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.

Dans le cadre des réseaux optiques passifs (PON), l'évolution vers le 50G-PON, qui vise des débits jusqu'à 50 Gbit/s, s'accompagne de défis techniques liés à l'interférence entre symboles créée par la dispersion chromatique et la bande passante réduite des composants à faible coût utilisés . Pour compenser ces dégradations, l'égalisation du canal s'avère indispensable et peut être mise en œuvre soit par traitement numérique (Digital Signal Processing, DSP), soit par traitement analogique (Analog Signal Processing, ASP). Plus économique et moins énergivore, la solution analogique évite le recours à des convertisseurs analogique-numérique à haut débit onéreux, mais doit composer avec certaines imperfections propres aux solutions analogiques. Cette thèse propose une méthode d'optimisation d'un égaliseur analogique de type FeedForward Equalizer (FFE) basée sur le critère de l'erreur quadratique moyenne minimale, avec une validation expérimentale dans les domaines électrique et optique. Les résultats montrent une réduction notable du taux d'erreur sur les éléments binaires et une amélioration du diagramme de l'œil. Dans un second temps, l'étude examine l'association d'un FFE analogique avec un code correcteur d'erreurs à entrée dure (Hard-Input Forward Error Correction, HI-FEC), afin de comparer cette approche à l'approche numérique. Il est ainsi démontré qu'un FFE analogique couplé à un HI-FEC peut offrir des performances proches de celles d'une solution numérique basée sur un FEC à entrée souple (Soft-Input FEC, SI-FEC), tout en étant plus abordable et moins gourmand en énergie. Ces résultats soulignent la pertinence de l'approche analogique pour répondre aux exigences du 50G-PON.

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.

Le sommeil joue un rôle clé dans le développement neurologique du nouveau-né. Chez les prématurés, sa qualité et son organisation indiquent précocement la maturation cérébrale et le risque de troubles. Dans les Unités de Soins Intensifs Néonatals (USIN), l’évaluation des états de sommeil est essentielle, mais les méthodes traditionnelles, basées sur l’observation ou la polysomnographie, restent lourdes et peu adaptées à un suivi continu. De nombreuses études ont proposé des méthodes automatiques utilisant des signaux physiologiques ou comportementaux, mais leur robustesse, interprétabilité et généralisabilité sont limitées. Ces travaux de thèse développent une chaîne complète pour classifier les états de sommeil, avec un focus sur le Sommeil Calme (SC), stade clé du développement. La méthode inclut : i) l’extraction de caractéristiques à partir de trois modalités (ECG, respiration, mouvements) ; ii) une classification non supervisée pour l’aide à l’annotation du SC ; iii) un modèle supervisé compact et interprétable pour estimer le SC et distinguer trois stades (SC, sommeil non calme, éveil). Les résultats montrent une bonne concordance avec les annotations d’experts pour le SC, tandis que la classification de trois stades nécessite encore des améliorations. Cette approche ouvre la voie à un suivi automatique et non invasif du sommeil des prématurés, notamment du SC.

L'épilepsie touche environ 1 % de la population mondiale, et environ 30 % des patients épileptiques souffrent d'épilepsie pharmacorésistante (DRE). Les techniques de stimulation électrique, notamment la stimulation cérébrale profonde (DBS) et la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS), sont apparues comme des stratégies thérapeutiques alternatives pour ces patients. Cependant, les mécanismes par lesquels ces interventions produisent des effets bénéfiques restent mal compris. La modélisation informatique est devenue un outil précieux pour comprendre les mécanismes sous-jacents à ces troubles neurologiques. L'objectif principal de cette thèse est de développer des modèles informatiques afin d'améliorer notre compréhension des effets post-stimulation de la neuromodulation électrique, en particulier les changements neuroplastiques qu'elle induit. À cette fin, nous avons développé un nouveau modèle de masse neuronale thalamocorticale qui intègre la plasticité synaptique à court terme et l'activation des récepteurs extrasynaptiques. Ce modèle explique la suppression dépendante de la fréquence de l'activité interictale observée dans la dysplasie corticale focale après une stimulation thalamique. En outre, nous avons étudié les effets de la stimulation par courant continu (DCS) à l'aide d'une modélisation de la masse neuronale, en examinant comment la stimulation influence les changements neuroplastiques pour différentes fréquences de pics interictales dans les réseaux épileptogènes.En résumé, ce travail propose des mécanismes potentiels sous-jacents aux effets thérapeutiques de la stimulation électrique et présente un cadre de modélisation pour étudier les réponses neuroplastiques associées à de telles interventions dans l'épilepsie.

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.