Dans le cadre des réseaux optiques passifs (PON), l'évolution vers le 50G-PON, qui vise des débits jusqu'à 50 Gbit/s, s'accompagne de défis techniques liés à l'interférence entre symboles créée par la dispersion chromatique et la bande passante réduite des composants à faible coût utilisés . Pour compenser ces dégradations, l'égalisation du canal s'avère indispensable et peut être mise en œuvre soit par traitement numérique (Digital Signal Processing, DSP), soit par traitement analogique (Analog Signal Processing, ASP). Plus économique et moins énergivore, la solution analogique évite le recours à des convertisseurs analogique-numérique à haut débit onéreux, mais doit composer avec certaines imperfections propres aux solutions analogiques. Cette thèse propose une méthode d'optimisation d'un égaliseur analogique de type FeedForward Equalizer (FFE) basée sur le critère de l'erreur quadratique moyenne minimale, avec une validation expérimentale dans les domaines électrique et optique. Les résultats montrent une réduction notable du taux d'erreur sur les éléments binaires et une amélioration du diagramme de l'œil. Dans un second temps, l'étude examine l'association d'un FFE analogique avec un code correcteur d'erreurs à entrée dure (Hard-Input Forward Error Correction, HI-FEC), afin de comparer cette approche à l'approche numérique. Il est ainsi démontré qu'un FFE analogique couplé à un HI-FEC peut offrir des performances proches de celles d'une solution numérique basée sur un FEC à entrée souple (Soft-Input FEC, SI-FEC), tout en étant plus abordable et moins gourmand en énergie. Ces résultats soulignent la pertinence de l'approche analogique pour répondre aux exigences du 50G-PON.

Cette thèse explore la modélisation, la conception, la caractérisation et l’encapsulation d’amplificateurs optiques intégrés sur nitrure de silicium, utilisant des guides d’ondes en alumine dopée à l’erbium, dans le cadre du projet européen OPHELLIA. Une étude spectroscopique des ions erbium a permis de développer un modèle numérique pour analyser l’impact de l’absorption excitée (ESA), du transfert d’énergie vers le haut (ETU) et de l’extinction de l’émission (quenching) sur les performances des amplificateurs, ainsi que pour estimer les paramètres optimaux afin de maximiser le gain. La première fabrication de circuits photoniques intégrés (PIC) à amplificateurs dopés à l’erbium (EDWA) a révélé des gains en petit signal de 4,5 dB et 18 dB sur puce et sur la section active, respectivement. Une optimisation du design a ensuite permis d’atteindre des gains de 15,2 dB, 19,1 dB et 24,4 dB, avec des puissances maximales de 110 mW, 180 mW et 330 mW, respectivement. L’encapsulation des puces dans un boîtier de dimensions 53 x 45 x 11 mm3 a abouti à un gain de 15 dB et une puissance maximale de 30 mW en sortie.

Le sommeil joue un rôle clé dans le développement neurologique du nouveau-né. Chez les prématurés, sa qualité et son organisation indiquent précocement la maturation cérébrale et le risque de troubles. Dans les Unités de Soins Intensifs Néonatals (USIN), l’évaluation des états de sommeil est essentielle, mais les méthodes traditionnelles, basées sur l’observation ou la polysomnographie, restent lourdes et peu adaptées à un suivi continu. De nombreuses études ont proposé des méthodes automatiques utilisant des signaux physiologiques ou comportementaux, mais leur robustesse, interprétabilité et généralisabilité sont limitées. Ces travaux de thèse développent une chaîne complète pour classifier les états de sommeil, avec un focus sur le Sommeil Calme (SC), stade clé du développement. La méthode inclut : i) l’extraction de caractéristiques à partir de trois modalités (ECG, respiration, mouvements) ; ii) une classification non supervisée pour l’aide à l’annotation du SC ; iii) un modèle supervisé compact et interprétable pour estimer le SC et distinguer trois stades (SC, sommeil non calme, éveil). Les résultats montrent une bonne concordance avec les annotations d’experts pour le SC, tandis que la classification de trois stades nécessite encore des améliorations. Cette approche ouvre la voie à un suivi automatique et non invasif du sommeil des prématurés, notamment du SC.

L'épilepsie touche environ 1 % de la population mondiale, et environ 30 % des patients épileptiques souffrent d'épilepsie pharmacorésistante (DRE). Les techniques de stimulation électrique, notamment la stimulation cérébrale profonde (DBS) et la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS), sont apparues comme des stratégies thérapeutiques alternatives pour ces patients. Cependant, les mécanismes par lesquels ces interventions produisent des effets bénéfiques restent mal compris. La modélisation informatique est devenue un outil précieux pour comprendre les mécanismes sous-jacents à ces troubles neurologiques. L'objectif principal de cette thèse est de développer des modèles informatiques afin d'améliorer notre compréhension des effets post-stimulation de la neuromodulation électrique, en particulier les changements neuroplastiques qu'elle induit. À cette fin, nous avons développé un nouveau modèle de masse neuronale thalamocorticale qui intègre la plasticité synaptique à court terme et l'activation des récepteurs extrasynaptiques. Ce modèle explique la suppression dépendante de la fréquence de l'activité interictale observée dans la dysplasie corticale focale après une stimulation thalamique. En outre, nous avons étudié les effets de la stimulation par courant continu (DCS) à l'aide d'une modélisation de la masse neuronale, en examinant comment la stimulation influence les changements neuroplastiques pour différentes fréquences de pics interictales dans les réseaux épileptogènes.En résumé, ce travail propose des mécanismes potentiels sous-jacents aux effets thérapeutiques de la stimulation électrique et présente un cadre de modélisation pour étudier les réponses neuroplastiques associées à de telles interventions dans l'épilepsie.

L’ablation par cathéter est actuellement la seule méthode curative pour traiter les arythmies cardiaques. Elle nécessite une étude électrophysiologique longue et invasive pour détecter les cibles d'ablation. Dans ce contexte, l’Imagerie ÉlectroCardioGraphique (IECG) constitue une alternative non invasive prometteuse, permettant de reconstruire des cartographies 3D de l’activité électrique du cœur à partir de signaux ECG de surface et de données anatomiques issues d’imageries médicales (IRM ou scanner). Cette approche vise à localiser plus précisément les zones à ablater. Toutefois, l’IECG requiert la résolution d’un problème inverse mal posé, rendant la solution instable et non unique. Pour résoudre ce problème, il est indispensable de le régulariser en utilisant un choix adéquat des hyper-paramètres. Dans un premier temps, une analyse comparative des méthodes existantes de sélection de ces hyper-paramètres est réalisée. Dans un second temps, de nouvelles approches basées sur le principe de contradiction ont été proposées pour différents a priori, donnant naissance à des méthodes IECG automatiques. Une évaluation sur données réalistes générées par un modèle cœur-torse basse résolution et sur quelques jeux de données réelles a été réalisée mettant en évidence les avantages et limites de chaque méthode.

La stabilité des produits industriels, de la formulation au stockage puis à l’utilisation, est essentielle pour garantir leur performance et leur qualité. Cette thèse explore l’usage de structures photoniques résonantes pour le suivi dynamique des processus de sédimentation et de stabilité de produits opaques ou sombres, difficiles à analyser par des dispositifs commerciaux. L’approche repose sur la fabrication de micro résonateurs en polymère UV210 avec une détection optique quasi-surfacique, intégrée à une plateforme expérimentale simplifiée et économique. Après caractérisation de structures hybrides SOI/UV210/SOI adaptées à l’étude de substances agressives pour l’organique, les capteurs SOI/UV210 ont été testés sur des dispersions colloïdales de silice dans l’eau puis dans un milieu visqueux, permettant de mesurer les vitesses de sédimentation. L’étude a été étendue à des dispersions opaques de noir de carbone, démontrant la capacité à suivre la stabilité colloïdale de substances absorbantes, en lien direct avec des problématiques industrielles (peintures, mélanges latex/silice). Enfin, ces micro résonateurs ont aussi permis de suivre des phénomènes dynamiques de séchage et de stratification dans des produits laitiers.

Le sol est un milieu vivant dynamique qui abrite une diversité de microorganismes responsables du cycle des nutriments, de la promotion de la croissance des plantes, de la suppression des agents pathogènes et de la résilience face aux stress. Parmi les produits du métabolisme des microorganismes du sol figurent les composés organiques volatils (COVs), qui constituent de puissants indicateurs de la qualité et de la santé des sols. Toutefois, une analyse des techniques conventionnelles de détection des VOCs montre que leur potentiel reste sous exploité, en grande partie en raison du faible taux d’identification des composés. Cette recherche explore l’utilisation de la spectroscopie rotationnelle expérimentale afin d’améliorer la détection des COV du sol en fournissant des informations sur la structure moléculaire. À cette fin, un spectromètre à ondes submillimétriques a été développé, spécifiquement conçu pour la détection et l’identification des VOCs du sol. Le spectromètre, basé sur le photomélange, a été assemblé, calibré, et validé. Les points d’améliorations ont été proposé afin de permettre une détection précise des mélanges gazeuses. Par ailleurs, les caractéristiques métabolomiques de trois souches bactériennes environnementales ont été examinés, et leurs cinétiques de croissance ont été mesurées dans un milieu nutritif commun. La production à la demande de mélanges de COV bactériens contribuera à valider l’instrument pour un usage en microbiologie environnementale.

Cette thèse porte sur l'amélioration de la segmentation et de la détection des lésions de sclérose en plaques (SEP) dans l'IRM de la moelle épinière, une tâche important et complexe en pratique clinique. Une étude de la segmentation manuelle des lésions a mis en évidence une variabilité importante entre les experts, soulignant la nécessité de méthodes automatisées robustes et sensibles. Pour y répondre, nous avons étudié des stratégies de fusion pour combiner l'information de plusieurs images acquises avec des séquences IRM différentes. La fusion tardive s’est révélée particulièrement efficace, surpassant nettement les modèles basés sur une seule séquence. Enfin, la thèse introduit LesionSCynth, un cadre simple et efficace pour la synthèse de lésions réalistes de la moelle épinière, ce qui permet d'améliorer les performances dans des contextes de données limitées et de réduire la dépendance aux annotations manuelles. Globalement, les contributions de cette thèse font progresser le développement d’outils de segmentation fiables, généralisables et économes en données pour l’analyse des lésions de la moelle épinière dans la SEP.

Ces travaux portent sur l’élaboration par pulvérisation cathodique RF de couches minces ferroélectriques destinées à des dispositifs hyperfréquences reconfigurables et optiquement transparents. L’étude a d’abord porté sur BaTiO3, dont les performances diélectriques limitées ont conduit à se focaliser sur Ba0,7Sr0,3TiO3 (BSTO). L’optimisation des paramètres de dépôt et l’utilisation de recuits ex-situ ont permis l'élaboration de films accordables agiles en fréquence (A = 8,8%). L’intégration de couches tampon (CeO2, MgO, MgAl2O4) entre le substrat de saphir et la couche ferroélectrique BSTO a permis d'améliorer encore la qualité cristalline et les caractéristiques diélectriques, MgO apparaissant comme la meilleure solution (A = 15,6%). Le dopage au cérium (0,6% molaire) de la couche de BSTO a ensuite permis d’atteindre des performances record, avec une accordabilité A = 20,6% à 10 GHz. Ces hétérostructures diélectriques-ferroélectriques optimisées ont été intégrées dans une antenne boucle à fente micro-maillées (66% de transparence optique), validant la reconfigurabilité en fréquence (ΔF = 250 MHz) à 20 GHz. Ces travaux confirment ainsi le potentiel des couches minces ferroélectriques pour concevoir des dispositifs optiquement transparents et reconfigurables en hyperfréquences.

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.