La radiométrie satellitaire est une technique de télédétection passive permettant la mesure et la quantification de paramètres atmosphériques statiques et dynamiques sur Terre, sur d'autres planètes et sur des corps célestes en espace profond. La plupart des radiomètres sub-térahertz (sub-THz) et térahertz sont généralement déployés sur de gros satellites, impliquant des coûts élevés, des temps de développement longs, et un partage des ressources et du temps d'observation avec d'autres instruments. L'avènement des Cubesats a permis d’introduire la radiométrie térahertz dans le domaine des petits satellites, avec plusieurs missions déjà réalisées avec succès. Comparés aux grands satellites, les Cubesats offrent des coûts de développement et de lancement réduits, ainsi que des délais de développement plus courts, puisqu’ils se concentrent généralement sur un seul objectif scientifique et un seul instrument. Toutefois, l’intégration d’un instrument radiométrique térahertz à bord d’un Cubesat présente d'importants défis, en raison du volume, de la masse, de la puissance disponible limités et de la gestion thermique complexe. Cette thèse doctorale explore de nouvelles approches pour le développement de récepteurs hétérodynes térahertz compacts adaptés aux plateformes Cubesat, en se concentrant spécifiquement sur des méthodes innovantes d’antenne et de calibration électronique, ainsi que sur les aspects d’intégration entre ces sous-systèmes. Le travail a été réalisé en codirection entre l’Institut d’Électronique et des Technologies du numéRique (IETR) de l’Université de Rennes et le Laboratoire d’Études du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères (LERMA) de l’Observatoire de Paris. Cette collaboration tire parti des expertises respectives des deux instituts : antennes sub-THz planaires aux structures périodiques (IETR) et mélangeurs subharmoniques à faible bruit à diodes Schottky ainsi que chaînes d’oscillateurs locaux développés à LERMA et fabriqués au C2N. En raison du caractère pluridisciplinaire du projet doctoral, le manuscrit est structuré en deux parties, chacune présentant des contributions scientifiques dans les domaines susmentionnés. Une approche globale est néanmoins adoptée pour évaluer la performance des technologies développées dans le contexte de l'instrument radiométrique dans son ensemble. Les technologies développées sont conçues pour être évolutives vers des fréquences supérieures, jusqu’à et au-delà de 1 THz.

Cette thèse aborde la reconstruction de géométrie 3D précise et éditable ainsi que la synthèse d’apparence réaliste à partir d’entrées éparses, non posées ou bruitées, en combinant des représentations 3D implicites et explicites. Les champs implicites permettent une modélisation continue et flexible, mais restent coûteux et peu robustes. Les représentations explicites, comme les maillages, sont rapides à rendre et éditables, mais dépendent de données fiables. Nous explorons leur adaptation et combinaison pour une reconstruction 3D robuste et évolutive. Nous améliorons les champs implicites via un transfert d’opacité depuis des NeRFs vers des champs d’occupation, et proposons une optimisation SDF robuste adaptée aux nuages de points bruités. Pour les représentations explicites, nous développons une méthode de déformation de maillage pour la reconstruction humaine monoculaire, basée sur des descripteurs pixel-alignés et des graphes, ainsi qu’un pipeline de rendu neuronal combinant géométrie proxy et descripteurs conditionnés. Enfin, nous introduisons un cadre de Gaussian Splatting 2D généralisable pour la synthèse de vues et un pipeline sans pose pour reconstruire géométrie et caméras via splatting différentiable et priors 3D. Ces approches hybrides unifient flexibilité et structure pour une modélisation 3D robuste et pratique.

L’Angioplastie Percutanée Transluminale (PTA) est une intervention endovasculaire largement pratiquée pour le traitement des sténoses. L’optimisation des résultats de la PTA demeure un enjeu clinique. La méthode par éléments finis constitue un outil de modélisation puissant pour prédire les résultats d’une PTA, mais la simulation des déformations permanentes post-PTA des sténoses sévères dans des artères de gros calibre reste un problème ouvert. L’objectif de ces travaux de thèse est de développer un modèle paramétrique de PTA capable de répondre à cette problématique. Une première analyse a permis de montrer les limites d’un solveur implicite à résoudre un modèle de PTA sur un fort degré de sténose, caractéristique d’une nécessité d’intervention chirurgicale. Une nouvelle méthode de modélisation du ballon d’angioplastie a ensuite été proposée. Elle s’appuie sur la Modélisation de Ballons Successifs (MBS) pour répondre aux contraintes numériques associées aux déformations importantes d’un ballon modélisé sans pli. Associé avec un modèle paramétrique de sténose capable de modéliser plusieurs calibres d’artère, ce modèle de PTA a permis d’estimer les déformations permanentes sur des cas génériques de sténoses sévères dans des artères de gros calibre. L’intérêt de l’approche de modélisation proposée a pu être illustré sur un cas patient présentant une région sténosée complexe par assemblage de plusieurs configurations du modèle. Ces travaux de thèses introduisent une méthodologie versatile capable d’estimer les déformations permanentes post-PTA pour améliorer la préparation de la procédure sur des cas patients complexes.

Les communications sans fil de nouvelle génération exigent des architectures et des systèmes d'antennes innovants pour atteindre des débits de données plus élevés, une faible consommation d'énergie et une couverture radio plus large. L'exploitation de la bande THz s'est avérée être le meilleur choix pour surmonter ces défis. Avec une bande passante intrinsèque de plusieurs dizaines de GHz, elle se présente comme le candidat le plus adapté. De plus, le passage des normes de télécommunications à des fréquences plus élevées permet d'atténuer la saturation du spectre qui se produit jusqu'à la gamme des ondes millimétriques. D'autre part, l'exploitation de fréquences élevées dois faire face aux importantes pertes de propagation dans l'espace libre, ce qui rend les liaisons radio en champ proche plus exploitables. Par conséquent, les réseaux sans fil du futur fonctionneront probablement dans la région de rayonnement du champ proche. L'ensemble de ces facteurs pousse à la nécessité d'antennes efficaces large bande et focalisant en champ proche. À ces fréquences, les caractéristiques de conception sont très petites, et les contraintes de fabrication limitent souvent les performances réalisables, nécessitant l'utilisation de technologies plus coûteuses et à haute résolution. Les réseau transmetteurs (Transmitarrays, TAs) ont émergé comme une solution particulièrement prometteuse et polyvalente pour la formation de faisceaux en trois dimensions. Ils résolvent efficacement la limitation en bande passante, inhérente aux antennes résonnantes et parent efficacement les systèmes d’alimentation dissipatif que l'on trouve couramment dans les réseaux phasés. De plus, les TAs peuvent être facilement intégrés dans des processus de fabrication planaire, tels que les cartes de circuits imprimés standard (PCB). Ces caractéristiques permettent le développement d'antennes à faible coût et à profil réduit offrant des capacités impressionnantes de mise en forme des faisceaux en champ proche dans la région sub-THz. Cette thèse présente, pour la première fois, un cadre mathématique complet conçu pour la détermination précise du rayonnement en champ proche émis par un transmetteur. Cet outil numérique innovant permet de prédire les amplitudes du champ électrique en tenant compte de toutes les caractéristiques des blocs élémentaires du système. Cela inclut la puissance injectée, le gain de la source focale, la distance entre la source focale et chaque cellule unitaire, ainsi que la directivité des cellules unitaires et leurs coefficients de transmission en phase et en amplitude. Une variété de schémas de focalisation en champ proche est obtenue, permettant de contrôler à la fois les distributions focales et longitudinales, qu'elles soient sur ou hors de l'axe de propagation. Les TAs correspondants sont fabriqués à l'aide d'un processus PCB standard et caractérisés expérimentalement à 300 GHz dans une grande variété de scénarios. Les résultats empiriques valident l'approche d'analyse et de conception proposée.

Un défi majeur de la radiothérapie des cancers de la tête et du cou réside dans l’évaluation et la prédiction précises des toxicités liées au traitement, en particulier la dysphagie et la xérostomie. Cette thèse répond à ce défi en améliorant la segmentation des organes à risque (OAR), en développant des méthodes objectives d’évaluation de la toxicité et en affinant les modèles dose-réponse. Un cadre basé sur l’apprentissage profond a été développé pour la segmentation automatique de 25 organes à risque sur des images CT et CBCT, démontrant de bonnes performances et une acceptabilité clinique. En s’appuyant sur cette base de segmentation, la thèse introduit de nouveaux outils pour l’évaluation des toxicités. Nous présentons tout d’abord une chaîne d’analyse entièrement automatisée des études vidéofluoroscopiques de la déglutition, permettant une évaluation quantitative et objective de la dysphagie. Pour la xérostomie, nous proposons une approche de modélisation dose-réponse à l’échelle voxel, afin de dépasser les métriques globales traditionnelles et d’identifier des sous-régions associées aux symptômes. Ensemble, ces contributions méthodologiques posent les bases de stratégies de radiothérapie plus personnalisées et attentives aux toxicités pour les patients atteints de cancers de la tête et du cou.

La radiogoniométrie consiste à mesurer l’angle d’incidence de signaux électromagnétiques, et a pour applications la guerre électronique et le contrôle du spectre. Parmi les différentes méthodes existantes, l’interférométrie corrélative, reposant sur l’analyse du déphasage entre antennes, a été retenue. Toutefois cette méthode soulève diverses problématiques, telles que la compacité et la largeur de bande. Ce travail de thèse a consisté en premier lieu à concevoir des antennes compactes dans les bandes [1-6 GHz] et [6-18 GHz], tout en assurant une bonne adaptation d’impédance. Ces antennes présentent une diversité de polarisation horizontale et verticale, et sont co-localisées afin d’assurer la compacité du système. Ces antennes en bande [1-6 GHz] et [6-18 GHz] ont été réalisées, avec comme dimensions respectives 86.4 mm x 88 mm x 86.4 mm (0.288λ x 0.293λ x 0.288λ), et 30 mm x 22 mm x 30 mm (0.6λ x 0.44λ x 0.6λ). Un réseau de trois antennes par bande et par polarisation a été conçu en reprenant les topologies des antennes précédentes, de dimensions 329.4 mm x 88 mm x 86.4 mm pour la bande [1-6 GHz], et 105.2 mm x 22 x 30 mm pour la bande [6-18 GHz]. Des mesures en conditions réelles d’utilisation ont été effectuées en chambre anéchoïque via l’interférométrie corrélative, et permettent d’obtenir une bonne précision d’estimation d’angle d’arrivée. Par ailleurs, une méthode permettant d’améliorer la compacité d’antennes à onde progressive en les ondulant a été développée, ainsi qu’une technique modifiant la forme et la largeur du diagramme de rayonnement en plan H via un réseau d’antennes courbées selon un profil Vivaldi.

L’objectif des travaux est de développer un isolant biosourcé à base de fibres de chanvre. Différentes matières fibreuses et procédés d’affinage sont étudiés. Le lien entre les paramètres morphologiques, la masse volumique et la conductivité thermique apparente de l’isolant fibreux est mis en évidence. L’étude conduit à l’identification d’un produit dont les propriétés constituent un compromis technique. La réaction au feu et la résistance fongique sont abordées en veillant à limiter les impacts sanitaires et environnementaux des traitements. Une méthode d’évaluation du risque de développement fongique est proposée. Après son développement, l’isolant est appliqué en rénovation dans le comble d'une maison habitée. Ce démonstrateur est suivi pendant 18 mois (6 mois avant et 12 après rénovation). La température, l'humidité relative et le flux de chaleur sont enregistrés afin d’évaluer in situ le comportement hygrothermique de l’isolant. Cette étude expérimentale est complétée par une étude numérique sous WUFI®. Afin d’évaluer le risque de développement fongique les conditions extrêmes mesurées in-situ sont reproduites en laboratoire avec inoculation. Une isoplèthe de la fibre de chanvre non traitée est ainsi construite. L’étude multi échelle montre que l’isolation développée est performante. Le confort d’été et la capacité de régulation de l’hygrométrie sont notables. Les conditions d’exploitation de l’isolant ne conduisent pas à un risque de développement fongique.

Les Maladies CardioVasculaires (MCVs) constituent la principale cause de mortalité dans le monde. L'Insuffisance Cardiaque (IC) est une MCV dont la prévalence ne cesse d'augmenter. Le suivi à distance et quotidien des principaux biomarqueurs cardiaques apparaît comme une solution adéquate pour les personnes à risque et pour les patients atteints de MCVs chroniques, comme l’IC. Contrairement aux systèmes non invasifs existants, limités pour une surveillance continue à long terme, les dispositifs implantables offrent des solutions prometteuses. Notre équipe de recherche a contribué au développement d’un Dispositif Implantable (DI) au niveau du fundus gastrique capable d’enregistrer les activités électriques et mécaniques du cœur. Cependant, les artefacts et bruits liés au site gastrique réduisent l’efficacité des analyses. L'objective de cette thèse est de débruiter des signaux acquis par ce DI, plus particulièrement les signaux d’ACCélérométrie cardiaque (ACC), pour améliorer la détection des événements S1 et S2, essentiels au diagnostic des maladies cardiaques. Deux approches ont été développées : une basée sur les réseaux de neurones profonds et une autre sur des graphes. Ces méthodes ont été évaluées sur une base de données réelle issue d’une étude préclinique. Comparées aux approches standard de débruitage, les méthodes proposées ont amélioré le rapport signal-bruit de 15%-20% pour l’approche basée réseaux de neurones et 23%-42% pour les approches basées graphe.

Ce manuscrit présente les méthodes développées pour permettre l’exploration autonome d’un environnement 3D inconnu par un robot mobile. L’exploration est une tâche transverse, regroupant divers sous-problèmes ; ici, nous nous intéressons en particulier à la planification de trajectoires, essentielle pour la navigation autonome du robot. Nous proposons en particulier deux méthodes nouvelles de construction de graphes de navigation, utilisées ensuite comme base pour l’élaboration de stratégies d’exploration plus haut-niveau. Deux approches principales sont présentées, reflétant les deux grands courants de la littérature sur le sujet : l’exploration guidée par les frontières et l’exploration par maximisation de l’information. Les méthodes proposées sont évaluées en simulation et dans divers environnements réels.

L'évaluation précise de la dose est essentielle après une exposition aux rayonnements ionisants, en particulier pour la prise en charge des victimes asymptomatiques. Parmi les méthodes disponibles, la dosimétrie biologique s'appuie sur l'imagerie cytogénétique pour identifier les aberrations chromosomiques dans les lymphocytes. Les aberrations stables, détectables par imagerie par Fluorescence In Situ Hybridization (FISH), sont particulièrement utiles pour la dosimétrie rétrospective. Cette étude vise à automatiser la détection des aberrations stables à l'aide de techniques d'apprentissage profond. Nous avons développé une méthode basé sur des modèles de pointe pour la détection d'objets au niveau de la métaphase, ainsi que des modèles de convolution pour la classification au niveau des chromosomes après segmentation. Un défi majeur était la disponibilité limitée des données annotées et la rareté des translocations, que nous avons abordées par la génération de données synthétiques à l'aide de modèles de diffusion générative. Notre approche génère des chromosomes transloqués synthétiques à partir d'images non annotées, ce qui donne des résultats prometteurs pour la détection automatisée des aberrations et améliore l'efficacité de l'imagerie cytogénétique dans les applications de dosimétrie.