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.

La restauration d'images représente un défi important lorsque les valeurs des paramètres de régularisation, la PSF et d'autres connaissances a priori ne sont pas disponibles. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode de restauration facilement applicable en éliminant la nécessité d'informations préalables et d'un réglage empirique des paramètres. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé une méthode adaptative de restauration d'images aveugle qui fonctionne sans nécessiter d'informations a priori. Cette méthode peut être appliquée pour restaurer des images monochromes, multispectrales et hyperspectrales, tout en optimisant les résultats de traitement sans nécessiter de réglage empirique des paramètres de régularisation. La supériorité de notre méthode de restauration aveugle adaptative est démontrée grâce à des évaluations sur diverses bases de données d'images, surpassant onze méthodes non-neuronales et neuronales supervisées/ semi-supervisées de l'état de l'art. En conclusion, la méthode proposée peut être facilement appliquée pour restaurer des images dégradées en raison de sa nature aveugle.

La technologie RFID UHF permet de récupérer à distance et par ondes radio des données stockées sur une étiquette constituée d'une antenne et d'une puce. Le transpondeur élément clé d'un système RFID a fait l’objet de nombreuses recherches et d’améliorations au cours des dernières années. Dans ce contexte, cette thèse contribue à l'évaluation des performances des transpondeurs RFID en environnement réel par le développement d'une méthode de caractérisation originale. Cette approche expérimentale permet d'accéder aux paramètres intrinsèques d'un tag RFID en tenant compte de la réciprocité du canal de propagation entre les liaisons montante et descendante. A partir de profils d’activation en fonction de la distance et de la puissance, ce travail permet d'introduire de nouveaux critères d'évaluation et de comparaisons des tags comme le facteur Q et l’efficacité γ liés au coefficient de transmission de puissance moyen τ et au facteur de modulation M. En exploitant ces profils de puissance, un nouveau graphique (√M,τ) ou (Q,γ) a été proposé permettant d’illustrer la comparaison des tags et de définir une zone de fonctionnement optimal pour la puce RFID. Les outils de caractérisation en RFID UHF proposés dans ce travail ont été mis efficacement à contribution dans le cadre du développement de tags RFID pour les animaux d’élevage.

Dans cette thèse, nous avons étudié le potentiel des surfaces intelligentes reconfigurables en matière de localisation sans-fil, pour des contextes opérationnels réputés défavorables ou restrictifs. Sur la base d’un modèle de signal générique prenant en compte les régimes de propagation en champs proche et lointain, nous avons dérivé dans un premier temps les limites théoriques de performance de positionnement sur voie descendante en bandes millimétriques (avec et sans surface reconfigurable), en conditions de visibilité ou d’obstruction radio. Sur la base de ces mêmes limites, nous avons ensuite déterminé la meilleure distribution de phases, et donc le(s) meilleur(s) faisceaux, à générer au niveau de la surface afin d’optimiser la précision du positionnement en situation de non-visibilité. À cette occasion, nous avons comparé les performances attendues à celles obtenues à l’aide de faisceaux plus conventionnels. Nous avons également proposé un autre cadre générique d’optimisation pour le précodeur de la surface, visant à approximer n’importe quel modèle de faisceau optimisé, en exploitant la mesure préalable (et la tabulation) des coefficients de réflexion complexes autorisés -par élément- pour différents prototypes de surfaces. Toujours dans ce même scénario de positionnement, nous avons introduit un nouvel algorithme permettant d’estimer conjointement la position et la vitesse de l’utilisateur, en tirant parti de l’effet Doppler induit en champ proche au niveau de la surface. Enfin, quelques résultats expérimentaux préliminaires ont été obtenus dans un scénario indoor canonique à 28 GHz, illustrant les avantages de ces surfaces reconfigurables en cas d’obstruction radio, mais aussi certaines limitations critiques, telles que la présence de lobes secondaires importants dans les faisceaux réfléchis, ou encore l’impact prépondérant de la distance entre la surface et l’utilisateur.

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse se portent sur le contrôle des ondes en milieux complexes. Les techniques de façonnage de fronts d'ondes ont été développées dans l'optique de contrôler la forme spatiale et/ou temporelle du signal sortant en adaptant spécifiquement le signal incident et ont fourni d'incroyable résultats. Dans cette thèse nous présentons une nouvelle approche de technique de façonnage de fronts d'ondes qui tire pleinement parti des degrés de liberté spatiaux et temporels à l'entrée et à la sortie d'un système diffusif aléatoire. Cette nouvelle approche permet la réalisation et la généralisation de plusieurs tâches emblématiques de contrôle des ondes. Nous élargissons ensuite notre champ de recherche pour considérer des approches où le milieu diffusif lui-même est modifié. Nous nous penchons notamment sur l'étude de perturbations critiques, dans des milieux symétriques, permettant la coalescence d'états sans réflexion PT-symétriques en points exceptionnels sans réflexion. Enfin, dans les deux derniers chapitres, nous cherchons à augmenter la transmission en ajoutant des diffuseurs supplémentaires au milieu diffusif initial. Nous montrons que, grâce à un positionnement judicieux, il est possible d'améliorer la conductance sur une large bande de fréquences ou d'obtenir une transmission parfaite à une fréquence spécifique, quelque soit le front d'onde incident.