La conception de plates-formes de système sur puce hétérogènes est complexe avec de nombreuses combinaisons possibles. La simulation détaillée de différentes solutions est nécessaire pour déterminer le meilleur design. Les environnements de simulation existants (tels que gem5) sont limités car purement logiciels et ne prennent pas en compte les architectures hétérogènes. Pour pallier ces limitations, l'utilisation de composants reprogrammables FPGA pour accélérer la simulation est motivée. Notre travail est divisé en deux parties. La première partie est d'ordre expérimental et a étudié une approche de conception d'architectures hétérogènes en se concentrant sur la simulation de modèles de performance de composants de l'architecture (accélérateurs matériels et cœurs de processeurs) sur FPGA. La seconde partie est méthodologique et concerne un flot pour déterminer la meilleure microarchitecture en termes de rapport performance/consommation d'énergie. Ce flot combine un simulateur logiciel d'architecture et une méthode d'optimisation d'hyperparamètres pour trouver la meilleure combinaison de parallélisme, stratégies de déroulage de boucles et interfaces de mémoire. Les expérimentations ont été menées sur différents problèmes pour déterminer les solutions les plus optimales en termes d'efficacité énergétique.

L'effet Ouzo est une émulsification spontanée générant des nano-gouttelettes métastables, sans tensioactif ni apport d'énergie. Ce phénomène se produit dans des mélanges ternaires d'une huile hydrophobe, d'un solvant miscible à l'eau et d'eau. Ainsi, l'huile sursaturée s'agrège en petites gouttelettes en suspension dans la phase continue. Un domaine limpide appelé Surfactant-Free MicroEmulsion (SFME) existe dans la région monophasique et est décrit comme une microémulsion stable. Jusqu'à présent, la transition entre les domaines SFME et Ouzo a généralement été caractérisée de manière subjective par l'observation visuelle de la solution (limpide/turbide). Ce travail se concentre sur une compréhension plus objective de cette transition dans différents systèmes, en utilisant plusieurs techniques de caractérisation (potentiel Zêta, Nanoparticle Tracking Analysis - NTA, Static Multiple Light Scattering - SMLS, Résonance Magnétique Nucléaire RMN). Nous avons utilisé l'effet Ouzo en présence de nanoparticules pour produire des nanocapsules (~ 100 nm de diamètre), appelées Hybridosomes®. Celles-ci sont composées d'une enveloppe de nanoparticules inorganiques (oxyde de fer, Au) stabilisée par un polymère (PEG-PAA, PVPA). Grâce à une bonne connaissance des diagrammes de phase, nous avons réussi à développer un protocole pour encapsuler différents médicaments hydrophobes (liquides ou solides) ayant des caractéristiques différentes (moléculaires, sels, cristallins) dans ces capsules hybrides. La combinaison des propriétés des nanoparticules inorganiques dans la coque et des principes actifs dans le coeur des nanocapsules présentent un réel potentiel pour des applications biomédicales telles que la thérapie (radiothérapie, chimiothérapie). Ainsi, nous avons débuté l’étude in vitro de l'efficacité de tels nano-objets dans le traitement du carcinome hépatocellulaire en étudiant les effets chimiothérapeutiques d'un médicament hydrophobe (sorafénib) combinés à la radiothérapie (nanoparticules d'or radiosensibilisantes).

La consommation d'énergie est l'un des problèmes majeurs de l'informatique aujourd'hui, du calcul haute performance aux systèmes embarqués. Ces dernières années, l'approximation des calculs a reçu un regain d'intérêt pour améliorer l'efficacité énergétique. De nombreuses applications n'exigent pas une précision élevée, et les techniques de calcul approximatif augmentent l'espace de conception en fournissant de nombreux compromis entre la précision, les coûts et les performances. Cette thèse se concentre sur le développement de méthodes pour l'exploration systématique de cet espace de conception, y compris la modélisation de la performance et de la précision et l'automatisation de la conception. Nous utilisons la virgule fixe pour la représentation des données des données et nous optimisons la longueur du mot de chaque données et calcul pour chercher un bon équilibre entre le coût et la précision. Ce problème est appelé Word Length Optimization (WLO) ou réglage automatique de la précision. Cette thèse contribue à trois directions de recherche. Premièrement, une méthode est proposée pour améliorer le passage à l'échelle du WLO pour les grandes applications. Pour réduire la complexité exponentielle de la nature de WLO, l'application d'entrée est décomposée en noyaux qui sont ensuite résolus indépendamment. Pour allouer les budgets de réduction de précision à chaque noyau, l'idée principale est de caractériser l'impact de l'approximation de chaque noyau sur la précision et le coût par simulation et régression pour construire les modèles empiriques. La deuxième direction de recherche est un algorithme hybride combinant l'optimisation bayésienne (BO) et une recherche locale rapide pour accélérer la procédure WLO. Un mécanisme efficace est proposé pour obtenir de bons modèles en peu de temps. La dernière contribution ouvre une nouvelle voie de recherche sur le WLO avec contraintes de ressources. Les approches actuelles résolvent principalement les problèmes de WLO avec une contrainte de qualité (précision). Dans cette étude, un algorithme basé sur l'optimisation bayésienne a été proposé pour maximiser la qualité des calculs sous contrainte d'un budget de coût du matériel.

Le développement d'un système de surveillance des vibrations cardiaques offrant une gestion intégrée des paramètres multimodaux avec un dispositif peu invasif est actuellement nécessaire dans le domaine des maladies cardiovasculaires chroniques, afin de déclencher une attention médicale précoce et adéquate contre les événements de décompensation et de réduire les hospitalisations. L'objectif principal de cette thèse est de proposer des méthodes d'acquisition et de traitement du signal afin d'utiliser au mieux les unités inertielles dans le suivi des patients atteints d'insuffisance cardiaque (HF), en exploitant efficacement les informations multimodales des signaux de vibration cardiaque (CVS). Deux nouvelles approches sont proposées dans ce contexte : 1) l'évaluation de la faisabilité de l'acquisition des CVS longitudinaux en utilisant un implant intra-gastrique dans une configuration d'expérimentation animale préclinique, et 2) le développement d'un système d'acquisition de signaux cardiaques afin d'évaluer de manière préliminaire la faisabilité de la détection automatique d'événements cardiorespiratoires on-the-edge à l'aide d'un capteur MEMS avec un noyau d'apprentissage automatique intégré (MLC). Les résultats obtenus montrent les premières preuves précliniques de la faisabilité d'une surveillance cardiovasculaire chronique à partir d'un dispositif cardiaque implantable peu invasif placé dans le fond de l'estomac, ainsi que la faisabilité préliminaire de l'utilisation d'un MLC intégré dans un capteur MEMS pour la détection on-the-edge de plusieurs événements cardiorespiratoires liés à des variations hémodynamiques, comme l'apnée et la manœuvre de Valsalva. La nature transversale de l'ensemble du contenu de cette thèse ouvre de nouvelles perspectives dans l'utilisation des CVS pour le développement de méthodes et d'outils pouvant être utilisés dans la surveillance cardiovasculaire à long terme de patients diagnostiqués avec une maladie cardiaque chronique telle que l'HF.

Les pucerons des céréales transmettent les virus de la jaunisse nanisante de l’orge (JNO) dans les cultures de céréales à l’automne et en hiver, responsables de dégâts importants. Avec le réchauffement climatique et l’interdiction récente du traitement des semences aux néonicotinoïdes, considérés comme les insecticides les plus efficaces, on s’attend à une augmentation de l’abondance des pucerons à cette période et donc de l’incidence des virus de la JNO. Une alternative à la lutte chimique consiste à manipuler la diversité végétale pour favoriser la lutte biologique des pucerons en fournissant refuge et nourriture à leurs ennemis naturels (parasitoïdes et prédateurs). Cependant, ce service de régulation des pucerons est très rarement associé à la dynamique des virus qu’ils transmettent. L’objectif de la thèse est donc de déterminer si l’implantation de couverts fleuris en hiver est favorable aux ennemis naturels et permet de réduire les densités de pucerons, l’incidence des virus et les dégâts dans la parcelle de céréales adjacente. Elle vise également à apporter de nouvelles connaissances sur l’épidémiologie des virus de la JNO en hiver. La densité de pucerons et l’incidence des virus sont réduites à proximité du couvert mais sans conséquence sur les dégâts et les rendements. Ces travaux fournissent un premier exemple illustrant comment la manipulation de la diversité végétale en bordure de champs permet de réduire l’incidence des virus. Associer l’aménagement de ces infrastructures agro-écologiques avec d’autres pratiques culturales, comme le décalage des dates de semis, permettrait de maintenir l’incidence de la JNO en dessous du seuil tolérable de dégâts.

Les maladies hépatiques d’origine dysmétabolique représentent aujourd’hui un véritable enjeu de santé publique. Parmi elles, la stéatose (NAFL, Non Alcoholic Fatty Liver) est caractérisée par une accumulation excessive de lipides dans le foie et peut progressivement évoluer vers une stéatohépatite non alcoolique (NASH, non alcoholic steatohepatitis), qui est une lésion plus grave. Plusieurs études ont mis en évidence que le cytochrome P450 2E1 (CYP2E1) a la particularité de générer des espèces réactives de l’oxygène (EROs) qui sont sources d’un stress oxydant propice à l’aggravation de la NAFL en NASH. Des travaux ont rapporté le rôle de certains acides gras parmi les facteurs métaboliques susceptibles d’activer le CYP2E1, en particulier dans un contexte d’obésité et/ou de NAFLD. Outre son rôle potentiel dans l’aggravation de la NAFL en NASH, le CYP2E1 est impliqué dans la toxicité hépatique du paracétamol, observée généralement après un surdosage (>10 g/j) intentionnel ou non, et plus rarement au cours de traitements à des doses pharmacologiques (3-4 g/j). Ainsi, le paracétamol pourrait être plus toxique dans un contexte de NAFLD et d’obésité. Notre travail a permis de montrer que tous les acides gras n’ont pas le même impact sur le CYP2E1 et sur la stéatose, dans le modèle cellulaire HepaRG. Dans nos conditions expérimentales, l’induction du CYP2E1 n’est pas non plus forcément corrélée à l’apparition d’une NAFL. Des investigations sur le métabolisme lipidique ont permis de comprendre les mécanismes sous-jacents au développement de cette NAFL. Notre étude a également permis d’identifier certains acides gras comme des facteurs de potentialisation de l’hépatotoxicité induite par le paracétamol, bien que les mécanismes sous-jacents ne soient pas encore totalement élucidés.

Cette thèse explore des solutions pour enrichir les interactions des utilisateurs avec les humains virtuels. Nous nous concentrons sur les caractéristiques non-verbales du mouvement, sur la façon dont elles sont représentées par les agents virtuels, et sur la façon d'adapter ces éléments pour doter les humains virtuels de capacités expressives dynamiques. Dans ce contexte, nous proposons un système d'édition de mouvement en temps réel qui peut adapter une animation préenregistrée d'un humain virtuel, en fonction du champ de vision de l'observateur. Le développement d'un tel système nécessite une compréhension approfondie de la perception humaine des caractéristiques non-verbales des agents virtuels. Pour cette raison, nous fournissons des études sur le regard et le contact (simulé avec un retour haptique) dans un environnement immersif et un système pour améliorer la réalisation d'expériences passives, telles que les portraits cinématographiques d'événements virtuels en temps réel.

Les hiérarchies, telles que décrites dans la morphologie mathématique, représentent des régions d'intérêt imbriquées et fournissent des mécanismes pour créer des concepts et une organisation cohérente des données. Elles facilitent l'analyse de haut niveau et la gestion de grandes quantités de données. Représentées sous forme d'arbres hiérarchiques, elles ont des formalismes croisés avec la théorie des graphes, et des applications qui peuvent être facilement généralisées. En raison des algorithmes déterministes, des représentations multiformes et distinctes, et de l'absence d'un moyen direct d'évaluer la qualité de la représentation hiérarchique, il est difficile d'insérer des informations hiérarchiques dans un cadre d'apprentissage et de bénéficier des avancées récentes dans le domaine. Les chercheurs s'attaquent généralement à ce problème en affinant les hiérarchies pour un média spécifique et en évaluant leur qualité pour une tâche particulière. L'inconvénient de cette approche est qu'elle dépend de l'application et que les formulations limitent la généralisation à des données similaires. Ce travail vise à créer un cadre d'apprentissage qui peut fonctionner avec des données hiérarchiques et qui est agnostique à l'entrée et à l’application. L'idée est d'étudier les moyens de transformer les données en une représentation régulière requise par la plupart des modèles d'apprentissage tout en préservant la richesse de l'information dans la structure hiérarchique. Il propose d'étudier et de formaliser les concepts sous forme de graphes, un point commun pour les hiérarchies et le multimédia, et un sujet de grand intérêt pour l'apprentissage automatique. Les méthodes proposées dans cette étude utilisent des graphes d'images pondérés par des arêtes et des arbres hiérarchiques comme entrée, et évaluent différentes propositions sur les tâches de détection des contours et de segmentation. Le modèle principal est la forêt aléatoire, une méthode rapide, verifiable et extensible, adaptée au travail avec des données de grandes dimensions. Malgré les médias, les tâches et les choix de modèle , il concentre les formulations sur des graphes et des arbres hiérarchiques, et n'utilise les tâches que pour évaluer la réponse produite par différentes caractéristiques. Il donne les résultats en termes quantitatifs et qualitatifs et propose des analyses statistiques de la distribution et de la dimensionnalité des données, évaluant ainsi leur impact sur l'apprentissage. En outre, il fournit une revue systématique de la littérature sur des propositions qui intègrent l'apprentissage automatique et les hiérarchies. Il démontre qu'il est possible de créer un cadre d'apprentissage dépendant uniquement des données hiérarchiques qui fonctionne dans plusieurs tâches avec différents modèles.

Les maladies non alcooliques du foie (NAFLD) sont les pathologies hépatiques les plus répandues dans le monde, touchant environ 25% de la population générale. Le premier stade des NAFLD est la stéatose hépatique, un état bénin défini par l'accumulation de gouttelettes lipidiques dans les hépatocytes. Cependant, environ 20% des personnes atteintes de stéatose développent un stade pathologique, la stéatohépatite, caractérisée par la mort cellulaire des hépatocytes associée à une inflammation du foie. Récemment, l’exposition aux perturbateurs endocriniens (PE), auxquels l'homme est continuellement exposé, a été décrite pour avoir un impact sur ces maladies. Dans ce contexte, le but de cette thèse a été de développer deux tests biologiques, basés sur la microscopie à fluorescence et utilisant le modèle in vivo de la larve de poisson-zèbre, permettant d’estimer l'impact des PE sur le développement (1er test, “Steatosis Assay on Zebrafish” – StAZ) et la progression des NAFLD (2ème test, “Steatohepatitis Assay on Zebrafish” – ShAZ). Le StAZ, nous a permis d’identifier le DDE, comme puissant stéatogène. D’un point de vue mécanistique, il a été mis en évidence que l’induction de la désaturase scd1 par le DDE était en partie responsable de la stéatose et d’un remodelage membranaire (fluidification des membranes hépatiques). Le ShAZ vise à identifier les PE capables de favoriser l'évolution vers la stéatohépatite en mesurant des marqueurs caractéristiques de cette pathologie par microscopie (i.e. mort cellulaire, stress oxydant et inflammation). Au total, ces études devraient permettre d'identifier les PE impliqués dans l’initiation et la progression pathologique des NAFLD, ainsi que de mieux comprendre leurs modes d'action, et ce, afin de permettre une meilleure réglementation des PE.

Depuis plusieurs années, le développement d’absorbeurs biphotoniques performants suscite un fort intérêt dans le domaine du stockage optique des données, de la limitation optique, la nanofabrication ou encore de la bioimagerie. Les structures octupolaires, telles que les isocyanurates ou les triazines sont connues pour avoir un fort potentiel comme absorbeurs à deux photons, et nous souhaitons, dans ce travail, évoluer vers des composés bio-compatibles. La première partie de cette thèse a été consacrée à la synthèse et la caractérisation de quatre octupoles organiques hydrosolubles pour des applications en tant que sondes fluorescentes pour l’imagerie à deux photons. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au design de dérivés isocyanurates décorés par des aclynes terminaux, fonctionnalisables en une étape avec une multitude de dérivés azotures hydrosolubles et/ou de ciblage cellulaire. Une partie de ce travail s’est orientée vers la synthèse de composés organoplatineux, connus pour décupler les propriétés optiques non-linéaires d’un chromophore et pouvant le conduire à la génération d’oxygène singulet cytotoxique. Ainsi nous avons choisi de travailler avec des complexes d’acétylures de platine multipolaires hydrosolubles pour la thérapie photodynamique à deux photons ou la théranostique. La dernière partie de cette thèse s’est portée sur la mesure Z-scan de sections efficaces d’absorption à deux photons et trois photons, de trois séries de composés organiques et organométalliques, précédemment synthétisées par le groupe.