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 porte sur l’intensification des transferts thermiques au moyen de nanofluides à base de structures carbonées, en associant une caractérisation expérimentale rigoureuse et une modélisation numérique avancée sous COMSOL Multiphysics. Deux formulations industrielles un nanofluide au graphène et un nanofluides hybride graphène–Fe₃O₄ ont été étudiées. Leurs propriétés thermophysiques et électriques ont été mesurées en fonction de la concentration massique (0,005–0,2 %) et de la température (283,15–313,15 K), puis comparées à des modèles théoriques et complétées par des corrélations empiriques. La première étude numérique analyse la convection naturelle magnétohydrodynamique dans une cavité tridimensionnelle en utilisant un nanofluide à base de nanotubes de carbone (CNT), afin de comprendre les mécanismes fondamentaux du transfert thermique. Les simulations montrent que l’ajout de nanoparticules renforce les échanges thermiques, tandis que le champ magnétique permet un contrôle actif des mouvements convectifs. La seconde étude porte sur la convection mixte dans un micro-échangeur à contre-courant utilisant les nanofluides caractérisés. Elle évalue l’impact des paramètres électromagnétiques, des vitesses d’entrée et des propriétés spécifiques des nanofluides sur les performances thermiques globales. Les simulations identifient des zones de performance optimale dépendant de la configuration de l’écoulement, de la nature du nanofluide et des conditions opératoires.

La manipulation robotique d'objets déformables demeure un défi majeur, car leurs déformations continues et dépendantes de la configuration échappent aux méthodes de contrôle classiques conçues pour les objets rigides. Cette thèse aborde l'asservissement de forme d'objets souples à travers deux approches. Dans un premier temps, nous établissons la relation analytique entre les déplacements de points caractéristiques de l'objet déformable et les mouvements du manipulateur à l'aide d'un modèle par éléments finis (FEM) dynamique et simplifié. Ces relations permettent de concevoir une loi de commande assurant le positionnement précis en temps réel de plusieurs points de l'objet. Des expériences menées avec un manipulateur robotique et une caméra RGB-D démontrent la faisabilité et la robustesse de cette stratégie de positionnement indirect. Dans un second temps, nous proposons une nouvelle loi de commande pour le contrôle de la forme de l'objet qui combine un à modèle éléments finis dynamique avec des représentations latentes de faible dimension de la forme de l'objet, obtenues par Analyse en Composantes Principales (ACP), autoencodeurs ou laplacien. Cette paramétrisation de faible dimension permet de dériver des algorithmes d'asservissement en boucle fermée, robustifiés par un retour visuel en temps réel. Enfin, la thèse présente également le suivi d’objets déformables, comblant l'écart entre modélisation numérique et déformations observées dans le monde réel.

Le Cuivre-Zinc-Étain-Sulfure (CZTS) de structure kestérite s’impose comme un matériau prometteur, abondant et respectueux de l’environnement pour les cellules solaires à couches minces. Cependant, son développement reste limité par un important déficit de tension en circuit ouvert (VOC), résultant de l’interaction complexe entre les défauts de volume, la recombinaison interfaciale et les contraintes architecturales de l’appareil. Cette thèse propose une stratégie d’ingénierie pour surmonter ces défis. Plus précisément, le dopage au germanium (Ge) est utilisé pour passiver les défauts cationiques du volume ; un traitement thermique en atmosphère riche en oxygène est appliqué afin de réduire les pièges liés aux anions à l’interface ; et une couche tampon sans cadmium en nitrure de zinc-étain (ZnSnN₂) est développée pour optimiser l’alignement des bandes et assurer une architecture plus écologique. Ces approches ont conduit à des avancées notables, atteignant des rendements de conversion de puissance de 12,25 %, 11,51 % (certifié) et 10,0 % pour les cellules CZTS pur sulfure. Dans l’ensemble, ce travail démontre qu’une approche intégrée combinant l’ingénierie du volume, de l’interface et de l’appareil est essentielle pour surmonter les verrous intrinsèques de la technologie CZTS et favoriser son développement vers des applications solaires efficaces, durables et commercialement viables.

Les multiprocesseurs sur puce reposent sur les réseaux sur puce (NoCs) pour assurer des communications efficaces entre cœurs. L’augmentation du trafic accroît toutefois la latence et la consommation de bande passante, motivant l’adoption de techniques comme la compression delta et les communications approximatives. Bien qu’elles améliorent performances et efficacité énergétique, ces techniques exposent les NoCs à de nouvelles vulnérabilités face aux attaques de type Trojan matériel, pouvant dégrader la qualité des applications et les performances. Nous analysons ces menaces et proposons des solutions adaptées pour y remédier. Pour la compression delta, nous proposons SED2C, qui intègre statiquement des codes de détection et de correction d'erreurs pour protéger des bases de taille fixe, et DyED2C, qui ajuste dynamiquement la protection pour des bases de taille variable. Les résultats expérimentaux montrent une amélioration significative de la qualité des applications avec un faible surcoût matériel. Pour les communications approximatives, nous proposons DyEKF, basé sur un filtre de Kalman étendu (EKF), permettant un compromis entre fiabilité, performances et qualité des applications. Les évaluations montrent une réduction significative du taux de retransmission par rapport à l’état de l’art, tout en maintenant une qualité équivalente et un coût matériel modéré.

Les capteurs à fibre optique de mesure répartie de déformation constituent une technologie prometteuse pour le suivi de santé structurale. Cependant, les mesures peuvent être lissées par rapport aux déformations réelles en raison d’un effet de transfert mécanique entre le capteur et la structure. À partir d’un modèle unidimensionnel issu de la mécanique des milieux continus, cette thèse vise à comprendre ces limites et à estimer les déformations réelles à partir des mesures, dans le cadre d’un problème inverse. Une nouvelle méthode, Double First-Order Decomposition (Dfod), a été développée pour résoudre efficacement le problème direct, offrant une précision quasi analytique et une rapidité de calcul remarquable. Une méthode inverse quadratique, fondée sur Dfod, permet ensuite de reconstruire le champ de déformation réel avec stabilité et robustesse face au bruit expérimental. Des essais sur des barres d’acier instrumentées avec différents câbles optiques ont validé le modèle et permis de caractériser le transfert mécanique à l’aide d’un paramètre global lié aux propriétés et conditions d’installation de chaque câble. Ces travaux ont également révélé les limites des câbles à gaine métallique, dont le paramètre de transfert varie avec la charge appliquée. Ce travail propose un cadre cohérent et validé expérimentalement, ouvrant la voie au développement de systèmes DFOS intelligents et intégrés pour le suivi en temps réel des infrastructures.

Le domaine de la compression audio, au cœur des applications de transmission et de stockage de la parole, musique et audio général, est bouleversé depuis quelques années par l'utilisation des réseaux de neurones artificiels. La nouvelle génération de codecs qui en découle, les codecs audio neuronaux, démontre des performances très prometteuses, en particulier par leur capacité à compresser à très bas débit. Dans cette thèse nous nous intéressons au potentiel des codecs audio neuronaux selon deux angles principaux. Le premier concerne la qualité audio permise par ces codecs et les moyens de la mesurer. Nous proposons des caractérisations étendues de la qualité des codecs neuronaux sur la parole ainsi que la musique et le contenu mixte parole/musique. Ces résultats issus de tests subjectifs sont également employés pour évaluer l'estimation de qualité proposée par les outils de mesure automatique que sont les métriques objectives. Le second axe de travail est dédié à l'analyse et la quantification de l'espace latent des codecs audio neuronaux. Une étude de l'espace latent appris par un codec neuronal nous permet d'optimiser l'étage de quantification du codec. Enfin, nous explorons l'utilisation de la quantification vectorielle sphérique par réseau de points dans le cadre du codage audio neuronal et montrons qu'il s'agit d'une alternative avantageuse d'un point de vue apprentissage, complexité calculatoire et stockage mémoire.

Cette thèse porte sur le développement d’une méthode de caractérisation mécanique des matériaux métalliques à partir d’une courbe d’indentation reliant force et enfoncement d’un indenteur quasi sphérique. Une première étude expérimentale a permis d’établir le protocole d’essai le plus adapté aux matériaux industriels. Les simulations avec un indenteur sphérique rigide a ensuite permis de constituer une base de données numérique limitée mais rapide à générer. Une méthode originale de transformation des courbes a été développée pour passer d’un indenteur rigide à un indenteur déformable non sphérique. Validée numériquement, elle permet de constituer rapidement une base d’indentation pour un indenteur monobloc déformable de rayon proche de 0,5 mm, utilisé ensuite pour la caractérisation. La méthode de caractérisation proposée combine analyse inverse via un algorithme simplexe et exploitation de cette base numérique. Pour renforcer la robustesse face au bruit expérimental, des déformations représentatives sont extraites : calculées à différents niveaux d’enfoncement à partir de la matrice hessienne des résidus, les contraintes associées sont déduites de la loi de Hollomon, générant plusieurs points représentatifs. Par ailleurs, diverses stratégies de recalage entre courbes expérimentales et numériques permettent d’accroître le nombre de points sur la loi d’écrouissage. Enfin, une validation numérique et expérimentale montre une bonne corrélation entre les paramètres mécaniques issus de l’indentation et ceux des essais de traction, avec une précision particulièrement élevée sur la résistance à la traction.

Cette thèse vise à réduire l'utilisation de ressources dans les systèmes de calcul haute performance (HPC). Elle commence par explorer l'utilisation d'algorithmes d’apprentissage automatique pour améliorer l'ordonnancement de tâches, mais conclut que les ordonnanceurs actuels sont déjà proches de l'optimal, et que de récents progrès proclamés dans ce domaine étaient dus à de mauvaises métriques et des méthodologies d'évaluation défaillantes. Les éléments d'une bonne évaluation sont donc discutés, et des métriques pertinentes mises en avant. La deuxième contribution explore l’usage de systèmes de mémoire désagrégée pour limiter la consommation de mémoire. Deux algorithmes d’allocation avec garanties théoriques sont proposés et évalués, montrant une réduction significative de la consommation mémoire tout en n'engendrant qu'une faible augmentation du response time. Le dernier volet introduit des modèles de vieillissement du matériel au niveau des nœuds de calcul, couplé à une stratégie de changement de fréquence pour maximiser la quantité totale de calcul sur la durée de vie du système. L’approche se montre robuste face aux incertitudes sur le vieillissement réel du matériel. En conclusion, ces approches augmentent l’efficience économique mais induisent aussi une hausse des temps de réponse, freinant ainsi l’effet rebond.