Cette thèse porte sur la synthèse automatique de processeurs à jeu d'instructions en utilisant la synthèse de haut niveau (HLS). En particulier, nous visons à générer automatiquement des cœurs de processeurs pipelinés in-order à partir d'une description de haut niveau en C sous la forme d'un simulateur de jeu d'instructions (ISS). Au cours de notre travail, nous avons développé un flot de conception matérielle entièrement automatisé qui permet de compiler une description algorithmique en circuit spéculatif, SpecHLS. Nous proposons un ensemble de transformations de code basées sur le pipeline spéculatif de boucles, afin de révéler des opportunités de spéculation sur le flot de contrôle et la mémoire dans du code C, et nous générons du code spéculatif synthétisable à l'aide d'une chaîne d'outils de HLS commerciale. SpecHLS est capable de gérer plusieurs spéculations entremêlées, des spéculations indépendantes dans des modules matériels découplés, ainsi que la spéculation mémoire. Notre travail aboutit à un flot de conception capable de générer plusieurs instances de processeurs RISC-V in-order à partir d'un ISS. Nous montrons que nous pouvons explorer efficacement un espace de conception avec des centaines de milliers de configurations matérielles spéculatives possibles en quelques minutes, et générer des processeurs compétitifs avec des cœurs de processeurs embarqués.

Les hépatopathies diffuses représentent un problème de santé mondial majeur, avec des complications importantes, une morbidité et une mortalité élevées. Cette thèse se concentre sur la stéatose, la surcharge en fer hépatique et la fibrose hépatique. Pour ces pathologies, la quantification précise de la graisse hépatique, du fer et de la fibrose est cruciale pour le diagnostic, l'évaluation pronostique, la gestion du traitement et le suivi. Compte tenu des limites de la biopsie hépatique, des biomarqueurs non invasifs basés sur l'IRM tels que PDFF, R2* et la rigidité ont été rapidement développés. La thèse est structurée en trois chapitres, correspondant à la quantification de la graisse, du fer et de la fibrose hépatiques. Chaque chapitre inclut une étude associée. L’annexe présente le logiciel gratuit MRQuantif, qui permet la quantification de la graisse et du fer. Dans l'ensemble, l'IRM quantitative pour la mesure de la graisse, du fer et de la fibrose hépatiques a été largement validée pour son caractère non invasif, sa précision et sa reproductibilité.

Staphylococcus aureus est une bactérie commensale et pathogène responsable d’un large spectre d’infections. Pour permettre une adaptation rapide et efficace aux signaux environnementaux, S. aureus possède un réseau de régulation précis et complexe. Dans ce réseau, les ARN régulateurs (ARNreg) apparaissent comme des modulateurs post-transcriptionnels importants. Les ARNreg sont généralement définis comme des ARN non codants, petits, stables, avec des fonctions de régulation sur leurs cibles. À ce jour, environ 200 ARNreg ont été identifiés chez S. aureus. Dans ce travail, nous avons étudié l’un d’eux : Srn_9342. Cet ARNreg est transcrit sous deux formes – une courte (Srn_9342S) et une longue (Srn_9342L) – partageant la même extrémité 5’ et dont l’annotation chevauche avec la séquence codante située en amont. Il s’agissait ainsi de caractériser l’expression du gène srn_9342, d’identifier ces cibles et de définir sa fonction biologique. Un profil d'expression spécifique a été observé, avec une permutation de Srn_9342S vers Srn_9342L en fonction de la densité cellulaire. La découverte d’un promoteur spécifique pour srn_9342 a révélé qu’il s’agit du premier cas d’ARNreg dérivé d’une région 3’ UTR d’ARNm de type I identifié chez S. aureus. De plus, nous avons montré que l’expression de Srn_9342L est dépendante de SigB L’identification de ces cibles ARN par MAPS, a identifié l’ARNm hemQ, codant une coproporphyrine décarboxylase impliquée dans la biosynthèse de l'hème, et l’ARNIII, un ARNreg central de la virulence, comme cibles directes de Srn_9342. Enfin, les rôles de cet ARNreg dans la régulation de la biosynthèse de l'hème, la formation du phénotype SCV et la virulence ont été démontrés.

Les modèles d'apprentissage profond basés sur les CNNs offrent des performances de pointe dans les tâches de traitement d'images et de vidéos, en particulier pour l'amélioration ou la classification d'images. Cependant, ces modèles sont lourds en calcul et en empreinte mémoire, ce qui les rend inadaptés aux contraintes de temps réel sur des FPGA embarqués. Il est donc essentiel de compresser ces CNNs et de concevoir des architectures d'accélérateurs pour l'inférence qui intègrent la compression dans une approche de co-conception matérielle et logicielle. Bien que des optimisations logicielles telles que l'élagage aient été proposées, elles manquent souvent de structure nécessaire à une intégration efficace de l'accélérateur. Pour répondre à ces limitations, cette thèse se concentre sur l'accélération des CNNs sur FPGA tout en respectant les contraintes de temps réel sur les systèmes embarqués. Cet objectif est atteint grâce à plusieurs contributions clés. Tout d'abord, elle introduit l'élagage des motifs, qui impose une structure à la sparsité du réseau, permettant une accélération matérielle efficace avec une perte de précision minimale due à la compression. Deuxièmement, un accélérateur pour l'inférence de CNN est présenté, qui adapte son architecture en fonction des critères de performance d'entrée, des spécifications FPGA et de l'architecture du modèle CNN cible. Une méthode efficace d'intégration de l'élagage des motifs dans l'accélérateur et un flux complet pour l'accélération de CNN sont proposés. Enfin, des améliorations de la compression du réseau sont explorées grâce à la quantification de Shift\&Add, qui modifie les méthodes de multiplication sur FPGA tout en maintenant la précision du réseau de base.

Depuis 2018, la technologie blockchain a vu émerger de nombreuses applications, allant de la crypto-monnaie aux systèmes de santé. La plupart des blockchains existantes adoptent un modèle de réplication complète. D'un point de vue juridique, la nature entièrement répliquée des blockchains signifie que les données personnelles sont susceptibles d'être stockées sur des nœuds répartis dans différents pays. D'un point de vue technique, la réplication complète offre une bonne tolérance aux pannes, mais au détriment de la mise à l'échelle. Il est nécessaire de développer des solutions qui peuvent garantir la tolérance aux pannes avec des niveaux de réplication plus raisonnables, tout en protégeant la vie privée et en évitant les conflits avec les réglementations. Pour répondre à ces problèmes, nous proposons deux systèmes. Le premier est basé sur le partitionnement horizontal (sharding) de la blockchain afin de mieux répartir les coûts de stockage et de traitement des données entre des sous-ensembles de pairs. Le second ne repose pas sur le consensus. Il peut donc effectuer des transactions indépendantes simultanément. Cette solution introduit également un ensemble de primitives cryptographiques dont la combinaison permet d'anonymiser les échanges de données des utilisateurs et de vérifier leur légitimité, sans révéler ni stocker de données sensibles.

Dans cette thèse, nous nous intéressons aux systèmes de gestion d’identité totalement distribués respectant la vie privée. Ces systèmes ont pour but de permettre à un utilisateur de s’authentifier et d’être autorisé par un fournisseur de services, tout en ne lui révélant que les informations strictement nécessaires. De plus, ces systèmes doivent être résilients à la présence de processus malveillant. Dans ce contexte, nous nous intéressons à deux points. D’abord, aux certificats anonymes et à leur propriétés de respect de la vie privée. Nous identifions un manque qui réduit cette propriété dans l’état de l’art, et nous le corrigeons grâce à un nouveau type de signature : les certificats anonymes à émetteurs cachés. Ensuite, nous nous intéressons aux algorithmes distribués utilisés pour les propriétés annexes des systèmes de gestion d’identité distribués, notamment pour la révocation de certificats, ou la gestion de clés publiques. Nous analysons formellement ces problèmes, notamment du point de vue de leur consensus number. Ces analyses nous permettent finalement de proposer des algorithmes pour implémenter un système de gestion de l’identité totalement distribué qui nécessite une synchronisation réduite. En d’autres termes, un système où l’utilisation d’algorithmes de consensus est réduite au minimum.

Les nouveaux-nés prématurés sont vulnérables à des complications comme l’hyperbilirubinémie néonatale et le sepsis tardif (LOS), posant des défis importants dans les unités de soins intensifs néonatals (USIN). Malgré les avancées en matière de soins, la détection précoce et la gestion efficace de ces affections restent complexes. Cette thèse, basée sur l’étude CARESS-Premi (NCT01611740), vise à développer des techniques avancées de traitement des données et des modèles interprétables d’apprentissage automatique afin d’améliorer la prise de décision en USIN, via des systèmes de surveillance non invasifs, continus et en temps réel. Les principales contributions comprennent : (i) une chaîne optimisée de traitement des signaux pour l’analyse ECG en conditions réelles, adaptée aux USIN; (ii) un modèle mathématique patient-spécifique pour la caractérisation de la dynamique postnatale de la bilirubine, avec des paramètres comme biomarqueurs potentiels pour détecter les comorbidités associées ; (iii) une estimation non invasive de la bilirubine utilisant des modèles d’apprentissage automatique à effets mixtes intégrant l’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (HRV) et des informations physiologiques ; (iv) des modèles pour la détection précoce du LOS via l’analyse de la HRV ; (v) la conception, le déploiement et l’évaluation préliminaire d’un système d’aide à la décision clinique (CDSS) on-the-edge, intégrant du traitement des signaux en quasi-temps réel et des modèles d’inférence dans un contexte USIN. Ces résultats démontrent le potentiel du traitement avancé des signaux physiologiques combiné à l’apprentissage automatique pour optimiser les soins néonatals.

L'holoprosencéphalie (HPE) est une maladie rare qui affecte le développement de la ligne médiane du cerveau antérieur dès les premiers stades embryonnaires, rendant son diagnostic moléculaire complexe. Elle résulte principalement d’altérations génétiques entraînant une réduction de l'activité de la voie de signalisation Sonic Hedgehog (SHH). Cependant, un diagnostic moléculaire précis n’est possible que pour 30% des patients, ce qui souligne l’importance de développer des nouvelles approches diagnostiques. Le principal obstacle réside dans l'impossibilité d'accéder au tissu primaire affectée par la pathologie, soit le neuroectoderme antérieur. Pour surmonter cet obstacle, j’ai mis au point un modèle in vitro du développement du neuroectoderme antérieur en utilisant des cellules souches pluripotentes induites. Ce modèle m’a permis de produire des données transcriptomiques permettant d’évaluer les impacts moléculaires de la déficience en SHH et de définir des signatures transcriptomiques décrivant les variations de l'activité de la voie SHH pouvant être corrélées à la sévérité des phénotypes d’HPE. Ce travail a également révélé de nouveaux gènes co-exprimés et régulés par SHH, qui pourraient constituer de nouveaux marqueurs génétiques de l'HPE. Ces avancées ouvrent la voie à la création d’outils de diagnostic innovants, visant à améliorer la précision du diagnostic pour les patients atteints d'HPE.

La façon dont les enfants et adolescents décryptent de l’information sur un animal ou sur un humain, et le type d’interaction qui en découle, mérite une attention particulière ; car bien extraire de l’information est crucial pour interagir de manière appropriée. L’attention visuelle est une fonction cognitive clé. Chez les personnes avec TSA, des altérations dans l'acquisition des informations sont souvent observées, notamment une exploration visuelle atypique des stimuli humains, qui peut limiter leurs interactions. Cependant, cette atypie ne semble pas s'appliquer aux stimuli animaux, suggérant qu'elle pourrait faciliter les interactions entre les personnes avec TSA et les animaux. Cette thèse examine l’attention visuelle dans des contextes naturalistes à travers une approche combinant eye-tracking et éthologie, avec des mesures transversales et longitudinales. Nous avons d'abord caractérisé l’attention visuelle des jeunes avec TSA et développement typique (DT) envers un chien, établissant des liens entre attention visuelle, compréhension d’autrui et comportement. Les jeunes avec TSA interagissaient de manière similaire avec le chien mais prêtaient moins d’attention aux visages humain et canin. Nous avons ensuite décrit les stratégies d’exploration visuelle des visages d’un panel d’espèces (lapin, cochon d’Inde, chien, cheval, humain). Les jeunes avec TSA regardaient les animaux de manière similaire aux jeunes DT, mais différaient pour le visage humain. Enfin, une approche longitudinale a montré que la présence d’un chien d’assistance en milieu scolaire pouvait améliorer l’identification des expressions faciales humaines et canines. Le TSA pourrait ne pas être un trouble généralisé de la communication, mais humano-centré. L’attention visuelle est essentielle dans les interactions intra et interspécifique, et permet de mieux comprendre l’effet de cette présence animale dans le développement des compétences sociales et émotionnelles des jeunes, notamment avec TSA.

Ce travail voudrait interroger l’« essence » de la vie en s’appuyant spécifiquement sur les analyses fournies par Théophile de Bordeu et Paul-Joseph Barthez, qui sont les deux grandes figures du vitalisme de l’École de Médecine de Montpellier au siècle des Lumières. Or, l’analyse des approches vitalistes de ces deux auteurs révèle à la fois des points de convergence et de divergence. Leur point commun est en effet leur opposition tant au mécanisme qu’à l’animisme. Cependant, nous observons qu’ils adhèrent à deux aspects de ces théories, notamment (1) l’existence de processus physicochimiques indispensables au maintien de la vie et (2) la présence d’une âme dont le siège éventuel fait débat. Toutefois, pour Barthez comme pour Bordeu, l’âme ne suffit pas pour expliquer ce qu’est la vie. En effet, pour eux, l’âme ne peut être à la fois « raisonnable-pensante » et « gérant » chaque processus du vivant. Il faut, en conséquence, qu’existe donc « autre chose » pour gérer la vie, de la cellule à l’organisme entier. Ainsi Barthez et Bordeu suggèrent-ils, respectivement, l’implication d’un Principe Vital et d’une Sensibilité Vitale, en tant qu’entité de nature non définie et ubiquitaire qui gérerait les processus vitaux indépendamment de l’« âme pensante ». Notre analyse indique, dans un premier temps, que la proposition d’un Principe Vital par Barthez est la résultante de ses réflexions sur les observations cliniques qu’il a faites ou dont il a eues connaissance, avant de faire remarquer que même si les réflexions barthéziennes s’apparentent quelquefois aux « intuitions métaphysiques », elles ont tout de même quelques bases liées à l’observation scientifique puisqu’elles portent en germe, entre autres, les notions actuelles de pharmacodynamie et d’homéostasie. D’autre part, notre étude s’est attardée sur l’hypothèse bordévienne de la Sensibilité Vitale, sur la base des expériences réalisées sur des glandes salivaires humaines. En montrant que le mouvement de la mâchoire n’exerce aucune pression sur la glande et qu’en conséquence le processus d’excrétion vient de l’intérieur de cette glande, Bordeu conclut que l’induction de la sécrétion-excrétion est plutôt liée à la sensibilité propre de la glande et étend sa conclusion à toutes les glandes. D’où, sans le dire à l’époque, l’esquisse du concept d’endocrinologie ; et d’autres travaux de Bordeu suggèrent par ailleurs l’importance du système nerveux et de la transmission nerveuse. Ainsi, Bordeu écarte le concept de Principe vital et défend l’idée que l’induction de l’excrétion est liée à la Sensibilité propre à chaque organe du corps. Il résume sa pensée par la métaphore de l’« essaim d’abeilles », pour laquelle le tout est plus que la somme des parties. Nous concluons, enfin, à la pertinence de ces deux théories vitalistes constituées chacune de deux triades ayant en commun l’âme pensante et le corps auxquels s’ajouterait pour Bordeu la Sensibilité Vitale et pour Barthez le Principe Vital. Nous observons que ces deux théories sont toujours d’actualité puisque d’autres approches vitalistes apparaissent et sont qualifiées de néovitalistes.