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.