilisons un modèle de files d'attente pour calculer le temps de réparation pour un système avec bande passante limitée; nous étudions un système de codage hybride: en mixant les codes d'éffacement avec la simple réplication des données; enfin, nous étudions l'impact des différentes façons de distribuer des fragments de données entre les pairs, i.e., les stratégies des placements.

Large scale peer-to-peer systems are foreseen as a way to provide highly reliable data storage at low cost. To ensure high durability and high resilience over a long period of time the system must add redundancy to the original data. It is well-known that erasure coding is a space efficient solution to obtain a high degree of fault-tolerance by distributing encoded fragments into different peers of the network. Therefore, a repair mechanism needs to cope with the dynamic and unreliable behavior of peers by continuously reconstructing the missing redundancy. Consequently, the system depends on many parameters that need to be well tuned, such as the redundancy factor, the placement policies, and the frequency of data repair. These parameters impact the amount of resources, such as the bandwidth usage and the storage space overhead that are required to achieve a desired level of reliability, i.e., probability of losing data. This thesis aims at providing tools to analyze and predict the performance of general large scale data storage systems. We use these tools to analyze the impact of different choices of system design on different performance metrics. For instance, the bandwidth consumption, the storage space overhead, and the probability of data loss should be as small as possible. Different techniques are studied and applied. First, we describe a simple Markov chain model that harnesses the dynamics of a storage system under the effects of peer failures and of data repair. Then we provide closed-form formulas that give good approximations of the model. These formulas allow us to understand the interactions between the system parameters. Indeed, a lazy repair mechanism is studied and we describe how to tune the system parameters to obtain an efficient utilization of bandwidth. We confirm by comparing to simulations that this model gives correct approximations of the system average behavior, but does not capture its variations over time. We then propose a new stochastic model based on a fluid approximation that indeed captures the deviations around the mean behavior. These variations are most of the time neglected by previous works, despite being very important to correctly allocate the system resources. We additionally study several other aspects of a distributed storage system: we propose queuing models to calculate the repair time distribution under limited bandwidth scenarios; we discuss the trade-offs of a Hybrid coding (mixing erasure codes and replication); and finally we study the impact of different ways to distribute data fragments among peers, i.e., placement strategies.; Les systèmes pair-à-pair à grande échelle ont été proposés comme un moyen fiable d'assurer un stockage de données à faible coût. Pour assurer la pérennité des données sur une période très longue, ces systèmes codent les données des utilisateurs comme un ensemble de fragments redondants qui sont distribués entre différents pairs du réseau. Un mécanisme de réparation est nécessaire pour faire face au comportement dynamique et non fiable des pairs. Ce mécanisme reconstruit en permanence les fragments de redondance manquants. Le système dépend de nombreux paramètres de configuration qui doivent être bien réglés, comme le facteur de redondance, sa politique de placement et la fréquence de réparation des données. Ces paramètres affectent la quantité de ressources, telles que la bande passante et l'espace de stockage, nécessaires pour obtenir un niveau souhaité de fiabilité, c'est-à-dire, une certaine probabilité de perdre des données. Cette thèse vise à fournir des outils permettant d'analyser et de prédire la performance de systèmes de stockage de données à grande échelle en général. Nous avons utilisé ces outils pour analyser l'impact de différents choix de conception du système sur différentes mesures de performance. Par exemple, la consommation de bande passante, l'espace de stockage et la probabilité de perdre des données, doivent être aussi faibles que possible. Différentes techniques sont étudiées et appliquées. Tout d'abord, nous décrivons un modèle simple par chaîne de Markov qui exploit la dynamique d'un système de stockage sous l'effet de défaillance des pairs et de réparation de données. Puis nous établissons des formules mathématiques closes qui donnent de bonnes approximations du modèle. Ces formules nous permettent de comprendre les interactions entre les paramètres du système. En effet, un mécanisme de réparation paresseux (lazy repair) est étudié et nous décrivons comment régler les paramètres du système pour obtenir une utilisation efficace de la bande passante. Nous confirmons en comparant à des simulations que ce modèle donne des approximations correctes du comportement moyen du système, mais ne parvient pas à capturer ses importantes variations au fil du temps. Nous proposons ensuite un nouveau modèle stochastique basé sur une approximation fluide pour saisir les écarts par rapport au comportement moyen. Ces variations qui sont généralement négligées par les travaux antérieurs, sont très im- portants pour faire une bonne estimation des ressources nécessaires au système. De plus, nous étudions plusieurs autres aspects d'un système de stockage distribué: nous utilisons un modèle de files d'attente pour calculer le temps de réparation pour un système avec bande passante limitée; nous étudions un système de codage hybride: en mixant les codes d'éffacement avec la simple réplication des données; enfin, nous étudions l'impact des différentes façons de distribuer des fragments de données entre les pairs, i.e., les stratégies des placements.

National audience; Les grilles informatiques : comment obtenir une machine dotée de colossales capacités de stockage en mutualisant les ressources de centres de calcul ou d’ordinateurs de particuliers.

This thesis focuses on distributed storage systems for clusters of servers. Existing solutions are generally monolithic and hardly (re)configurable. As a consequence, code reuse is limited, administration of such services is complex, and developing robust and autonomic systems is difficult. We propose a software framework to alleviate these constraints. A storage service is constructed from a set of components and provides an explicit representation of control and data streams. The architecture allows a fine-grained tuning of the system properties, including networking protocols and strategies for data transfers. In addition, the execution infrastructure provides mechanisms for dynamic reconfiguration of the code, the parameters and the structure of the system. A prototype was implemented at the block level. It shows that a modular approach can help building flexible and custom systems and is compatible with good performance., Cette thèse s'intéresse aux systèmes de stockage répartis pour grappes de serveurs. Les solutions existantes sont généralement monolithiques et peu (re)configurables. Elles limitent la réutilisation de code, compliquent l'administration et le développement de systèmes robustes et autonomes. Nous proposons un canevas logiciel visant à lever ces contraintes. Un service de stockage est construit à partir d'un assemblage de composants et fournit une représentation explicite des flux de contrôle et de données. L'architecture permet un paramétrage fin des propriétés du système, y compris au niveau des protocoles de communication et des stratégies de transfert des données. L'infrastructure d'exécution offre, de plus, des mécanismes de reconfiguration dynamique du code, des paramètres et de la structure du système. Un prototype, implémenté au niveau bloc, montre qu'une approche modulaire est conciliable avec de bonnes performances et permet de construire des services flexibles et spécialisés.

Cet article tente de mettre en regard certaines difficultés scripturales rencontrées par des étudiants en situation d’examen et les écrits des enseignants eux-mêmes, servant de base à l’évaluation : version écrite du cours et énoncés des questions d’examen. Les caractéristiques de ces écrits professoraux peuvent en effet avoir des répercussions non négligeables sur les productions des étudiants. La (re) connaissance de cette influence permettrait, en plus du travail à mener auprès des étudiants, d’amener les enseignants à réfléchir à leurs pratiques de communication des savoirs dans leur discipline, et, le cas échéant, à les aménager., Pollet Marie-Christine. Appropriation et écriture de savoirs chez des étudiants de première année. Une voie difficile entre stockage et élaboration. In: Pratiques : linguistique, littérature, didactique, n°121-122, 2004. Normes et pratiques de l'écrit dans le supérieur. pp. 81-92.