Cette thèse aborde, tout d'abord, la synthèse et la fabrication de céramiques oxydes SrTa2O6 pour une utilisation potentielle dans des antennes à résonateur diélectrique miniatures (DRA) conçues pour des applications 5G en bande moyenne. Deux polymorphes SrTa2O6 ont été synthétisés : la phase β orthorhombique et la phase β' bronze de tungstène quadratique. À ~ 5 GHz, les céramiques β-SrTa2O6 ont montré une permittivité plus faible et des pertes diélectriques plus élevées (eeff ≈ 22, tand ≈ 1x10-2) comparé à β'- SrTa2O6 (eeff ≈ 79, tand ≈ 5x10-3). Le coefficient de température de la fréquence de résonance ‘tf’ se situe aux environs de +260 ppm/°C pour β et jusqu’à +319 ppm/°C pour β'. Un prototype de DRA utilisant β'-SrTa2O6 a démontré une excellente concordance avec les simulations, confirmant les propriétés diélectriques du matériau. La seconde étude porte sur le dépôt de films minces à partir d'une cible stoechiométrique (Sr2Ta2O7)0.98(La2Ti2 O7)0.02 (STLTO). La pulvérisation RF a produit des films déficients en Sr, identifiés comme SrTa2O6, présentant une accordabilité qui augmente avec la puissance RF et la température du substrat. Les films sur substrat Nb:SrTiO3 ont une permittivité d'environ 100, des pertes autour de 0,005 et une accordabilité allant jusqu'à 12 % à ~ 400 kV/cm, 100 kHz et température ambiante. Aucune accordabilité n'a été observée à des fréquences plus élevées (1 - 40 GHz). Une deuxième cible STLTO enrichie en strontium,(Sr1.4Ta0.6O2.9)0.9835(La2Ti2O7)0.0165, n'a pas permis d’atteindre des films monophasés. Les échantillons présentent des rapports Sr/Ta variables (0,9-1,2), une permittivité et des pertes incohérentes, et aucune accordabilité.

Les troubles de spectre de l'autisme (TSA) touchent entre 1 et 2 % de la population mondiale, causant notamment des difficultés de communication et d'interaction chez les personnes concernées. La plupart des personnes touchées par un TSA développe au cours de sa vie une passion profonde pour un objet ou un sujet (il peut s'agir aussi bien de la physique des particules que de cagettes en carton) qui prend une place très importante, venant jouer un rôle rassurant dans les situations génératrices d'angoisse. Cette passion est communément appelée intérêt électif, ou encore affinité. Si son rôle positif et son importance dans la vie des personnes autistes ont été largement décrits dans des témoignages de patients et de spécialistes, d'autres psychologues et psychiatres considèrent l'affinité comme une obsession qui empêche les personnes ayant un TSA de s'ouvrir au monde. Pour le moment, il n'existe aucune preuve objective en faveur de l'une ou l'autre de ces théories. Le but de cette thèse est d'utiliser l'oculométrie pour mesurer l'attention visuelle des personnes atteintes de TSA en présence de leur affinité, mais aussi face à des stimuli neutres, afin de détecter d'éventuelles différences. Des analyses croisées avec celles de psychologues ont permis de mettre en lien les caractéristiques autistiques des personnes ayant un TSA et leurs comportements visuels face à l’affinité.

Le concept d’antenne intelligente a émergé avec l’essor des réseaux de communications mobiles modernes, lesquels devant offrir toujours plus de débits et de services à des utilisateurs en mouvement. L’augmentation des capacités de calculs embarqués et de la maturité des traitements avancés (SIMO, MIMO), permettent aujourd’hui d’envisager l’emploi de telles antennes sur des porteurs en mouvement. Dans ce contexte, le déploiement de réseaux de communications multistandards et adaptatifs supportant des échanges de données hétérogènes – voix, images, vidéos – doivent pouvoir fonctionner dans des environnement dynamiques et complexes. L’objectif de cette thèse a consisté en premier lieu à proposer plusieurs antennes aux propriétés de rayonnement différentes opérant sur une très large gamme de fréquences. Certains modèles étudiés et réalisés ont nécessité la conception d’un système d’alimentation symétrique répondant au même besoin de bande passante. Par la suite, ces éléments rayonnants ont fait l’objet d’une étude de mise en réseau dont les performances ont été optimisées. Enfin, différents réseaux d’antennes étudiés ont été caractérisés au travers de simulations et de mesures SIMO/MIMO mettant en jeu des environnements de propagation variés : indoor et milieu urbain. Un démonstrateur ultra large bande à 4 et 8 antennes a été intégré sur véhicule mobile et a été mesuré.

Pour communiquer avec la direction des opérations, les fantassins de l'armée de terre sont équipés de postes radios portatifs fonctionnant dans les bandes VHF et UHF. L'utilisation de telles fréquences permet de s'affranchir du relief et de tout obstacle obstruant les canaux de propagation entre la station de base et le mobile. Toutefois, l'émission d'informations dans ces bandes de fréquences nécessite l'utilisation d'antennes pouvant atteindre des tailles supérieures à un mètre. Cette thèse propose l'utilisation de Matériaux Magnéto-Diélectriques (MMD), matériaux aux constantes diélectriques et magnétiques supérieures à un, afin d'augmenter la longueur électrique des antennes et par extension, de réduire leur hauteur. Afin de conserver une forte bande passante tout en maximisant la miniaturisation et en assurant un gain réalisé assez élevé pour maintenir une bonne portée de communication, l'utilisation de ce type de matériau a été couplée à deux méthodes d'adaptation permettant d'obtenir des performances compétitives par rapport aux systèmes utilisés auparavant. Finalement, un prototype composé d'une antenne monopole filaire de 50 cm positionné sur un boitier tactique et chargée par une hauteur de 10 cm de cylindres de MMD a été réalisé. Le couplage de ce chargement à un circuit d'adaptation optimisé a permis d'atteindre une miniaturisation de 54 % tout en conservant une bande passante de 100 % à - 5 dB couvrant la totalité de la bande militaire 30-88 MHz. Le gain réalisé de ce prototype a été mesuré et s'avère bien supérieur aux spécifications. Enfin, l'utilisation de toute ces méthodes a permis de conserver un diagramme de rayonnement omnidirectionnel garantissant une excellente réception.

L’évolution des standards de communication impose le besoin des architectures antennaires plus sophistiqués associés à des techniques de diversité d’antennes et de formation de faisceaux. Ce type d’antennes offre des nouvelles possibilités pour les applications sans fil en termes d’efficacité spectrale, de fiabilité des liens radio, de réduction de l’impact environnementale ainsi que l’accroissement des capacités des systèmes de communications. Cependant, les techniques conventionnelles de formation de faisceaux entraînent souvent une augmentation significative de la taille de l’antenne. Par conséquent, l’intégration de tel système dans des petits appareils sans fil est relativement limitée. Les réseaux d’antennes compactes et superdirectifs constituent une solution innovante et attrayante pour surmonter ces problèmes. Néanmoins, ils présentent nombreux inconvénients notamment une faible efficacité de rayonnement, un très faible gain et une bande passante très étroite. Ces inconvénients limitent l'utilité des réseaux superdirectifs pour répondre aux besoins des technologies sans fil de nouvelles générations. Dans cette thèse, nous proposons de nouvelles méthodes d’optimisation multi-objectif, basées sur la théorie des modes caractéristiques (NCM), la théorie du facteur de réseau ainsi que les réseaux de neurones artificiels (RNA) pour la conception et le développement de nouvelles architectures antennaires compactes, superdirectives, efficaces et large bande pour des applications 5G.

Les dispositifs médicaux implantables transforment la façon dont nous prenons soin de notre santé. Ils peuvent surveiller les signaux de notre corps et fournir des traitements personnalisés. Toutefois, ces dispositifs sont limités parce qu'ils dépendent de grosses batteries qui doivent être remplacées par chirurgie. Ainsi, il est essentiel de trouver des moyens de les alimenter sans utiliser de piles, ce qui les rendrait encore plus petits et plus performants. Cette thèse relève ce défi en développant de nouveaux moyens d'alimenter sans fil ces dispositifs profondément implantés. Tout d'abord, elle explore la façon dont l'énergie voyage entre l'émetteur à l'extérieur du corps et le récepteur implanté afin de trouver la meilleure façon de l'alimenter. Ensuite, il introduit des techniques uniques qui utilisent des algorithmes innovants pour s'assurer que ces dispositifs peuvent être alimentés efficacement et en toute sécurité. À cette fin, cette thèse utilise des modèles numériques et des exemples pratiques pour montrer le fonctionnement et les performances de ces nouvelles techniques. Ces modèles sont également utilisés pour comparer cette nouvelle technique aux méthodes courantes. Enfin, elle donne des conseils pratiques sur la manière de la mettre en œuvre concrètement. Finalement, cette recherche aide à développer des dispositifs médicaux sans pile qui sont efficaces et peuvent être adaptés à différentes applications. Elle garantit également la sécurité des patients et donne des indications sur la manière d'alimenter la prochaine génération de dispositifs bioélectroniques. Enfin, elle offre une perspective sur l'avenir des technologies d'alimentation sans fil appliquées aux implants médicaux.

La demande croissante de systèmes à large bande et à large scan pour les liaisons de communication par satellite (SatCom) requiert des technologies plus efficaces et complexes. Les antennes à réseau phasé actif, comme le "Connected Slot", sont la conception la plus intrigante de ces dernières années. Par conséquent, les exigences sont extrêmement élevées: large bande passante, proche d'une décennie, faible un rapport d'onde stationnaires actif ROS < 3 et une bonne pureté de polarisation. Une grand angle en élévation (jusqu'à 60°) sur un secteur angulaire couvrant tout le plan azimutal est également exigée. Cette thèse vise à analyser, concevoir et fabriquer un prototype de réseau de 10x10 éléments. Les réseaux consistent en une ouverture de slot avec un réflecteur de support et des sections d'adaptation de superstrat caractérisées par des couches diélectriques artificielles (ADLs). Des couches métalliques imprimées sont introduites dans un hôte diélectrique pour réduire la permittivité et supprimer les ondes de surface. L'objectif de la thèse est d'élargir la bande passante avec de nouvelles innovations sur le plan de rayonnement pour obtenir une meilleure adaptation d'impédance. Un empilement final concernant les problèmes possibles a été présenté et est en cours de fabrication. Une configuration finale et des résultats de simulation ont été discutés.

La stimulation électrique transcrânienne (tES, en anglais) est une technique de stimulation cérébrale non-invasive émergente de par sa capacité à améliorer les performances cognitives et l'intérêt de son application dans le cadre de maladies neurodégénératives. Les objectifs de la présente thèse étaient d'étudier les aspects numériques de la modélisation de la tES. En effet, la modélisation est une part importante de par la nécessité de prédire et doser la stimulation ainsi que pour améliorer sa précision. La première étude menée a démontré la limite de l'approximation quasi-statique à partir du MHz. Aussi, l'erreur introduite en négligeant les propriétés capacitives des tissus est importante, allant jusqu'à 20 % à 10 Hz au niveau de la zone ciblée. Dans un second temps, il a été montré une forte variabilité due à celle sur les valeurs des propriétés diélectriques, ainsi qu'une relation entre la forme des gyri et la variation de champ électrique. Finalement, la relation de dépendance entre la fréquence de stimulation et l’entraînement cellulaire d'une large variété de type de neurones a été étudiée par l'utilisation de modèles morpho-réalistiques et simplifiés. Les résultats soulignent la préférence des cellules excitatrices pour les fréquences de stimulation proches de leur activité intrinsèque alors que les cellules inhibitrices tendent à être entraînées pour une fréquence de stimulation plus haute (> 40 Hz).

Avec le développement de systèmes de prise de décision automatisés et optimisés, le partitionnement de grands flux de données, qui ne dépend pas d'échantillons d'apprentissage, attire de plus en plus l'attention. Dans l'état de l'art, la majorité des méthodes de partitionnement de flux de données sont paramétriques, ce qui nécessite la spécification d'un ou plusieurs paramètres définis par l'utilisateur et/ou du nombre de classes avant le processus de partitionnement. En effet, dans les applications pratiques, obtenir des connaissances a priori sur l'ensemble de données et déterminer les valeurs de paramètres optimales à l'avance est un défi. Par conséquent, notre recherche se concentre sur le développement d'une méthode non supervisée et non paramétrique facile à utiliser par les utilisateurs, bénéficiant du fait qu'elle élimine le besoin de connaissances a priori et supprime la nécessité de régler les paramètres de manière empirique. La méthode développée peut estimer de manière autonome le nombre de classes et partitionner le flux de données. Elle est efficace pour partitionner un flux de données de grandes tailles spatiale et spectrale, en particulier les flux de données hyperspectraux. La méthode proposée a été évaluée sur des bases de données réelles et synthétiques. Selon plusieurs critères d'évaluation objectifs, elle surpasse les cinq méthodes de partitionnement de flux de données comparées (trois méthodes paramétriques non supervisées, une méthode semi-supervisée et une méthode supervisée utilisant l'apprentissage actif).

Ce travail concerne l'imagerie tomographique 3-D par Radar à Synthèse d'Ouverture de terrain (GB-SAR) pour la détection in situ des défauts de chaussée.Un GB-SAR bistatique à visée latérale, fonctionnant en mode de propagation vers l'avant (FSC), caractérisé par un rapport Signal sur Bruit (SNR) élevé et une résolution verticale constante, est proposé. Une focalisation tomographique utilisant une ouverture dans la direction verticale est introduite pour résoudre l'ambiguïté et améliorer la résolution en distance au sol. Une configuration SAR bistatique FSC à déplacement horizontal et à décalage constant (COSBis), est proposée afin de réduire la complexité du système à un niveau minimal, en utilisant une seule paire d'antennes Tx et Rx, et qui permet d'obtenir une résolution en distance au sol améliorée par focalisation sur une ouverture angulaire générée par le mouvement horizontal. Les résultats expérimentaux démontrent la capacité du mode proposé à détecter des défauts artificiels et à caractériser des détails fins en utilisant une diversité de polarisation. Des techniques d'analyse spectrale à haute résolution sont appliquées à l'approche COSBis pour affiner le diagnostic routier. Cette configuration innovante de GB-SAR, associée à des techniques d'imagerie à haute résolution, démontre un fort potentiel pour l'inspection et la maintenance des chaussées.