L’optimisation du contrôle de l’aération dans les stations d’épuration est essentielle pour répondre aux objectifs économiques et environnementaux. Le développement de stratégies avancées reste freiné par la difficulté de calibrer des modèles prédictifs fiables à partir de données limitées, partielles et bruitées. Cette thèse propose un cadre méthodologique unifié, de la modélisation à la commande, fondé sur les modèles stochastiques à espace d’état et l’assimilation de données afin d’estimer les dynamiques du procédé, reconstruire les états latents et quantifier rigoureusement les incertitudes. L'étude comparative des diverses familles de modèles (mécanistes, boîtes grises, boîtes noires) et des stratégies de contrôle en temps réel aboutit à la sélection d'une architecture robuste, combinant un modèle non paramétrique et la Programmation Dynamique Stochastique. Cette solution est ensuite validée dans une simulation en boucle fermée réaliste et testée face à des perturbations non modélisées, telle que la variabilité de la charge polluante. Il est démontré que ce cadre réduit les coûts d’exploitation de 15 à 25 % tout en respectant les contraintes, y compris en l'absence d'information sur les perturbations externes. Enfin, l'étude démontre que la performance de la commande repose moins sur la quête d'une justesse prédictive absolue que sur la capacité du contrôleur stochastique à intégrer l'incertitude globale, y compris les perturbations non modélisées, dans sa politique de décision.

L’électronique organique, visant la conception de dispositifs innovants et performants, exploite les propriétés des semi-conducteurs organiques (SCOs) en s’appuyant sur des études de type structure-propriétés approfondies. Au cours de cette thèse, deux familles de SCOs ont été étudiées dans des contextes distincts mais complémentaires : les nano-anneaux et les hydrocarbures purs (PHCs). Dans une première partie consacrée aux nano-anneaux de type donneur-accepteur, des structures π-conjuguées contraintes et originales, une solide relation structure-propriétés est établie. L’étude de nano-anneaux présentant différentes tailles et agencements, synthétisés grâce à une approche modulaire, a mis en évidence l’impact de ces deux paramètres sur leurs propriétés, ouvrant la voie à leurs applications potentielles en EO. La seconde partie s’appuie sur ce type de relation structure-propriétés, déjà bien établie, pour développer de nouvelles matrices hôtes de type PHCs, constitués uniquement d’atomes de carbone et d’hydrogène, pour accroître la stabilité et la performance des diodes organiques électroluminescentes bleues. Ainsi, des matrices hôtes dérivées du spirobifluorène (SBF), un fragment se démarquant des autres PHCs par le contrôle précis des propriétés qu’il permet, ont été conçus et ont conduit à des dispositifs bleus à la fois stables et hautement performants. Les deux parties de ce manuscrit sont représentatives de la recherche en électronique organique : l’une, fondamentale, visant à établir une relation structure propriété, et l’autre, appliquée, consacrée à repousser les performances des dispositifs actuels.

Cette thèse propose des approches avancées pour la gestion des ressources dans les réseaux 6G, en utilisant l’apprentissage par renforcement multi-agents. Face à la diversité des exigences de qualité de service (QoS) et à la complexité des environnements multi-domaines et multi-acteurs, une solution distribuée et optimisée est cruciale. Premièrement, un algorithme de placement multi-agents pour les fonctions réseau virtualisées (VNF) a été développé, optimisant la répartition des ressources à travers des domaines distincts tout en assurant une coordination efficace entre les agents. Deuxièmement, un algorithme innovant de scaling multi-domaines a été conçu, intégrant des prévisions de trafic et des mécanismes d’échange inter-domaines pour garantir une allocation dynamique et adaptée des ressources. Enfin, une solution globale prenant en compte le placement et le scaling a été proposée, mettant l’accent sur la réduction de la consommation énergétique dans un contexte distribué et multi-acteurs. Ces contributions ont été validées à travers une plateforme de simulation flexible et légère développée avec OMNeT++. Les résultats obtenus influencent directement les standards des réseaux 6G et ouvrent la voie à des innovations brevetables dans la gestion des ressources.

La réalité virtuelle (RV) offre des expériences immersives en sollicitant de multiples sens. Bien que loin de reproduire parfaitement le monde physique, la RV sociale suscite néanmoins des comportements qui reflètent les normes sociales du monde réel, même en l'absence d'indices clés tels que les expressions faciales ou un langage corporel précis. Parmi ces éléments manquants, le toucher social reste largement inexploré, la plupart des systèmes de RV n'offrant qu'un retour haptique limité ou simplifié. L'absence de toucher peut profondément altérer la perception que les utilisateurs ont d'eux-mêmes et des autres. Cette thèse étudie le rôle de l'haptique affectif sur les interactions sociales en RV. Nous examinons d'abord comment le retour haptique affectif influence la perception intrapersonnelle, modulant la façon dont les utilisateurs se perçoivent et se représentent en RV. Nous étendons ensuite cette recherche aux contextes interpersonnels, explorant comment le toucher virtuel peut moduler la perception sociale et favoriser les comportements prosociaux.

Les microtubules (MTs) sont des polymères essentiels du cytosquelette formés d’hétérodimères d’αβ-tubuline, dont l’instabilité dynamique sous-tend des processus cellulaires majeurs. Cette thèse a développé un workflow multi-échelle en cryo-EM, complété par de nouvelles approches computationnelles, afin de cartographier l’hétérogénéité du réseau à l’échelle d’un MT unique et de la relier directement à l’état d’assemblage. Grâce à cette approche, nous avons d’abord démontré que le nombre et la position des jointures peuvent varier au sein d’un même MT, générant des discontinuités locales le long du filament. Nous avons ensuite identifié deux types d’interactions latérales jusque-là non décrits, appelés Type C et D, qui créent des réseaux avec rupture de symétrie hélicoïdale. Ces géométries non canoniques impliquent un décalage axial d’environ 21 Å et une rotation vers l’intérieur des protofilaments, et ont été résolues à 2,9 Å et 3,1 Å respectivement, révélant de nouveaux contacts latéraux à haut rayon. En parallèle, nous avons obtenu les structures des réseaux de type A et B à la plus haute résolution à ce jour, soit 2,5 Å et 2,7 Å respectivement. Des expériences cinétiques ont montré que ces Type C et D sont enrichis lors de la phase de croissance rapide, établissant qu’il s’agit d’intermédiaires cinétiques favorisés. Des analyses complémentaires ont par ailleurs suggéré qu’End Binding protein 1 agit comme un régulateur supprimant à la fois la variabilité du nombre de protofilaments et la formation de géométries non canoniques, maintenant ainsi la fidélité du réseau. Dans l’ensemble, ce travail a mis en évidence de nouvelles formes d’hétérogénéité des MTs, souligné leurs relations structurales et leurs origines cinétiques, et les a reliées à une régulation par l’environnement autour du MT, forçant à reconsidérer les modèles actuels de l’instabilité dynamique et des processus biologiques associés.

L’ablation par cathéter est actuellement la seule méthode curative pour traiter les arythmies cardiaques. Elle nécessite une étude électrophysiologique longue et invasive pour détecter les cibles d'ablation. Dans ce contexte, l’Imagerie ÉlectroCardioGraphique (IECG) constitue une alternative non invasive prometteuse, permettant de reconstruire des cartographies 3D de l’activité électrique du cœur à partir de signaux ECG de surface et de données anatomiques issues d’imageries médicales (IRM ou scanner). Cette approche vise à localiser plus précisément les zones à ablater. Toutefois, l’IECG requiert la résolution d’un problème inverse mal posé, rendant la solution instable et non unique. Pour résoudre ce problème, il est indispensable de le régulariser en utilisant un choix adéquat des hyper-paramètres. Dans un premier temps, une analyse comparative des méthodes existantes de sélection de ces hyper-paramètres est réalisée. Dans un second temps, de nouvelles approches basées sur le principe de contradiction ont été proposées pour différents a priori, donnant naissance à des méthodes IECG automatiques. Une évaluation sur données réalistes générées par un modèle cœur-torse basse résolution et sur quelques jeux de données réelles a été réalisée mettant en évidence les avantages et limites de chaque méthode.

Ces travaux ont été consacrés à l’approfondissement de l’étude des sulfures d’uranium binaires et ternaires, afin de mieux comprendre leurs propriétés physiques. Les spectroscopies des rayons X à haute résolution (HERFD-XANES, RXES, RIXS) ont permis de déterminer la valence de l’uranium, avec une prédominance de l’état U⁴⁺ mais aussi la confirmation de valences mixtes U³⁺/U⁴⁺, et de confirmer le caractère plus covalent de la liaison U-S que celui de la liaison U-O. L’étude a ensuite été étendue aux sulfures ternaires U₈TMS₁₇, AN₂FeS₅, UTMS₃ et UₙCu₂S₃ₙ₊₁ (n = 3, 6) (TM = Sc - Ni et Ba ; AN = Th et U), révélant dans certains cas la stabilisation d’une valence mixte U³⁺/U⁴⁺ en présence de TM³⁺. La caractérisation de la chaleur spécifique et de la résistivité électrique de ces matériaux a pour la première fois été rendue possible grâce à la densification par frittage SPS, ce qui a permis de compléter les mesures magnétiques. Ces résultats mettent en évidence une diversité de comportements magnétiques, allant du paramagnétisme de Curie-Weiss à des ordres coopératifs ou ferrimagnétiques complexes.

La stabilité des produits industriels, de la formulation au stockage puis à l’utilisation, est essentielle pour garantir leur performance et leur qualité. Cette thèse explore l’usage de structures photoniques résonantes pour le suivi dynamique des processus de sédimentation et de stabilité de produits opaques ou sombres, difficiles à analyser par des dispositifs commerciaux. L’approche repose sur la fabrication de micro résonateurs en polymère UV210 avec une détection optique quasi-surfacique, intégrée à une plateforme expérimentale simplifiée et économique. Après caractérisation de structures hybrides SOI/UV210/SOI adaptées à l’étude de substances agressives pour l’organique, les capteurs SOI/UV210 ont été testés sur des dispersions colloïdales de silice dans l’eau puis dans un milieu visqueux, permettant de mesurer les vitesses de sédimentation. L’étude a été étendue à des dispersions opaques de noir de carbone, démontrant la capacité à suivre la stabilité colloïdale de substances absorbantes, en lien direct avec des problématiques industrielles (peintures, mélanges latex/silice). Enfin, ces micro résonateurs ont aussi permis de suivre des phénomènes dynamiques de séchage et de stratification dans des produits laitiers.

Le sol est un milieu vivant dynamique qui abrite une diversité de microorganismes responsables du cycle des nutriments, de la promotion de la croissance des plantes, de la suppression des agents pathogènes et de la résilience face aux stress. Parmi les produits du métabolisme des microorganismes du sol figurent les composés organiques volatils (COVs), qui constituent de puissants indicateurs de la qualité et de la santé des sols. Toutefois, une analyse des techniques conventionnelles de détection des VOCs montre que leur potentiel reste sous exploité, en grande partie en raison du faible taux d’identification des composés. Cette recherche explore l’utilisation de la spectroscopie rotationnelle expérimentale afin d’améliorer la détection des COV du sol en fournissant des informations sur la structure moléculaire. À cette fin, un spectromètre à ondes submillimétriques a été développé, spécifiquement conçu pour la détection et l’identification des VOCs du sol. Le spectromètre, basé sur le photomélange, a été assemblé, calibré, et validé. Les points d’améliorations ont été proposé afin de permettre une détection précise des mélanges gazeuses. Par ailleurs, les caractéristiques métabolomiques de trois souches bactériennes environnementales ont été examinés, et leurs cinétiques de croissance ont été mesurées dans un milieu nutritif commun. La production à la demande de mélanges de COV bactériens contribuera à valider l’instrument pour un usage en microbiologie environnementale.

Cette thèse étudie l’approche multimodale basée sur le traitement de signal sur graphe (TSG) pour intégrer la connectivité cérébrale structurelle et les signaux BOLD, mesurés par l’IRM de diffusion et fonctionnelle, respectivement. Dans une première partie, nous utilisons la théorie des graphes pour extraire les régions cérébrales liées à la dépression. Puis, du point de vue du TSG, nous montrons que l’analyse multimodale apporte une plus grande précision dans la classification d'adolescents anxieux et dépressifs, par rapport aux analyses unimodales. Dans une deuxième partie, nous essayons d’améliorer la localisation du signal à la fois dans le domaine spatial et spectral du graphe. Pour ce faire, nous concevons des paquets d’ondelettes sur graphe afin de créer un nouvel ensemble de transformées qui prennent mieux en compte la structure sous-jacente du graphe. Ensuite, nous exploitons et étendons l’approche Slepian de graphe qui vise à se concentrer sur un ensemble spécifique de nœuds sans exclure le sous-graphe. Nous proposons une décomposition spectrale des signaux BOLD dans des structures cérébrales localisées ainsi qu’une méthode de filtrage permettant d’examiner les patterns d’interactions entre les réseaux cérébraux. Dans une troisième partie, nous développons l’apprentissage sur graphe en utilisant les réseaux de neurones convolutionnels pour intégrer la structure et la fonction.