Cette thèse vise à développer un système intégré et autonome en utilisant la technologie piézoélectrique soit pour l’actionnement ou pour la récupération d’énergie. Nous avons testé cette configuration sur un Lab on Chip (LOC) destiné à des applications médicales et environnementales. Ce LOC est utilisé pour la surveillance des polluants et des toxines dans des échantillons d'eau ou d'air. Pour assurer son bon fonctionnement, le LOC doit intégrer trois éléments essentiels : un système de fluidique, un système de détection et un système d'alimentation. La combinaison de ces trois composantes primordiales permet d'obtenir un dispositif autonome et totalement intégré. Dans le cadre de ce travail de recherche, deux systèmes sont mis en place : le système fluidique et le système d'alimentation. Au sein du premier système, une micro pompe à une membrane piézoélectrique a été étudiée à travers des analyses théoriques et des simulations sur COMSOL Multiphysics, confirmant la capacité du design choisi à pomper des débits importants de deux types de fluides, notamment les gaz et les liquides. Les résultats obtenus de cette étude ont montré que la micro pompe capable de fonctionner à des tensions faibles tout en manipulant des débits importants, pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de microlitres. Cette capacité permet de répondre aux exigences en matière de quantité de fluide nécessaire à la circulation dans la zone de détection du système de laboratoire sur puce. Une puissance énergétique de l’ordre milliwatt a été calculé pour le bon fonctionnement de la micro pompe et ses modules électroniques. Pour répondre aux exigences énergétiques du système, un micro générateur piézoélectrique a également été développé. Ce dispositif convertit l'énergie biomécanique générée par la flexion du genou en énergie électrique, à travers une poutre piézoélectrique fixée à la face arrière du genou. Pendant la marche, la flexion du genou se transforme en énergie électrique, laquelle est ensuite mise en forme par un circuit redresseur de type AC-DC, rendant cette puissance exploitable par les composants électroniques du système. Les résultats obtenus de cette conversion indiquent que les niveaux de puissance générés augmentent avec l'intensité de la flexion du genou, atteignant des valeurs de dizaines de milliwatts qui se situent dans la plage nécessaire pour garantir un fonctionnement continu et en temps réel de système fluidique. Cette approche contribue à la réalisation d'un système intégré et autonome, optimisé tant sur le plan énergétique que fonctionnel.

Cette thèse porte sur la synthèse automatique de processeurs à jeu d'instructions en utilisant la synthèse de haut niveau (HLS). En particulier, nous visons à générer automatiquement des cœurs de processeurs pipelinés in-order à partir d'une description de haut niveau en C sous la forme d'un simulateur de jeu d'instructions (ISS). Au cours de notre travail, nous avons développé un flot de conception matérielle entièrement automatisé qui permet de compiler une description algorithmique en circuit spéculatif, SpecHLS. Nous proposons un ensemble de transformations de code basées sur le pipeline spéculatif de boucles, afin de révéler des opportunités de spéculation sur le flot de contrôle et la mémoire dans du code C, et nous générons du code spéculatif synthétisable à l'aide d'une chaîne d'outils de HLS commerciale. SpecHLS est capable de gérer plusieurs spéculations entremêlées, des spéculations indépendantes dans des modules matériels découplés, ainsi que la spéculation mémoire. Notre travail aboutit à un flot de conception capable de générer plusieurs instances de processeurs RISC-V in-order à partir d'un ISS. Nous montrons que nous pouvons explorer efficacement un espace de conception avec des centaines de milliers de configurations matérielles spéculatives possibles en quelques minutes, et générer des processeurs compétitifs avec des cœurs de processeurs embarqués.

La communauté scientifique se doit de maximiser la valeur des données des essais cliniques en les partageant pour générer de nouvelles connaissances. Celles-ci pouvant potentiellement améliorer la santé des populations, le partage peut être considéré comme un impératif éthique et scientifique. Devant cette promesse, les différentes parties prenantes des recherches telles que les patient·es, les financeurs, les chercheur·ses, les décideurs publics, les institutions, les industriels et les éditeurs s’accordent globalement pour encourager le partage. Toutefois, la communauté scientifique est contrainte d’évoluer dans un cadre « aussi ouvert que possible, aussi fermé que nécessaire » à la limite de l’injonction contradictoire. D’un côté, elle est encouragée voire obligée de partager, d’un autre, le partage lui est complexe à mettre en oeuvre dans le contexte juridique actuel. Il est donc nécessaire d’évaluer l’impact réel du partage et de proposer des recommandations permettant de le rendre faisable. Dans ce manuscrit, nous explorons les principes d’intégrité scientifique qui régissent un partage responsable des données de la recherche clinique. Nous présentons également les recommandations que nous avons élaborées, avec les différentes parties prenantes, permettant de rendre possible le partage des données individuelles issues de recherches cliniques dans le contexte juridique français. D’un point de vue quantitatif, nous rapportons les résultats de notre analyse rétrospective de la politique de partage de la revue Annals of Internal Medicine – pionnière sur cet aspect – sur une durée de 10 ans entre 2007 et 2017. Bien que nous n’ayons pas réussi à démontrer l’impact du partage des données, cette étude permet d’informer les journaux biomédicaux à propos des politiques de partages et ouvre des perspectives dans le contexte actuel, à l’heure où les pratiques de partage sont probablement plus fréquentes. Arriver à un partage efficace, maximisant réellement la valeur des données issues de la recherche clinique reste un objectif difficile à atteindre. L’élaboration de recommandations prenant en compte le contexte juridique local a été une tâche longue et difficile. Par ailleurs, au vu de la complexité de la mise en oeuvre d’un partage responsable dans ce contexte, nous pensons qu’une adaptation du cadre juridique est indispensable. Cela inclurait non seulement la simplification des formalités permettant de traiter des données, mais également une intensification des contrôles et des peines appliquées en cas d’usages illicites de données, comme les tentatives de réidentification des personnes à leur insu.

Les hépatopathies diffuses représentent un problème de santé mondial majeur, avec des complications importantes, une morbidité et une mortalité élevées. Cette thèse se concentre sur la stéatose, la surcharge en fer hépatique et la fibrose hépatique. Pour ces pathologies, la quantification précise de la graisse hépatique, du fer et de la fibrose est cruciale pour le diagnostic, l'évaluation pronostique, la gestion du traitement et le suivi. Compte tenu des limites de la biopsie hépatique, des biomarqueurs non invasifs basés sur l'IRM tels que PDFF, R2* et la rigidité ont été rapidement développés. La thèse est structurée en trois chapitres, correspondant à la quantification de la graisse, du fer et de la fibrose hépatiques. Chaque chapitre inclut une étude associée. L’annexe présente le logiciel gratuit MRQuantif, qui permet la quantification de la graisse et du fer. Dans l'ensemble, l'IRM quantitative pour la mesure de la graisse, du fer et de la fibrose hépatiques a été largement validée pour son caractère non invasif, sa précision et sa reproductibilité.

Ce travail de thèse se consacre à la synthèse et à l’étude de composés organiques et organométalliques capable de former des polymères supramoléculaires par l’emploie d’interactions faibles. Après une étude bibliographique non exhaustive introduisant à la chimie supramoléculaire, à l’application des matériaux supramoléculaires dans l’électronique organique et plus particulièrement le transport de charge ; les méthodes de caractérisations de ces autoassemblages en solution et à l’état solide ont été introduites. La stratégie d’approche dans un premier temps a été de développer des structures dérivées de TBA et TUA capables de s’auto-assembler et qui fournissent une possibilité à la fonctionnalisation. En y apportant des modifications structurales nous pouvons contrôler les propriétés de l’auto-assemblage. Elles ont montré la capacité de former des gels supramoléculaires à travers un réseaux en 3D de polymères supramoléculaires et de former des auto-assemblages aussi à l’état solide. Ces capacités d’auto-assemblage ont été exploité par dans la seconde partie, en réalisant des acétylures de ruthénium en employant les dérivés de TBA et TUA comme ligands acétylures. Cela a permis à la formation de métallopolymères supramoléculaire et métallomésogènes dans certain cas. La troisième partie de ce travail se consacre au développement d’une famille de composé auto-assemblabe ayant comme centre un groupement accepteur d’électrons : la s-tétrazine. Grâce à ce groupement, il a été possible d’exploiter une interaction faible supplémentaire : les interactions donneur-accepteur dans la formation d’auto-assemblage en solution.

Staphylococcus aureus est une bactérie commensale et pathogène responsable d’un large spectre d’infections. Pour permettre une adaptation rapide et efficace aux signaux environnementaux, S. aureus possède un réseau de régulation précis et complexe. Dans ce réseau, les ARN régulateurs (ARNreg) apparaissent comme des modulateurs post-transcriptionnels importants. Les ARNreg sont généralement définis comme des ARN non codants, petits, stables, avec des fonctions de régulation sur leurs cibles. À ce jour, environ 200 ARNreg ont été identifiés chez S. aureus. Dans ce travail, nous avons étudié l’un d’eux : Srn_9342. Cet ARNreg est transcrit sous deux formes – une courte (Srn_9342S) et une longue (Srn_9342L) – partageant la même extrémité 5’ et dont l’annotation chevauche avec la séquence codante située en amont. Il s’agissait ainsi de caractériser l’expression du gène srn_9342, d’identifier ces cibles et de définir sa fonction biologique. Un profil d'expression spécifique a été observé, avec une permutation de Srn_9342S vers Srn_9342L en fonction de la densité cellulaire. La découverte d’un promoteur spécifique pour srn_9342 a révélé qu’il s’agit du premier cas d’ARNreg dérivé d’une région 3’ UTR d’ARNm de type I identifié chez S. aureus. De plus, nous avons montré que l’expression de Srn_9342L est dépendante de SigB L’identification de ces cibles ARN par MAPS, a identifié l’ARNm hemQ, codant une coproporphyrine décarboxylase impliquée dans la biosynthèse de l'hème, et l’ARNIII, un ARNreg central de la virulence, comme cibles directes de Srn_9342. Enfin, les rôles de cet ARNreg dans la régulation de la biosynthèse de l'hème, la formation du phénotype SCV et la virulence ont été démontrés.

Cette dissertation introduit et formalise la notion de structures comme moyen mathématique de capturer diverses propriétés dans plusieurs domaines scientifiques. Nous définissons les représentations structurelles comme des arbres ou des graphes acycliques dirigés (DAG) de structures, où la sémantique globale est la composition des structures individuelles, permettant un raisonnement inductif et modulaire. Nous formaliserons les notions de représentations inductives et de représentations canoniquement inductives. Nous étudions les conditions nécessaires et suffisantes pour que les représentations structurelles soient canoniques, en introduisant le concept de « confluence structurelle », non formalisée auparavant, et en proposant plusieurs approximations. Nous appliquons notre théorie aux fonctions Booléennes, montrant qu'elle unifie la plupart des variantes de diagrammes de décision binaire tout en suggérant une manière systématique d'en concevoir de nouvelles. Enfin, nous discutons brièvement de leur mise en œuvre et des résultats expérimentaux encourageants, qui soutiennent notre affirmation selon laquelle les représentations basées sur la structure sont conçues pour une utilisation pratique.

Les modèles d'apprentissage profond basés sur les CNNs offrent des performances de pointe dans les tâches de traitement d'images et de vidéos, en particulier pour l'amélioration ou la classification d'images. Cependant, ces modèles sont lourds en calcul et en empreinte mémoire, ce qui les rend inadaptés aux contraintes de temps réel sur des FPGA embarqués. Il est donc essentiel de compresser ces CNNs et de concevoir des architectures d'accélérateurs pour l'inférence qui intègrent la compression dans une approche de co-conception matérielle et logicielle. Bien que des optimisations logicielles telles que l'élagage aient été proposées, elles manquent souvent de structure nécessaire à une intégration efficace de l'accélérateur. Pour répondre à ces limitations, cette thèse se concentre sur l'accélération des CNNs sur FPGA tout en respectant les contraintes de temps réel sur les systèmes embarqués. Cet objectif est atteint grâce à plusieurs contributions clés. Tout d'abord, elle introduit l'élagage des motifs, qui impose une structure à la sparsité du réseau, permettant une accélération matérielle efficace avec une perte de précision minimale due à la compression. Deuxièmement, un accélérateur pour l'inférence de CNN est présenté, qui adapte son architecture en fonction des critères de performance d'entrée, des spécifications FPGA et de l'architecture du modèle CNN cible. Une méthode efficace d'intégration de l'élagage des motifs dans l'accélérateur et un flux complet pour l'accélération de CNN sont proposés. Enfin, des améliorations de la compression du réseau sont explorées grâce à la quantification de Shift\&Add, qui modifie les méthodes de multiplication sur FPGA tout en maintenant la précision du réseau de base.

Cette thèse explore l’utilisation des métasurfaces programmables (MP) dans le cadre de deux applications de communications sans fil. Dans la première partie, nous concevons et fabriquons un prototype de métasurface programmable massive, utilisé pour ajuster le facteur K des canaux de Rice dans une chambre réverbérante afin d’émuler des environnements de test réalistes. Nous mettons en évidence les limites des MP pour réduire la quantité d’énergie non brassée, essentielle à l’émulation des évanouissements de type Rayleigh, un aspect clé des tests de compatibilité électromagnétique (CEM). La seconde partie de la thèse se concentre sur l’analyse des origines de cette énergie non brassée et propose des solutions pour l’éliminer. Enfin, la dernière partie porte sur une application de communication par rétrodiffusion assistée par MP, où, cette dernière sert à encoder l’information numérique. Nous démontrons l’importance de la diffusion dans l’environnement pour améliorer la focalisation à une échelle sub-longueur d’onde et réduire le taux d’erreur binaire (BER).

Depuis 2018, la technologie blockchain a vu émerger de nombreuses applications, allant de la crypto-monnaie aux systèmes de santé. La plupart des blockchains existantes adoptent un modèle de réplication complète. D'un point de vue juridique, la nature entièrement répliquée des blockchains signifie que les données personnelles sont susceptibles d'être stockées sur des nœuds répartis dans différents pays. D'un point de vue technique, la réplication complète offre une bonne tolérance aux pannes, mais au détriment de la mise à l'échelle. Il est nécessaire de développer des solutions qui peuvent garantir la tolérance aux pannes avec des niveaux de réplication plus raisonnables, tout en protégeant la vie privée et en évitant les conflits avec les réglementations. Pour répondre à ces problèmes, nous proposons deux systèmes. Le premier est basé sur le partitionnement horizontal (sharding) de la blockchain afin de mieux répartir les coûts de stockage et de traitement des données entre des sous-ensembles de pairs. Le second ne repose pas sur le consensus. Il peut donc effectuer des transactions indépendantes simultanément. Cette solution introduit également un ensemble de primitives cryptographiques dont la combinaison permet d'anonymiser les échanges de données des utilisateurs et de vérifier leur légitimité, sans révéler ni stocker de données sensibles.