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.

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 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).

Les nouveaux-nés prématurés sont vulnérables à des complications comme l’hyperbilirubinémie néonatale et le sepsis tardif (LOS), posant des défis importants dans les unités de soins intensifs néonatals (USIN). Malgré les avancées en matière de soins, la détection précoce et la gestion efficace de ces affections restent complexes. Cette thèse, basée sur l’étude CARESS-Premi (NCT01611740), vise à développer des techniques avancées de traitement des données et des modèles interprétables d’apprentissage automatique afin d’améliorer la prise de décision en USIN, via des systèmes de surveillance non invasifs, continus et en temps réel. Les principales contributions comprennent : (i) une chaîne optimisée de traitement des signaux pour l’analyse ECG en conditions réelles, adaptée aux USIN; (ii) un modèle mathématique patient-spécifique pour la caractérisation de la dynamique postnatale de la bilirubine, avec des paramètres comme biomarqueurs potentiels pour détecter les comorbidités associées ; (iii) une estimation non invasive de la bilirubine utilisant des modèles d’apprentissage automatique à effets mixtes intégrant l’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (HRV) et des informations physiologiques ; (iv) des modèles pour la détection précoce du LOS via l’analyse de la HRV ; (v) la conception, le déploiement et l’évaluation préliminaire d’un système d’aide à la décision clinique (CDSS) on-the-edge, intégrant du traitement des signaux en quasi-temps réel et des modèles d’inférence dans un contexte USIN. Ces résultats démontrent le potentiel du traitement avancé des signaux physiologiques combiné à l’apprentissage automatique pour optimiser les soins néonatals.

Les antennes modernes des stations de base pour les réseaux 5G doivent fonctionner sur les bandes K et Ka et couvrir de grands angles de balayage, jusqu’à 70 degrés, et ceci à faible coût. Les réseaux phasés répondant à ces exigences avec un minimum d’éléments actifs constituent une solution attractive. Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie complète pour concevoir de nouveaux réseaux de fentes connectées lacunaires, ainsi que des architectures permettent de supprimer les lobes de réseau, tout en répondant aux besoins précités. Notre approche de synthèse consiste en la combinaison d’une procédure itérative convexe avec un solveur efficace basé sur la méthode des moments, tous deux développés en interne. Ainsi, la structure du réseau et le couplage mutuel sont pris en compte lors du processus de synthèse, aboutissant à des conceptions réalistes et optimales. De plus, nous avons développé un outil numérique pour la conception efficace des cellules unitaires des réseaux de fentes connectées. Enfin, les limites de performance inexplorées jusqu’à présent de la cellule unitaire à fentes connectées sont systématiquement étudiées, tandis qu’un cadre de conception pour les réseaux connectés lacunaires est formulé pour la première fois.

Les produits portables sont devenus de plus en plus omniprésents dans notre vie quotidienne. Ils sont des outils utiles pour les soins de santé et la sécurité, comme les aides à la navigation pour les personnes malvoyantes, et offrent de la sécurité aux professionnels comme les pompiers en fournissant respectivement la détection et le suivi. Plusieurs dispositifs portables peuvent être utilisés pour former un réseau et transmettre des paramètres utiles de surveillance de la santé aux professionnels médicaux. Pour accroître l'adoption des produits portables, ils doivent être confortables, légers et ne pas entraver le mouvement de l'utilisateur. Les applications sur le corps sont soumises à des conditions variables en raison des changements de l'environnement, des mouvements du corps et de différentes courbures dues au placement sur les différentes positions sur l'utilisateur. Les structures à ondes progressives, telles que les antennes à ondes de fuite, peuvent être utilisées comme une solution viable pour réaliser la reconfigurabilité aux fréquences millimétriques tout en respectant les exigences des antennes portables sur le corps. Dans la thèse, il est montré que les antennes à ondes de fuite basées sur des microbandes peuvent être efficacement sinueuses pour afficher une polarisation diversifiée et des caractéristiques double bande dans la bande millimétrique.

Le déploiement de l’Internet des objets (IoT) est souvent limité par la capacité des batteries. Afin d’augmenter leur durée de vie, cette thèse explore l’utilisation de l’énergie radiofréquence (RF) comme source alternative pour alimenter une wake-up radio (WuRx) à ultra faible consommation. L’utilisation de ces WuRx permet de maintenir des dispositifs IoT, tels que des capteurs sans fil, en veille profonde à faible consommation et de les réveiller lorsque cela est nécessaire. Le premier défi consiste à concevoir un circuit de récupération d’énergie RF capable de fournir une tension régulée à partir de faibles niveaux de puissance RF. Une solution innovante est proposée sur la base de redresseurs RF à diode Schottky utilisant la technique inductive. Avec de faibles niveaux de puissance à son entrée, ce circuit permet de maintenir le fonctionnement d’un circuit de gestion d’énergie, qui alimente ensuite une WuRx semi-active et stocke de l’énergie lorsque des niveaux de puissance élevés sont disponibles. En raison de la nature intermittente de l’énergie RF, le second défi consiste à adapter la consommation d’énergie de la WuRx. Aspect abordé en modulant sa qualité de service, définie comme le nombre de signaux traités parmi tous les signaux reçus, en fonction du niveau d’énergie RF récoltée dans une batterie.