L'évaluation précise de la dose est essentielle après une exposition aux rayonnements ionisants, en particulier pour la prise en charge des victimes asymptomatiques. Parmi les méthodes disponibles, la dosimétrie biologique s'appuie sur l'imagerie cytogénétique pour identifier les aberrations chromosomiques dans les lymphocytes. Les aberrations stables, détectables par imagerie par Fluorescence In Situ Hybridization (FISH), sont particulièrement utiles pour la dosimétrie rétrospective. Cette étude vise à automatiser la détection des aberrations stables à l'aide de techniques d'apprentissage profond. Nous avons développé une méthode basé sur des modèles de pointe pour la détection d'objets au niveau de la métaphase, ainsi que des modèles de convolution pour la classification au niveau des chromosomes après segmentation. Un défi majeur était la disponibilité limitée des données annotées et la rareté des translocations, que nous avons abordées par la génération de données synthétiques à l'aide de modèles de diffusion générative. Notre approche génère des chromosomes transloqués synthétiques à partir d'images non annotées, ce qui donne des résultats prometteurs pour la détection automatisée des aberrations et améliore l'efficacité de l'imagerie cytogénétique dans les applications de dosimétrie.

Cette thèse vise à développer un système intégré et autonome en utilisant la technologie piézoélectrique soit pour l’actionnement ou pour la récupération d’énergie. Nous avons testé cette configuration sur un Lab on Chip (LOC) destiné à des applications médicales et environnementales. Ce LOC est utilisé pour la surveillance des polluants et des toxines dans des échantillons d'eau ou d'air. Pour assurer son bon fonctionnement, le LOC doit intégrer trois éléments essentiels : un système de fluidique, un système de détection et un système d'alimentation. La combinaison de ces trois composantes primordiales permet d'obtenir un dispositif autonome et totalement intégré. Dans le cadre de ce travail de recherche, deux systèmes sont mis en place : le système fluidique et le système d'alimentation. Au sein du premier système, une micro pompe à une membrane piézoélectrique a été étudiée à travers des analyses théoriques et des simulations sur COMSOL Multiphysics, confirmant la capacité du design choisi à pomper des débits importants de deux types de fluides, notamment les gaz et les liquides. Les résultats obtenus de cette étude ont montré que la micro pompe capable de fonctionner à des tensions faibles tout en manipulant des débits importants, pouvant aller jusqu'à plusieurs dizaines de microlitres. Cette capacité permet de répondre aux exigences en matière de quantité de fluide nécessaire à la circulation dans la zone de détection du système de laboratoire sur puce. Une puissance énergétique de l’ordre milliwatt a été calculé pour le bon fonctionnement de la micro pompe et ses modules électroniques. Pour répondre aux exigences énergétiques du système, un micro générateur piézoélectrique a également été développé. Ce dispositif convertit l'énergie biomécanique générée par la flexion du genou en énergie électrique, à travers une poutre piézoélectrique fixée à la face arrière du genou. Pendant la marche, la flexion du genou se transforme en énergie électrique, laquelle est ensuite mise en forme par un circuit redresseur de type AC-DC, rendant cette puissance exploitable par les composants électroniques du système. Les résultats obtenus de cette conversion indiquent que les niveaux de puissance générés augmentent avec l'intensité de la flexion du genou, atteignant des valeurs de dizaines de milliwatts qui se situent dans la plage nécessaire pour garantir un fonctionnement continu et en temps réel de système fluidique. Cette approche contribue à la réalisation d'un système intégré et autonome, optimisé tant sur le plan énergétique que fonctionnel.

Cette thèse explore l’utilisation des métasurfaces programmables (MP) dans le cadre de deux applications de communications sans fil. Dans la première partie, nous concevons et fabriquons un prototype de métasurface programmable massive, utilisé pour ajuster le facteur K des canaux de Rice dans une chambre réverbérante afin d’émuler des environnements de test réalistes. Nous mettons en évidence les limites des MP pour réduire la quantité d’énergie non brassée, essentielle à l’émulation des évanouissements de type Rayleigh, un aspect clé des tests de compatibilité électromagnétique (CEM). La seconde partie de la thèse se concentre sur l’analyse des origines de cette énergie non brassée et propose des solutions pour l’éliminer. Enfin, la dernière partie porte sur une application de communication par rétrodiffusion assistée par MP, où, cette dernière sert à encoder l’information numérique. Nous démontrons l’importance de la diffusion dans l’environnement pour améliorer la focalisation à une échelle sub-longueur d’onde et réduire le taux d’erreur binaire (BER).

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.

Le déploiement de l’Internet des objets (IoT) est souvent limité par la capacité des batteries. Afin d’augmenter leur durée de vie, cette thèse explore l’utilisation de l’énergie radiofréquence (RF) comme source alternative pour alimenter une wake-up radio (WuRx) à ultra faible consommation. L’utilisation de ces WuRx permet de maintenir des dispositifs IoT, tels que des capteurs sans fil, en veille profonde à faible consommation et de les réveiller lorsque cela est nécessaire. Le premier défi consiste à concevoir un circuit de récupération d’énergie RF capable de fournir une tension régulée à partir de faibles niveaux de puissance RF. Une solution innovante est proposée sur la base de redresseurs RF à diode Schottky utilisant la technique inductive. Avec de faibles niveaux de puissance à son entrée, ce circuit permet de maintenir le fonctionnement d’un circuit de gestion d’énergie, qui alimente ensuite une WuRx semi-active et stocke de l’énergie lorsque des niveaux de puissance élevés sont disponibles. En raison de la nature intermittente de l’énergie RF, le second défi consiste à adapter la consommation d’énergie de la WuRx. Aspect abordé en modulant sa qualité de service, définie comme le nombre de signaux traités parmi tous les signaux reçus, en fonction du niveau d’énergie RF récoltée dans une batterie.

Un défi majeur pour les systèmes autonomes est de fonctionner dans des conditions d’incertitude du monde réel. Les robots s’appuient sur des modèles de leur environnement et d’eux-mêmes pour prendre des décisions, mais ces modèles sont intrinsèque- ment des approximations. Par conséquent, des paramètres incertains peuvent entraîner des écarts significatifs entre le comportement prévu et réel du système. Cette thèse aborde le problème des incertitudes paramétriques en développant des trajectoires intrinsèque- ment robustes. En optimisant ces trajectoires dans le cadre du système en boucle fermée à l’aide de nouveaux concepts de sensibilités d’état et d’entrée introduits dans ce travail, l’approche améliore les performances des robots dans des conditions incertaines. L’objectif principal de cette thèse est d’étendre et d’appliquer ces méthodes basées sur la sensibilité pour la planification de trajectoires robustes. La validité du cadre d’optimisation proposé est évaluée empiriquement à travers de vastes campagnes statistiques, tant en simulation que dans des expériences réelles, sur deux plateformes robotiques largement utilisées : un drone quadrirotor et un manipulateur robotique.

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.

Ce travail de thèse est consacré à une architecture photonique originale, la boucle a décalage de fréquence, et à ses applications. Dans un premier temps, nous avons réalisé et caractérise une boucle à décalage de fréquence, dans laquelle le décalage est produit par un modulateur électro-optique. Nous avons démontré des taux de répétitions jusqu’à 20 GHz, et modélise les propriétés de bruit de phase des signaux ainsi produits. Dans un deuxième temps, nous avons démontré la pertinence de cette architecture pour le lidar cohérent. Nous avons réalisé une double boucle à décalage de fréquence permettant de générer deux peignes de fréquences mutuellement cohérents. Nous avons démontré une résolution millimétrique pour un temps d’acquisition de 50 μs, et une électronique de détection relativement lente (10 Mech/s). Dans un troisième temps, nous avons cherché à utiliser cette architecture pour réaliser un capteur acoustique distribue en utilisant la rétro-diffusion Rayleigh dans une fibre optique. Nous avons donc modifie l’architecture précédente en utilisant des décaleurs acousto-optiques. Nous avons pu ainsi mesurer la phase intégrée le long de la fibre ainsi que l’indice distribue, avec une précision de l’ordre de quelques 10−5, une résolution spatiale de l’ordre du cm.

Le syndrome d'apnée du sommeil (SAS) est un trouble caractérisé par des arrêts et des diminutions du flux respiratoire pendant le sommeil. L'observabilité des fonctions cardio-respiratoires dans le SAS reste un véritable défi, et de nouvelles méthodes interprétables doivent être proposées en se basant sur l'acquisition de signaux non invasifs. L’objectif principal de cette thèse est de proposer une approche basée sur des modèles computationnels et des méthodes de traitement du signal afin de mieux comprendre la réponse cardio-respiratoire aiguë aux épisodes d’apnées, en se basant sur des signaux de temps de transit du pouls (PTT) et de ballistocardiographie (BCG). Une chaine de traitement du signal de PTT a été développée, et a permis de classifier les apnées centrales et obstructives sur une base de données cliniques de patients du SAS. Un nouveau modèle des interactions cardio-respiratoires a été proposé et analysé pour la simulation des signaux de PTT et de BCG, afin d'extraire les facteurs physiologiques les plus influents sur ces signaux autour des apnées. Ce travail permet d'améliorer la compréhension des mécanismes cardio-respiratoires modulant ces signaux, et d'ouvrir la voie vers des approches à base de jumeaux numériques pour l'optimisation de la prise en charge des patients.

Les Oscillations Haute Fréquence (HFO : 80-600 Hz) et en particulier les Fast-Ripples (FRs : 200-600 Hz) suscitent un intérêt croissant au cours des dernières décennies en tant que biomarqueur des réseaux  épileptogènes chez les patients souffrant d'épilepsie pharmacorésistante, candidats à la chirurgie. Les études ont révélé que les FRs proviennent de petits groupes de neurones hyperexcitables, qui nécessitent l'utilisation de microélectrodes intracérébrales pour leur enregistrement. Néanmoins, l'enregistrement des FRs à l'aide de microélectrodes métalliques conventionnelles reste difficile en raison de leur petite taille, qui augmente l'impédance, ce qui se traduit par un faible rapport signal à bruit et de la distorsion du signal. Cette thèse présente une approche guidée par la modélisation pour la conception de microélectrodes optimisées pour l'enregistrement des FRs. En particulier, est étudié le surfaçage des microélectrodes métalliques avec un polymère conducteur, notamment le Poly(3,4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate de sodium (PEDOT:PSS). Un modèle computationnel neurophysiologique a été utilisé pour développer un modèle biophysique d'interface électrode-tissu cérébral, qui a été confronté à des enregistrements expérimentaux chez des souris épileptiques. De nouvelles électrodes organiques en carbone et en soie incorporant du PEDOT:PSS ont prouvé leur capacité à enregistrer des FRs en expérimentation. De plus, des mesures de spectroscopie d'impédance in vivo ont été effectuées pour étudier les propriétés électriques du tissu cicatriciel qui se forme autour des électrodes après l'implantation. Il a été déterminé que le tissu cicatriciel n'affectait pas l'enregistrement des FRs. Finalement, une grille flexible de microélectrodes en parylène-C avec du PEDOT:PSS a montré des résultats préliminaires prometteurs. Les perspectives de ce travail incluent la conception d'implants neuronaux pour d'autres applications dans lesquelles un enregistrement chronique sur de longues périodes est nécessaire.