Cette thèse vise à développer des lois de commande basées vision pour un satellite d'observation en basse orbite capable de s'orienter sur ses trois degrés de liberté. En effet, les satellites d'observation de la Terre doivent pointer précisément leur capteur vers la surface de la Terre, et les méthodes de commande traditionnelles font face à des problèmes en raison de la vitesse orbitale du satellite et des perturbations externes devenant fortes en orbite terrestre basse. Un guidage en temps réel de l'attitude d'un satellite à partir des informations d'un capteur de vision peut offrir davantage de fonctionnalités pour améliorer la robustesse, la précision et la flexibilité du pointage, et permettre des missions plus complexes, telles que le suivi d'un objet en mouvement, ce qui restait jusqu'à présent un problème ouvert. L'asservissement visuel est une approche prometteuse dans ce contexte. Elle a en effet déjà prouvé son efficacité pour effectuer des tâches robotiques (déplacement, manipulation, observation,..), avec de récentes applications à la robotique spatiale. En formulant la mission d'un satellite comme une tâche d'asservissement visuel, il devient possible d'appliquer ces techniques pour contrôler précisément son orientation. Cette thèse propose des lois d'asservissement visuel pour résoudre les problèmes liés aux mouvements rapides du satellite, à ses contraintes mécaniques, à la poursuite de cibles mobiles, et à la qualité de l'image, en atténuant spécifiquement le flou de mouvement lors d'une acquisition.

La manipulation d'objets rigides a depuis longtemps alimenté l'automatisation, tandis que l'adaptation aux matériaux souples reste un problème ouvert. Cette étude se concentre sur la commande de la forme d'objets déformables en utilisant le modèle masse-ressort (MSM) pour développer des relations analytiques entre les déplacements des points de l'objet et le mouvement des points manipulés. Nous dérivons une loi de commande basée sur cette relation pour positionner avec précision en temps réel plusieurs points de l'objet dans différentes expériences mettant en œuvre divers objets souples, deux manipulateurs robotiques et une caméra RGB-D. Nous proposons en outre deux méthodes de déformation de la forme des objets souples, en utilisant des vecteurs de caractéristiques de faible dimension, en exploitant les descripteurs de Fourier ou les moments 3D, pour paramétrer la surface de l'objet. Diverses expériences confirment l'efficacité de ces paramétrisations dans la commande de la forme. Nous détaillons également la création du modèle, l'estimation de ses paramètres et le suivi des objets déformables, comblant ainsi l'écart entre les déformations du modèle et celles du monde réel.

Les verres de chalcogénure jouent un rôle central en optique infrarouge et leur importance industrielle ne fait que croître en raison de leurs propriétés optiques uniques dans l’infrarouge et de leur capacité à être mis en forme pour fabriquer de nombreux systèmes opérationnels, notamment des fibres optiques. Ainsi, les verres de chalcogénure servent déjà à fabriquer des capteurs en spectroscopie infrarouge, par exemple pour le diagnostic médical, des systèmes de thermométrie optique, ou encore systèmes à base de matériaux à changement de phase. Dans ce travail de thèse, de nouvelles fibres optiques basées sur la composition (Ge21Te79)85-AgI15 ont été développées strictement à base de tellure. Elles ont été caractérisées et utilisées en tant que capteur pour mettre en œuvre des mesures par spectroscopie par ondes évanescentes sur un modèle d'urine de patient affecté par la maladie de Fabry. De plus des fibres optiques double-indice de composition (Ge21Te79-xSex)85-AgI15 (x = 0, 3, 5 et 8) ont été conçues par « rotational casting ». Les tests de propagation optique ont montré que la lumière est bien transmise en leur cœur, loin dans l’infrarouge. De plus la fibre au plus fort contraste d’indice (x=8) permet de filtrer 2 modes de propagation, nous approchant d’une transmission monomode. Par ailleurs, des verres dits « équichalcogénure », riches en Sb, de composition Ge15Sb40S15Se15Te15 ont été synthétisés pour étudier leurs propriétés de changement de phase. Des films minces de ces verres déposés par évaporation thermique ont montré des propriétés de changement de phase exceptionnelles. L'étude de résistivité montre trois points de commutation autour de ~140 ℃, ~ 200 ℃ et 300 ℃. Ces propriétés pourront être exploitées dans des systèmes intégrées photoniques/électroniques entièrement à base de chalcogène et pour des applications de mémoire numérique non volatile.

L'estimation du temps d'exécution des programmes est une tâche clé mais difficile, rendue encore plus complexe par la croissance de la complexité et l'insuffisance de la documentation des architectures de processeurs modernes. Bien que les méthodes traditionnelles comme les simulateurs précis au cycle soient exactes, elles sont également longues et nécessitent une compréhension approfondie de l'architecture du processeur. Pour aborder ces limitations, une nouvelle approche basée sur les données et utilisant des techniques d'apprentissage automatique a été développée. Cependant, bien que les modèles d'apprentissage automatique existants offrent des estimations rapides, ils sont principalement adaptés à des architectures simples avec des temps d'instruction constants. Ce document vise à développer de nouvelles méthodes d'apprentissage automatique pour des processeurs complexes et non documentés en introduisant la prise en compte du contexte dans les modèles de timing basés sur l'apprentissage automatique. Une approche novatrice traitant les séquences d'instructions comme un langage naturel et emploie des algorithmes d'apprentissage automatique avancés tels que les réseaux Long Short-Term Memory et les Transformers. Ceci permet au modèle de prendre en compte des caractéristiques complexes telles que les effets de cache et de pipeline, améliorant la précision pour les temps d'exécution moyens et pires cas.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte des expériences d'astrophysique de laboratoire menées à l'Institut de Physique de Rennes, qui tentent de reproduire les conditions de basses températures (~10-50 K) du milieu interstellaire, afin de réaliser des mesures de cinétique réactionnelle avec des molécules d'intérêt pour l'astrochimie. L'objectif de cette thèse est le développement d'un spectromètre d'absorption infrarouge résolu en temps, pour sonder les écoulements supersoniques uniformes utilisés pour refroidir les molécules en phase gazeuse. Le spectromètre est basé sur un peigne de fréquences optiques, qui présente des dizaines de milliers de modes laser équidistants dans le domaine des fréquences, fournissant une large couverture spectrale, une haute résolution et une haute sensibilité, et permettant ainsi de détecter plusieurs espèces moléculaires simultanément. Pour augmenter encore la sensibilité de détection, le peigne de fréquences est couplé à une cavité optique. La détection à large bande de la lumière laser est réalisée avec un spectromètre à transformée de Fourier, qui peut opérer de manière résolue en temps, et est appliqué à une nouvelle approche de la spectroscopie de temps de déclin de cavité large bande avec un peigne de fréquences. La première démonstration d'un jet supersonique continu sondé par spectroscopie à transformée de Fourier basée sur un peigne de fréquences couplé à une cavité optique est également présentée.

Les images satellitaires ont une grande résolution aujourd'hui grâce à des capteurs performants. Cela se traduit par une utilisation importante de ces images pour tout type d'application. Cet accroissement du volume de données à transmettre jusqu'à la Terre nécessite des méthodes de compression efficaces devant tenir compte des contraintes matérielles existant dans les systèmes embarqués. Nous répondons à ces problématiques par l'emploi de réseaux de neurones profonds. Nous développons d'abord un autoencodeur adapté au point de fonctionnement voulu et aux particularités des images satellitaires. Nous l'améliorons avec l'ajout d'une fonction de coût perceptuel afin d'extraire les détails hautes fréquences de ces images à forte entropie. Dans un deuxième temps, nous incluons d'autres traitements que la compression à notre réseau pour diminuer la complexité. En effet, les images brutes en sortie de capteurs sont des matrices de filtres colorés exigeant un dématriçage pour obtenir une image RVB. Ces images sont par ailleurs bruitées lors de l'acquisition, ce qui complique la tâche de compression. Nous présentons alors un réseau pour traiter conjointement ces opérations lors de la phase de reconstruction tout en codant des images brutes. Nous améliorons notre réseau avec une branche de guidage lors de l'entraînement pour forcer une reconstruction intermédiaire proche lors du décodage. Notre méthode obtient de meilleurs compromis débits-distorsions que les standards satellitaires actuels tout en réduisant la complexité totale de l'ensemble du processus.

La restauration d'images représente un défi important lorsque les valeurs des paramètres de régularisation, la PSF et d'autres connaissances a priori ne sont pas disponibles. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode de restauration facilement applicable en éliminant la nécessité d'informations préalables et d'un réglage empirique des paramètres. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé une méthode adaptative de restauration d'images aveugle qui fonctionne sans nécessiter d'informations a priori. Cette méthode peut être appliquée pour restaurer des images monochromes, multispectrales et hyperspectrales, tout en optimisant les résultats de traitement sans nécessiter de réglage empirique des paramètres de régularisation. La supériorité de notre méthode de restauration aveugle adaptative est démontrée grâce à des évaluations sur diverses bases de données d'images, surpassant onze méthodes non-neuronales et neuronales supervisées/ semi-supervisées de l'état de l'art. En conclusion, la méthode proposée peut être facilement appliquée pour restaurer des images dégradées en raison de sa nature aveugle.

Le but de ce travail de recherche était de développer une nouvelle génération de capteurs moléculaires, à l’échelle micrométrique, pour la détection, par luminescence, d’éléments-traces métalliques, également appelés métaux lourds. Nous nous sommes orientés vers la conception de structures moléculaires polyfonctionnelles greffables sur des surfaces polymères, par voie photochimique. Ces structures moléculaires sont divisibles en trois fragments : une partie photocliquable permettant de greffer le système sur la surface, un récepteur pouvant interagir avec les analytes, et un transducteur luminescent servant à traduire ces interactions. La conception des surfaces a été réalisée par photopolymérisation à deux photons. Cette méthode autorise une précision de polymérisation de l’ordre du micromètre amenant ainsi à la miniaturisation des nos systèmes. Le développement d’une méthode de greffage « photo-click » activée, au moyen de dérivés binaphtyles de tétrazoles, nous a permis de réaliser la fonctionnalisation des surfaces. Ces tétrazoles ont été conçus au titre d’absorbeurs mono- et bi-photoniques. Cette méthode permet d’atteindre un contrôle spatial précis du greffage des sondes, un objectif étant l’obtention d’une surface dite « multiplexée » visant à la détection luminescente simultanée de plusieurs analytes. La détection luminescente des analytes a été conçue sur la base de transferts d’électron photoinduits (PET) : en l’absence d’analyte, l’émission de luminescence est éteinte, par un transfert d’électron du récepteur au transducteur. La fluorescence est retrouvée lorsqu’un analyte spécifique interagit avec le récepteur, ce qui permet de révéler sa présence. Le modèle moléculaire (tétrazole-BODIPY-récepteur) développé au cours de cette thèse permet de réunir ces trois propriétés : greffage par photo-activation contrôlée, interaction récepteur-analyte, détection par luminescence. Leurs utilisations à l’interface solide-liquide, permettent d’envisager le développement de surfaces multiplexées de taille micrométrique pour la détection d’éléments-traces métalliques, intégrables dans des dispositifs miniaturisés.

L’encodage vidéo avec le dernier codec Versatile Video Coding (VVC) requiert d’importantes ressources de calcul. Malgré son impact sur le temps d’encodage global, peu d’études portent sur l’accélération de l’encodage inter. Cette thèse se concentre ainsi sur ce sujet, en proposant des approches de partitionnement rapide. Notre première contribution consiste à utiliser un CNN léger pour réduire l’espace de recherche de partitionnement. En estimant la carte de profondeur des décisions de partitionnement QT, ce CNN nous permet d’élaguer l’espace de recherche de l’arbre MT initial. Les expériences montrent que ce travail peut réduire d’un tiers la complexité, pour une perte légère en efficacité de codage. Dans la deuxième partie, nous améliorons la première contribution en proposant une nouvelle structure CNN associé à un algorithme d’accélération. La carte de profondeur QT et les décisions MT sont prédites simultanément, réduisant davantage l’espace de recherche. Le compromis efficacité et accélération d’encodage obtenu surpasse l’état de l’art. Dans la dernière partie, nous proposons une méthode de partitionnement rapide multi-débit pour les scénarios de streaming. Les données collectées à partir d’encodages à bas débits sont exploités pour accélérer les encodages à débits supérieurs. 40% de la complexité est réduite en appliquant notre approche à l’encodeur VVenc, avec une perte raisonnable.

Les protéines kinases Pim jouent un rôle crucial dans de nombreux processus liés au développement de cancers. Une partie de cette étude s’est concentrée sur la synthèse de nouveaux inhibiteurs hélicoïdaux hautement fluorescents ciblant les kinases Pim, basés sur un squelette thioxanthone. Les caractéristiques physico-chimiques de ces composés permettent d’envisager leur utilisation en tant que sondes moléculaires. En outre, des analogues de céramidonine et de dicéramidonine ont été synthétisés, et il est important de noter que ces composés ont présenté des rendements quantiques de fluorescence exceptionnellement élevés. Ils ont également fait l’objet d’une analyse électrochimique, de même que des 1,8- di(arylamino)anthraquinones apparentées. Enfin, une réalisation significative de cette étude réside dans la synthèse d’un hétéro[4]hélicène original, ne racémisant pas à température ambiante. Non seulement ce composé présente des propriétés de fluorescence intéressantes mais également une affinité prometteuse envers les kinases Pim.