Les travaux de cette thèse portent sur l'étude et le développement d'antennes à fort gain à base de systèmes quasi-optiques reconfigurables en bande sub-millimétrique pour des communications sans-fil à haut débit. Ces recherches répondent aux besoins croissants des liaisons backhaul liés à l’augmentation continue du trafic mobile. Une large partie de cette thèse est consacrée à la conception et à la fabrication de lentilles par procédé de mousse pressée, une technologie simple et peu coûteuse. Des lentilles de Fresnel, de Mikaelian et de Luneburg ont ainsi été réalisées et caractérisées, démontrant de bonnes performances en gain et en reconfigurabilité du diagramme de rayonnement. Cette thèse explore également un second procédé permettant de modifier localement l’indice de réfraction dans un guide d’ondes à plaques parallèles grâce à l’introduction de plots métalliques. Des lentilles de Luneburg plates, adaptées à ce procédé, ont été conçues, en utilisant deux approches pour modifier l'indice de réfraction. Pour chacune des lentilles développées, des solutions intéressantes sont introduites pour dépointer le faisceau.

La détection de changement constitue un domaine essentiel en télédétection, notamment pour le suivi environnemental, la gestion des risques et la surveillance du territoire. Dans cette thèse, l’objectif est de développer une méthode non supervisée de détection de changement appliquée aux données SAR polarimétriques. Nous commençons par une étude approfondie des méthodes existantes, qu’elles soient supervisées ou non supervisées. Ensuite, nous proposons une nouvelle approche non supervisée qui ne nécessite ni information a priori sur la vérité terrain ni connaissance préalable du nombre de classes. Notre méthode intègre le processus de Dirichlet afin d’estimer automatiquement le nombre de classes. Nous construisons ainsi une approche complète basée sur le modèle EM-DPMM-MRF. L’algorithme EM permet d’estimer les paramètres du modèle et de mettre à jour les classes de manière itérative, tandis que les champs de Markov (MRF) sont utilisés pour intégrer l’information spatiale dans le processus de segmentation. Enfin, la détection de changement est réalisée à partir de la comparaison de deux images classifiées de la même zone d’étude, conduisant à la génération d’une carte binaire de changement.

Cette thèse de doctorat porte sur le développement d’une technologie de transfert de capteurs conçus pour être intégrés dans des environnements de géométrie ou de nature complexe. L’objectif est de maximiser leur conformabilité pour les reporter sur des surfaces 3D, et limiter leur intrusivité pour mesurer des paramètres physiques, de type température ou déformation au cœur des matériaux. La première partie de cette thèse explore le transfert de ces capteurs sur des objets aux formes complexes en utilisant la sérigraphie et optimisant la technologie pour garantir un report précis et fiable des capteurs. La seconde partie constitue une extension de cette approche, appliquée cette fois à des matériaux composites, en fibres de verre imprégnées d’époxy, par une méthode d’intégration directe des capteurs lors du processus de fabrication du composite. Cette stratégie a permis de suivre en temps réel la température et la déformation au cœur des matériaux, et a conduit, via une forte inclusion dans le matériau, à une amélioration significative des performances des capteurs développés : facteur de gauge amplifier de 15 à 30, surveillance précise de la température de composites et une sensibilité à l’humidité multipliée par 4,5. Les résultats ouvrent la voie à une approche innovante d’autosurveillance et de suivi du durcissement des composites, particulièrement prometteuse pour des applications industrielles.

L’optimisation du contrôle de l’aération dans les stations d’épuration est essentielle pour répondre aux objectifs économiques et environnementaux. Le développement de stratégies avancées reste freiné par la difficulté de calibrer des modèles prédictifs fiables à partir de données limitées, partielles et bruitées. Cette thèse propose un cadre méthodologique unifié, de la modélisation à la commande, fondé sur les modèles stochastiques à espace d’état et l’assimilation de données afin d’estimer les dynamiques du procédé, reconstruire les états latents et quantifier rigoureusement les incertitudes. L'étude comparative des diverses familles de modèles (mécanistes, boîtes grises, boîtes noires) et des stratégies de contrôle en temps réel aboutit à la sélection d'une architecture robuste, combinant un modèle non paramétrique et la Programmation Dynamique Stochastique. Cette solution est ensuite validée dans une simulation en boucle fermée réaliste et testée face à des perturbations non modélisées, telle que la variabilité de la charge polluante. Il est démontré que ce cadre réduit les coûts d’exploitation de 15 à 25 % tout en respectant les contraintes, y compris en l'absence d'information sur les perturbations externes. Enfin, l'étude démontre que la performance de la commande repose moins sur la quête d'une justesse prédictive absolue que sur la capacité du contrôleur stochastique à intégrer l'incertitude globale, y compris les perturbations non modélisées, dans sa politique de décision.

L’intégration de systèmes électroniques dans les chaussures apparaît comme une solution prometteuse pour l’analyse non invasive de la marche. Les semelles connectées, qui embarquent des capteurs de pression et des unités de mesure inertielle (IMU), fournissent des données précieuses pour des applications dans le sport, la rééducation et la santé. Au cœur de ces systèmes se trouve l’antenne, qui doit fonctionner dans un environnement fortement contraint : structures fines et flexibles, proximité du corps humain, des textiles et du sol. Ces conditions posent de nombreux défis au design d’antennes, incluant une forte absorption, un désaccord d’impédance et une baisse d’efficacité de rayonnement. La dynamique de la marche ajoute une complexité supplémentaire, avec des variations de hauteur, de polarisation et de couplage au sol à chaque pas. L’efficacité énergétique est également critique, car les batteries embarquées doivent rester petites et légères. Au-delà de la communication, les semelles connectées doivent permettre des mesures fiables, comme la longueur de pas, un paramètre clé de l’analyse avancée de la marche. Cette thèse répond à ces défis par la conception d’antennes robustes à 2,45 GHz pour le Bluetooth Low Energy. Nous caractérisons les propriétés électromagnétiques des sols, textiles et tissus humains, proposons des modèles multicouches simplifiés pour des simulations efficaces, et étudions les effets de polarisation et de propagation. Les résultats apportent une caractérisation systématique de l’environnement, des méthodes de modélisation pratiques et des designs d’antennes validés, ouvrant la voie à de nouvelles générations de semelles connectées pour la santé, le sport et les usages quotidiens.

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.

Cette thèse de doctorat présente une méthode de conception inverse pour créer des métastructures afin d'améliorer la transmission des ondes électromagnétiques à travers les murs. Il a été lancé dans le guide d'ondes en raison du petit nombre de modes à contrôler. Un algorithme d'optimisation rapide basé sur l'approximation dipôle couplée a progressivement produit un point exceptionnel sans réflexion, un filtrage passe-bande monomode, une transmission ultra-large bande avec une stabilité d'intensité remarquable et une maximisation de la transmission autour d'une barrière métallique en tirant parti de la symétrie miroir spatiale des métastructures désordonnées. Nous démontrons qu'un espace de paramètres de grande dimension est réduit d'un facteur deux dans le cas de systèmes désordonnés à symétrie miroir, ce qui facilite encore le processus d'optimisation. Les résultats prévus concordent parfaitement avec les simulations d'un logiciel commercial à onde complète. Les résultats numériques ont été validés dans les expériences dans le régime micro-ondes. Le travail a été étendu en obtenant quatre modes sans réflexion à une fréquence unique via une absorption parfaite cohérente multimode.

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 vidéo volumétrique permet des représentations 3D dynamiques de scènes réelles, offrant une exploration multi-vues et une navigation naturelle en six degrés de liberté (6 DoF). Pour une interaction véritablement immersive, la segmentation sémantique est essentielle afin de permettre une compréhension des objets au niveau individuel. Bien que les méthodes récentes de synthèse de vues nouvelles, telles que les Neural Radiance Fields (NeRF) et le 3D Gaussian Splatting (3DGS), aient considérablement fait progresser la reconstruction 3D et la segmentation de scènes statiques, la segmentation sémantique dans des scènes dynamiques 4D reste relativement peu explorée. Les principaux défis incluent le maintien de la cohérence sémantique dans l’espace et le temps, ainsi que le manque de jeux de données multi-vues richement annotés pour les environnements dynamiques. Cette thèse répond à ces limitations en introduisant MUVOD, un jeu de données de segmentation d’objets en vidéo multi-vues, couvrant 17 scènes réelles avec des masques 4D cohérents pour 459 instances réparties sur 73 catégories. Un benchmark est proposé pour l’évaluation des méthodes de segmentation 4D. Nous proposons également une nouvelle approche de segmentation 4D fondée sur 3DGS, qui étend la segmentation d’objets statiques aux scènes dynamiques en intégrant un vecteur d’identité d’objet apprenable dans le pipeline de reconstruction. Cette méthode permet le rendu photoréaliste en RGB ainsi que la génération de masques d’objets à n’importe quel point de vue et instant temporel, offrant ainsi une solution efficace et portable pour la compréhension et l’édition de scènes 4D.

Les applications émergentes, telles que les communications satellites en mouvement, stimulent le développement de réseaux d’antennes phasées à large balayage angulaire, capables de couvrir plusieurs bandes de fréquences via une seule ouverture rayonnante, jusqu’aux bandes millimétriques. Leur déploiement à grande échelle repose sur la mise au point de solutions à la fois robustes, économiques et compatibles avec les circuits intégrés (ICs). Au cours de la dernière décennie, plusieurs architectures ultra-large bande ont vu le jour, principalement autour des fréquences micro-ondes. Ces réseaux tirent parti du couplage mutuel entre éléments pour générer des distributions de courant stables en fréquence, tout en intégrant des superstrats pour améliorer la bande passante et les performances en balayage. Cette thèse propose une architecture compacte de réseau à fentes connectées, opérant dans les bandes Ku, K et Ka et dépointant jusqu’à ±60°. Un superstrat hybride à deux sections est placé au-dessus de l’antenne pour assurer l’adaptation d’impédance et améliorer la pureté de polarisation. La première section est un diélectrique artificiel formé de trois couches de patchs, dont deux reliées par interconnectées, la seconde étant une couche diélectrique isotrope. La structure se distingue par un nombre réduit de couches par rapport à l’état de l’art, sans recourir à des procédés de fabrications complexes. Sa périodicité réduite et sa compatibilité avec la fabrication PCB multicouches en font une solution adaptée à l’intégration avec les ICs. Plusieurs prototypes 8×8 ont été réalisés et caractérisées expérimentalement.