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La paralysie cérébrale (PC) spastique est une pathologie qui touche près d’un enfant sur 500 à la naissance. Cette pathologie crée de nombreux problèmes moteurs notamment lors de la marche comme des mouvements involontaires due à une hypertonie musculaire appelée aussi spasticité. Chaque paralysie cérébrale a sa propre sévérité mesurée par différentes échelles. Actuellement, très peu d’aides motrices sont disponibles pour les enfants, le marché des assistances robotisées se focalisant principalement sur les adultes (anthropométrie constante et pathologie peu évolutive).L’objectif du projet EXOKID, dont cette thèse est issue, est donc de permettre à davantage d’enfants atteints de paralysie cérébrale d’avoir accès à un système robotisé à anthropométrie adaptée. Ce système doit pouvoir évoluer en fonction de leur croissance et de l’évolution de leur pathologie afin d’améliorer leur marche tant dans un contexte de rééducation au sein de structures adaptées que dans leur mobilité quotidienne.L’enfant, atteint de cette paralysie cérébrale, doit être pris en charge le plus tôt possible. Le but est de permettre à ce que l’enfant apprenne à marcher : en effet, la plasticité cérébrale des enfants est plus importante que celle des adultes et permet potentiellement à l’enfant d’apprendre rapidement, malgré d’éventuelles lésions cérébrales.Deux sœurs jumelles, dont l’une est atteinte de PC spastique, ont été étudiées. Cette gémellité nous a permis d’avoir des anthropométries proches et d’utiliser les données de la jumelle saine comme référence pour améliorer la marche spastique de sa sœur.Cette thèse s’articule ainsi autour de deux grands champs : la biomécanique et la robotique. Une étude de l’impact de paralysie cérébrale spastique sur la marche humaine a été réalisée. Cette étude a été suivie par une modélisation de la marche spastique et de l’interaction entre un enfant atteint de PC spastique et un exosquelette dans le but d’améliorer la cinématique de l’enfant.Cette thèse a abouti à la modélisation personnalisée d’une marche spastique ainsi que d’un premier contrôle de cette marche, par le biais d’une interaction exosquelette-humain, afin de la faire converger vers une marche plus saine., Spastic cerebral palsy is a pathology that affects nearly one child in 500 at birth.This pathology creates numerous motor problems, particularly when walking, suchas involuntary movements due to muscular hypertonia, also called spasticity. Eachcerebral palsy has its own severity measured by different scales. Currently, very fewmotor aids are available for children, as the market for robotic aids focuses mainlyon adults (constant anthropometry and pathology that does not evolve much). Theobjective of the EXOKID project, from which this thesis stems, is therefore to allowmore children with cerebral palsy to have access to a robotic system with adaptedanthropometry. This system must be able to evolve according to their growth andthe evolution of their pathology in order to improve their walking both in the contextof rehabilitation within adapted structures and in their daily mobility. The child,suffering from this cerebral palsy, must be taken in charge as soon as possible. Theaim is to enable the child to learn to walk : indeed, the cerebral plasticity of childrenis more important than that of adults and potentially allows the child to learnquickly, despite possible cerebral lesions.Two twin sisters, one of whom has spastic PC, were studied. This twinhood allowedus to have close anthropometries and to use the data of the healthy twin as areference to improve the spastic gait of her sister. This thesis is thus articulatedaround two main fields : biomechanics and robotics. A study of the impact of spasticcerebral palsy on human walking was carried out. This study was followed by amodelling of a spastic walking and the interaction between a child suffering fromspastic cerebral palsy and an exoskeleton with the aim of improving the child’skinematics. This thesis resulted in the personalised modelling of a spastic gait anda first control of this gait, through an exoskeleton-human interaction, in order tomake it converge towards a healthier gait.

Naval mine hunting missions consist in detecting and locating mines. To reduce human risk, this mission can be realized with an autonomous multi-robot system. However, the underwater context imposes extremely strong constraints on communications, which imply major difficulties in establishing cooperation strategies. Moreover, these missions are dynamic by nature because it is necessary to identify the detected suspicious objects. The robots must therefore react to new targets and distribute them within the fleet. Finally, there may be more than one way to achieve an objective, and specific constraints may be imposed by the operator. These elements induce complex dependencies on the tasks to achieve.The distribution of these objectives within the system defines ``Multi-Robot Task Allocation Problems (MRTA)'' to be solved before and during the mission. Given the specificities of the mission, such as communication constraints and complex dependencies that may link tasks, solving an MRTA problem is difficult. The solution of an MRTA problem defines a plan to be executed by the robots. The execution of this plan is, however, not deterministic. Therefore, each robot must supervise the plan execution in order to detect deviations, which must be repaired to not compromise the mission. The implementation of decision, supervision, and repair algorithms that are able to meet these challenges is at the heart of our work. We propose to base these algorithms on methods mixing auction-based allocation and hierarchical planning. Finally, we leverage the rich structures used by the decision algorithm to allow robots to supervise and repair their plans., Une mission de chasse aux mines consiste à détecter et localiser des mines, et peut être réalisée grâce au déploiement d'une flotte de robots sous-marins en coopération. Le contexte sous-marin impose cependant des contraintes sur les communications, impliquant des difficultés à l’établissement des stratégies de coopération. Par ailleurs, cette mission est par nature dynamique puisqu'il faut faire face à des aléas, par exemple la détection d'une nouvelle mine va induire de nouveaux objectifs pour le système multirobots. Enfin, il peut exister plusieurs manières de réaliser un objectif, et des contraintes spécifiques peuvent être imposées par l’opérateur. Ces éléments induisent des dépendances complexes entre les tâches à exécuter.Les répartitions de ces objectifs au sein du système définissent des problèmes d’allocation de tâches multirobots (« Multi-Robot Task Allocation » ou MRTA) devant être résolus avant et pendant la mission. Au regard des spécificités de la mission, telles que les contraintes de communication et les dépendances complexes pouvant lier les tâches, la résolution d’un problème de MRTA est difficile. La solution d’un problème de MRTA définit un plan qui doit être exécuté par les robots. L’exécution de ce plan n’est cependant pas déterministe, chaque robot doit donc superviser l’exécution de son plan afin d’en détecter les divergences. Au même titre que l’intégration de nouveaux objectifs, ces divergences sont des aléas qu’il faut réparer afin de ne pas compromettre la mission. La mise en place d’algorithmes de décision, de supervision, et de réparation, aptes à répondre à ces défis est au coeur de nos travaux. Nous proposons d! e faire reposer ces algorithmes sur des méthodes entremêlant allocation par enchères et planification hiérarchique. Enfin, nous tirons profit des structures riches utilisées par l’algorithme de décision pour permettre aux robots de superviser et réparer leurs plans.

In a context of Earth observation, spectral imagery allows a fine understanding of the observed scene. However, it generates a large amount of data which is generally processed afterwards in a ground station. In order to optimize the information flow, the paradigm of compressive sensing/sampling proposes to optically encode the incident light and to rely on processing to extract the semantic information of interest or to reconstruct the signal. This approach, which integrates optical systems and signal processing, requires new design methods and tools necessary for instrument development.This thesis deals with the joint design of an optical system, the CASSI double-disperser, and its associated algorithmic processing. Reflections were carried out on how to dimension the system as a whole, taking into account the close links between these two disciplines. It is necessary to use a design environment that allows to evaluate these interdependencies and to quickly test new optical and algorithmic configurations. A physical model has been proposed to describe the propagation of light through our instrument. It has been integrated into a compressed hyperspectral image acquisition simulator that includes various physical phenomena. This one interfaces easily with the data processing module, used to reconstruct the signal or extract semantic information.A prototype has been developed in order to explore the possibilities opened by these systems in an earth observation context. Particular attention has been paid to the adaptability of the optical encoding performed by the system. By basing ourselves on an array of micro-mirrors playing the role of spatial light modulator, the spectral filtering obtained is dynamic. It can thus adapt to the observed scene and allows the development of acquisition schemes specific to the missions that are entrusted to it. The experimental part of the thesis consisted in assembling, aligning and calibrating the optical system. Software and hardware tools have been developed to facilitate its realization., Dans un contexte d’observation de la Terre, l’imagerie spectrale permet une compréhension fine de la scène observée. Elle génère cependant une large quantité de données qui est généralement traitée à posteriori dans une station sol. En vue d’optimiser le flux d’informations, le paradigme de l’acquisition compressée propose d’encoder optiquement la lumière incidente et de s’appuyer sur des algorithmes de traitement pour extraire les informations sémantiques d’intérêt ou reconstruire le signal. Cette approche, qui intrique système optique et traitement du signal, nécessite de revoir les méthodes et outils de conception nécessaires au développement des instruments.La thèse porte sur la conception conjointe d’un système optique, le double-disperseur CASSI, et du traitement algorithmique qui lui est associé. Des réflexions ont été menées sur la manière de dimensionner le système dans sa globalité, en prenant en compte les liens étroits entre ces deux disciplines. Il convient d’utiliser un environnement de conception qui permette d’évaluer ces interdépendances et de tester rapidement de nouvelles configurations optiques et algorithmiques. Un modèle physique a été proposé pour décrire la propagation de la lumière à travers notre instrument. Il a été intégré à un simulateur d’acquisition d’images hyperspectrales compressées qui inclus divers phénomènes physiques. Celui-ci s’interface facilement avec le module de traitement des données, utilisé pour reconstruire le signal ou extraire des informations sémantiques.Un prototype a été développé dans le but d’explorer les possibilités ouvertes par ces systèmes dans un contexte d’observation de la terre. Une attention particulière a été portée à l’adaptativité de l’encodage optique effectuée par le système. En nous basant sur une matrice de micro-miroirs jouant le rôle du modulateur spatial de lumière, le filtrage spectral obtenu est dynamique. Il peut donc s’adapter à la scène observée et permet de mettre au point des schémas d’acquisitions spécifiques aux missions qui lui sont confiées. La partie expérimentale de la thèse a consisté à assembler, aligner puis étalonner le système optique. Des outils logiciels et matériels ont été développés pour faciliter sa réalisation.

The objective of this thesis, funded as a CIFRE contract with STMicroelectronics Crolles, is to develop methodologies and decision support tools that allow the efficient management of production flows in the Crolles300 plant by detecting, as early as possible, any slowdowns or even delays in an automated production line for all products. In this work, we first describe how semiconductor factories operate, how planning is performed on complex production lines and how planning softwares actually create production plans. This industrial business is subject to a strong variability and the analysis of this variability has led us to assert that the detection of time drifts between the real production flow and the plan could be only achieved by comparing flows at the elementary operational level of the production line. To solve this problem, we propose to define a set of formal model-based diagnostic methods over systems that can modeled as Timed Event Graph (TEG) in order to detect and localize time drifts. TEGs are a subclass of time Petri nets that graphically represent (max,+)-linear systems. Two detection methods are then proposed. The first one is based on (max,+) observers that estimate the current state of the system facing time disturbances. This method can also be used to localize time drifts in (max,+)-linear systems. The second proposed method applies to linear (max,+)-systems with bounded uncertain time, i.e. systems whose waiting time in state is no longer punctual but belongs to a time interval. Finally, the use of both methods is illustrated on an example using real data from the production line., L’objectif de cette thèse en contrat CIFRE avec STMicroelectronics Crolles est de développer des méthodologies et des outils d’aide à la décision permettant de gérer efficacement les flux de production de l'usine Crolles300 en détectant au plus tôt les ralentissements voire les retards d’une ligne automatisée de production sur l’ensemble des produits. Dans ces travaux, on décrit dans un premier temps le fonctionnement des usines de semi-conducteurs, les principes de planification sur des chaînes de production complexes et en particulier le fonctionnement des outils de planification. Ce contexte industriel est sujet à une forte variabilité et son analyse a permis d’identifier que la détection des retards entre la production et la planification ne pouvait se faire par comparaison qu’au niveau élémentaire des opérations sur la chaîne de production. Pour résoudre ce problème, on propose de définir un ensemble de méthodes formelles de diagnostic à base de modèle en s’appuyant sur la modélisation du système à l’aide du formalisme des Graphes d’Événements Temporisés (GET) en vue de détecter et de localiser des dérives temporelles. Les GET sont une sous-classe des réseaux de Petri temporels qui permet de représenter graphiquement des systèmes (max,+)-linéaires. Deux méthodes de détection sont proposées. La première est définie à l’aide d’observateurs (max,+) permettant d’estimer l’état courant du système faisant face à des perturbations. Cette méthode peut également être exploitée pour localiser la dérive temporelle dans le système (max,+)-linéaire. La seconde méthode proposée s’applique sur des systèmes (max,+) linéaires à temps incertain borné, c’est-à-dire des systèmes dont les temps d’attente dans les états ne sont plus fixes mais appartenant à des intervalles. Enfin, l’utilisation de ces deux méthodes est illustrée sur un exemple en s’appuyant sur des données réelles de la chaîne de production.

Nowadays, Neural Networks (NNs) are widely and successfully used for many large-scale and complex machine learning tasks, such as image classification, voice recognition recommender system, and have attracted the attention of many community researchers. However, even though neural networks are powerful, they are generally neither robust nor reliable. This means that, for some input examples, neural network classifiers can produce unstable predictions of their labels, i.e., classifiers are sensitive to small input changes, which is problematic in some crucial areas such as auto-driving or aerospace. Therefore, the robustness of neural networks has become a critical issue in the machine learning community in recent years. Robustness for NNs has two main facets: robust trai! ning and robust verification. In this thesis, we mainly focus on verifying the robustness of pre-trained NNs. Based on semi-definite programming, we first develop a sublevel hierarchy for polynomial optimization problems and then apply it to robustness verification of NNs. Our approaches show empirical improvements over other related methods., De nos jours, les Réseaux de Neurones (RN) sont largement et avec succès utilisés pour de nombreuses tâches d’apprentissage automatique à grande échelle et complexes, telles que la classification d’images, le système de recommandation de reconnaissance vocale, et ont attiré l’attention de nombreux chercheurs de la communauté. Cependant, même si les réseaux de neurones sont puissants, ils ne sont généralement ni robustes ni fiables. Cela signifie que, pour certains exemples d’entrées, les classificateurs de réseaux de neurones peuvent produire des prédictions instables de leurs étiquettes, c’est-à-dire que les classificateurs sont sensibles aux petits changements d’entrée, ce qui est problématique dans certains domaines cruciaux comme la conduite automobile ou l’aérospatiale. Par conséquent, la robustesse des ! réseaux de neurones est devenue un problème critique dans la communauté de l’apprentissage automatique ces dernières années. La robustesse a principalement deux facettes : une formation robuste des RN et une vérification robuste des RN. Dans cette thèse, nous nous concentrons principalement sur la v! érification de la robustesse des RN pré-formés. Sur la base de la programmation semi-définie, nous développons d’abord une hiérarchie de sous-niveaux pour les problèmes d’optimisation polynomiale, puis nous l’appliquons à la vérification de robustesse des RN. Nos approches montrent des améliorations empiriques par rapport à d’autres méthodes connexes.

An attractive approach for the energy industry’s transition to sustainable and clean energy is the use of solar radiation to produce H2. Among the different artificial photocatalytic processes, H2 production through water splitting is probably the most intensely studied as the molecular gas exhibits a high volumetric energy density, no carbon footprint and can be either directly burned or used in fuel cells to produce electricity. In this process, light irradiation drives the redox reactions, as the photon excitation causes electronic transitions, that generate electron–hole pairs. Holes decompose water into protons (H+), while the electrons reduce the absorbed H+ to H2. In this context, this dissertation explores technological solutions, and discusses the principal mechanisms that yield the H2 production under UV and Visible light irradiation on thin films TiO2-based photocatalysts which were fabricated at the clean room facility of LAAS-CNRS. The first study presents the fabrication of hybrid TiO2/Au nanoparticle structures. Multiple characterization evidenced improvement on the charge carrier transport thanks to the synergistic mechanisms involving the Schottky barrier formation and plasmonic effects. In the second study, a technological approach is developed for the fabrication of 3D photocatalysts based on a silicon micromachining process, where TiO2/Au and Pd nanoparticles are further integrated. The influence of the enlarged surface on the morphology, quality, and catalytic performance is thoroughly investigated and correlated to the H2 production. In the third study, the type and nature of defects, being oxygen vacancies and Ti interstitials are induced through thermal annealing on TiO2 thin films, which are analyzed from the viewpoint of the electronic structure. The formation of intrinsic intermediate states in the band gap was correlated to the presence of these defects, which play a decisive role in ! the charge carrier kinetics. Discussion about promising results and challenges are also covered. Hence, these results give new directions for the fabrication of robust and light-driven photocatalysts for a broad range of applications from photocatalysis, electronics, sensing elements, to 3D metamaterials., Une approche importante pour assurer une transition industrielle s’appuyant sur une énergie durable et propre est l'utilisation du rayonnement solaire pour la production d’H2. Parmi les différents processus photocatalytiques artificiels, la production de H2 par craquage de molécules d'eau est probablement la plus étudiée car le gaz moléculaire présente une densité d'énergie volumétrique élevée, une empreinte zéro carbone, et peut être directement brûlé ou utilisé dans des piles à combustible pour produire de l'électricité. Dans ce processus, l'irradiation lumineuse entraîne des réactions redox, car l'excitation photonique provoque des transitions électroniques qui génèrent des paires électron-trou. Les trous permettent de décomposer l’eau pour générer des protons (H+), tandis que les électrons réduisent les protons adsorbés en H2.Cette thèse explore des solutions technologiques et discute des principaux mécanismes qui conduisent à la production d’H2 sous irradiation UV via l’utilisation de photocatalyseurs à base de TiO2 déposé en couches minces dans la salle blanche du LAAS-CNRS.La première étude présente la fabrication de structures hybrides films mioncesTiO2/nanoparticule d’Au. Nous démontrons l'amélioration du transport des porteurs de charge grâce aux mécanismes synergiques impliquant la formation de barrières Schottky et des effets plasmoniques. Dans la deuxième étude, une approche technologique est développée pour la fabrication de photocatalyseurs 3D basée sur un procédé de micro-usinage silicium, où le photocatalyseur hybride TiO2/Au et TiO2/Pd sont davantage intégrées. L'influence de l’augmentation de surface sur la morphologie, la qualité et les performances catalytiques du photocatalyseur est détaillé et corrélé à la production d’H2. Dans la troisième étude, le type et la nature des défauts, à savoir des lacunes d'oxygène et des interstitiels de Ti, sont induits par recuits thermiques et caractérisés du point de vue de la structure électronique des surfaces photocatalytiques. La formation d'états ! intermédiaires intrinsèques dans la bande interdite est bien corrélée à la présence de défauts qui jouent un rôle déterminant dans la cinétique des porteurs de charge. Nous discutons l’ensemble de ces résultats et les défis qu’ils soulèvent. De nouvelles orientations pour la fabrication de photocatalyseurs robustese pour un large éventail d'applications allant de la photocatalyse, de l'électronique, des éléments de détection, aux métamatériaux 3D.

In all fields, wireless instrumentation is undergoing a real development. Sensors and radio communications systems are now available with very low power consumption. However, the use of non-rechargeable batteries limits the autonomy of these systems. The capture of ambient energy (light, thermal gradient) with a suitable transducer (photovoltaic panel, thermo-electro-generator) combined with energy storage on supercapacitors and some electronics, offers the required autonomy in many contexts. The presentation will show relevant use cases (aeronautics, industry, environment) in the range 1mW to 10W. It will detail the constitution and operating principle of an autonomous power supply using energy harvesting and storage on supercapacitors. The key points to be resolved to achieve the sizing and the control of such a set will then be presented., Dans tous les domaines, l’instrumentation sans fil connait un réel développement. On trouve maintenant des capteurs et des systèmes de communications radio à très faible consommation. Toutefois l’utilisation de piles ou batteries non rechargeables limite l’autonomie de ces systèmes.La capture de l’énergie ambiante (lumière, gradient thermique) avec un transducteur adapté (panneau photovoltaïque, thermogénérateur) associé à un stockage de l’énergie sur des supercondensateurs et un peu d’électronique, apporte l’autonomie dans beaucoup de contextes, sur une plage de puissance allant de 1 mW à 10W.La présentation montrera des cas d’usages pertinents (aéronautique, industrie, environnement) et détaillera la constitution et le principe de fonctionnement d’une alimentation autonome utilisant la récupération d’énergie et un stockage sur supercapacités. Les points clés à résoudre pour réaliser le dimensionnement et le pilotage d’un tel ensemble seront ensuite présentés.

This thesis explores how to generate paths for legged robot locomotion.One approach to tackle the locomotion problem is its division into three sequential modules: navigation to generate a guide path that the robot has to follow, contact planning along this guide path, and finally the robot whole-body motion. This division greatly reduces the locomotion problem complexity, but raises the critical question of the "feasibility" between the different modules. In this context, this thesis explores the feasibility problem between the navigation and the next modules, in other words: "How to generate feasible paths by the robot?"A naive approach is to use a reduced model of the robot with two conditions: the robot trunk must not collide with the environment, and the robot feet must be able to reach the ground all along the path. But these two conditions are not sufficient to approximate path feasibility. To refine these conditions, another approach is to consider the traversability of the terrain, to generate more likely easier paths for the robot. This thesis explores a different approach that is to learn by reinforcement how to generate feasible paths directly from the contact planner.My contribution is a local steering method, named Leas, which locally navigates the terrain in the desired direction using a height map. Leas learns from the contact planner validation what is a feasible path by it, and consequently adapts its navigation behavior.This steering method has been connected to three contact planners, each having different strategies. I will explain its results and limitations for legged robot locomotion in complex environments., Le but de ma thèse est d’apprendre comment générer des chemins pour la locomotion de robots à pattes.Une approche possible au problème de la locomotion est une division en trois modules séquentiels qui sont: la navigation pour générer un chemin (ou guide) que le robot devra suivre, la planification de ses pas tout le long du chemin, puis enfin le mouvement corps complet du robot pour les réaliser. Cette division permet de réduire la complexité du problème, mais amène la question critique de la "faisabilité" entre les différents modules. Dans ce contexte, cette thèse s'intéresse à la question de la faisabilité entre le module de navigation et les autres modules, autrement dit: "Comment générer des chemins faisables par le robot?"Une approche naïve repose sur un modèle réduit du robot apportant deux conditions: le tronc du robot ne soit pas en collision avec l'environnement, et les pieds du robot doivent pouvoir atteindre le sol tout le long du chemin. Mais ces deux conditions ne sont pas suffisantes pour approximer la faisabilité des chemins. Pour raffiner ces conditions, une deuxième approche est de s'intéresser au concept de traversabilité des terrains, afin de de générer des chemins plus faciles pour le robot. Cette thèse explore une autre approche qui est d'apprendre par renforcement à générer des chemins faisables directement via le planificateur de contact.Ma contribution est une méthode de pilotage, nommée Leas, qui grâce à une carte d'élévation locale navigue le terrain dans une direction désirée. Leas apprend via la validation par le planificateur de contact ce qu'est un chemin faisable par lui, et modifie ses comportements de navigation en conséquence. Cette méthode de pilotage a été connectée à trois planificateurs de contacts ayant des stratégies différentes. Je vais montrer ses résultats et ses limitations pour la locomotion de robot à pattes dans des environnements complexes.

Network Function Virtualization (NFV) is widely expected to be a backbone of the future service providers by allowing to run Virtualized Network Functions (VNF) on top of generic Commercial-Off-The-Shelf (COTS) hardware, anytime and anywhere in the network. This revolutionary concept transforms how VNFs, along with their connectivity through the Network Service (NS) concept, are designed, deployed, and managed. Intuitively, the agility and cost-effectiveness aim to decrease CAPital EXpenditure (CAPEX) and OPrational EXpenditure (OPEX). However, in order to accomplish such goal, both technological, conceptual, and management advances are required.At present, operational NS provisioning and management solutions are not mature enough. On the one hand, a lack of a shared understanding of VNF descriptions and automated discovery mechanisms, which can undoubtedly be observed due to the heterogeneity of technologies and providers, make the NS design phase non-efficient and time-consuming. On the other hand, following the standards specification, NS provision necessarily implies instantiating all the involved VNFs and configuring all connectivity mentioned in the description template. This rigid instantiation obliges NS providers to anticipate, compose, and configure all possible VNFs and connectivities. Moreover, optimal and automatic placement of the composed VNFs and mapping them to the available resources over the multi-domain environment while considering QoS and SLA constraints can be evenly essential.This thesis intends to address the aforementioned practical challenges and propose using a standard and convenient domain language through ontological approaches to describe and discover NFV components. Further, we introduce a novel approach that enables dynamic and re-configurable wiring among VNF in a given NS. Besides, a lazy resources allocation solution to the Network Service Embedding problem is proposed. This solution optimizes both VNF placement for each network service along with traffic routing across VNFs while satisfying constraints like location and latency., La virtualisation des fonctions réseau (NFV) est amené à devenir l'épine dorsale des futurs fournisseurs de services en permettant d'exécuter des fonctions réseau virtualisées (VNF) au-dessus du matériel générique Commercial-Off-The-Shelf (COTS), à tout moment et n'importe où dans le réseau. Cette technique de rupture transforme la façon dont les VNF, ainsi que leur connectivité via le concept de service réseau (NS), sont conçus, déployés et gérés. Intuitivement, l'agilité et la rentabilité visent à diminuer les dépenses en capital (CAPEX) et les dépenses opérationnelles (OPEX). Cependant, pour atteindre cet objectif, des avancées technologiques, conceptuelles et de gestion sont nécessaires. À l'heure actuelle, les solutions d'approvisionnement et de gestion NS opérationnelles ne sont pas suffisamment matures. D'une part, un manque de compréhension partagée des descriptions VNF et des mécanismes de découverte automatisés, qui peut sans ! doute être observé en raison de l'hétérogénéité des technologies et des fournisseurs, rend la phase de conception NS non efficace et chronophage. D'autre part, conformément à la spécification des normes, la fourniture de NS implique nécessairement l'instanciation de toutes les VNFs impliquées et la configuration de toutes les connectivités spécifiées dans le modèle de description. Cette instanciation rigide oblige les fournisseurs de NS à anticiper, composer et configurer toutes les VNFs et les connexions possibles. De plus, le placement optimal et automatique des VNFs composites et leur association aux ressources disponibles dans l'environnement multi-domaine tout en tenant compte des contraintes de QoS et de SLA peuvent être également essentiels. Cette thèse vise à relever les défis pratiques susmentionnés et propose d'utiliser un langage de domaine standard et pratique à travers des approches ontologiques pour décrire et découvrir les composants! NFV. En outre, nous introduisons une nouvelle approche qui permet un câblage dynamique et reconfigurable entre VNF dans un NS donné. En outre, une solution d'allocation de ressources paresseuse est proposée pour le problème d'intégration de services réseau. Cette solution optimise à la fois le placement des VNFs pour chaque service réseau ainsi que le routage du trafic entre les VNFs tout en respectant les contraintes telles que l'emplacement et la latence.

The emergence of more powerful, but also more complex, multicore computers presents both an opportunity and new challenges for the integration of mixed criticality systems. These systems, which embed functionalities of different levels of importance, require the respect of temporal requirements. Indeed, the more critical a software is, the more catastrophic the consequences in case of a missed execution deadline. Consequently, mechanisms for operational safety must be put in place to prevent this risk. The use of multicore computers exacerbates this problem with the concurrent execution of tasks that can cause inter-task interference. This is due to the sharing of resources associated with the shared hardware platform. Memory, peripherals, access to buses and shared memory spaces are potential congestion points. This can lead to delays in the execution of critical tasks only due to the parallel execution of lower criticality tasks. Consequently, the risks of non-compliance with real-time requirements become even more prominent. The existing solutions to such a problem are done at the expense of other elements that are becoming equally necessary in the industry, including the maximization of computing resources use. Thus, our proposal seeks to address both the need for real-time guarantees on critical tasks while allowing a good use of the resources offered by multicore computers. This thesis work focuses on the study of critical tasks modeled as functional task chains to guarantee their response times. Each functionality of the system corresponds to a chain of different software components executed sequentially. With this more functional approach to software execution, we propose a Monitoring and Control mechanism that offers guarantees on a critical task chain, by anticipating risks of interference that could lead to a failure. The anticipation consist of pausing temporarily the noncritical tasks to control and mitigate interfer! ence. The objective is to obtain a guarantee of end-to-end response time of the task chain without missing deadlines, with a limitation of interference only when necessary, so that the rest of the time, all the tasks of the system can exploit the computing power and the available resources to the maximum. We propose along with such mechanism an implementation protocol and a first analysis with an experimental platform as a proof of concept to analyze the results obtained with such solution., L'émergence de calculateurs multicœurs plus puissants, mais aussi plus complexes, présente à la fois une opportunité et de nouveaux enjeux pour l'intégration de systèmes à criticité mixte. Ces systèmes, qui embarquent des fonctionnalités de différents niveaux d'importance, requièrent le respect d'exigences temporelles. En effet, plus un logiciel est critique, plus les conséquences en cas de dépassement d'échéance d'exécution peuvent être catastrophiques. Par conséquent, des mécanismes de sûreté de fonctionnement doivent être mis en place pour prévenir ce risque. L'usage de calculateurs multicœurs exacerbe cette problématique avec l'exécution concurrente de tâches qui peut provoquer des interférences inter-tâches. Cela est dû au partage de ressources associées à la plateforme matérielle partagée. La mémoire, les périphériques, les bus d'accès ainsi que les espaces mémoire partagés constituent ainsi des points de congestion potentielle. Cela peut alors mener à des retards dans l'exécution de tâches critiques uniquement du fait de l'exécution parallèle de tâches à plus faible niveau de criticité. En conséquence, les risques de non-respect des exigences temps-réel deviennent d'autant plus importants sur ces processeurs. De plus, la complexité croissante des architectures matérielle rend aussi plus difficile de complètement maîtriser et prévenir en amont tout risque d'interférences. Les solutions existantes à un tel problème se font au détriment d'autres éléments qui deviennent tout autant nécessaires dans l'industrie, dont notamment la maximisation d'usage des ressources de calcul. Ainsi, notre proposition cherche à répondre à la fois au besoin de garanties temps-réel sur les tâches critiques tout en permettant une bonne utilisation des ressources offertes par les calculateurs multicœurs. Dans ce cadre, ces travaux se focalisent sur l'étude des tâches critiques sous forme de chaînes de tâches fonctionnelles. De fait chaque fonctionnalité exécutée correspond à une chaîne de différents blocs logiciels exécutés séquentiellement. Avec cette approche, on propose un mécanisme de Surveillance et de Contrôle qui offre des garanties minimales sur une chaîne de tâche critique, par anticipation de risques d'interférences qui pourraient mener à une défaillance. L'! anticipation ayant pour moyen de neutralisation des interférences la mise en pause temporaire des tâches non critiques. L'objectif est d'obtenir une garantie d'exécution bout-en-bout de la chaîne de tâche sans dépassement d'échéance, avec une limitation des tâches non critiques uniquement quand nécessaire, de façon à ce que le reste du temps, on puisse exploiter au maximum la puissance de calcul et les ressources disponibles. Avec un tel mécanisme, nous proposons un protocole d'implémentation et de calibration, ainsi qu'une première analyse à partir d'une plateforme expérimentale dédiée.

To enhance the mobility experience, millions of connected vehicles are envisioned to act as information miners in a massive distributed system. In this system, each vehicle embeds multiple sensors to acquire local information from the environment. This information is then transferred to the Cloud, where it is used by services to generate global and frequently updated knowledge of the environment. This knowledge makes possible a better anticipation of future situations in an electronic horizon that extends beyond the perception of on-board sensors.The overwhelming amount of data generated by the vehicle fleet as well as the highly dynamic nature of the environment require efficient and adaptive optimization of the data flow transferred from vehicles to the Cloud. In this thesis, we propose elements of solution to this problem.To start, we set out the framework of the initial problem and the assumptions we have made to make the problem tractable. We propose to decompose our problem in a multi-time-scale model, a model classically encountered in operational research.Then, we model the problem at the vehicle’s level as a value-based scheduling problem using flexible real-time concepts. We experimentally evaluate a set of greedy on-line algorithms chosen for their high adaptive capacity and low complexity, a characteristic suitable for an embedded context. We extend a method of random generation of scenarios to improve the transparency of our results. We also propose to reduce a side effect due to the termination of the simulation, which does not affect all algorithms equally, in order to improve the accuracy of the evaluation. Our results point to an analysis bias present in the literature, and indicate that a simpler algorithm than the one previously considered makes it possible to solve the problem more effectively.Eventually, we study the problem at the Cloud level. A compromise must be found between maximizing the overall wealth generated and meeting the individual needs of each service. We are looking for a way to abstract the concrete expression of the needs of the different services, and to control the influence of each service on the data flow to protect ourselves from famine situations. We envision a market-based control solution, where the power of influence is materialized in numeraire, which is convenient to imagine as cash. Numeraire is distributed periodically to services and can be accumulated by a service to allow it to dynamically adapt its power of influence as its needs evolve. Services have the freedom and responsibility to make good use of the numeraire to acquire the data they want. The influence of services on the flow of data is achieved through interactions with a provision mechanism. To obtain a mechanism that generates desirable effects, we propose to build ! a family of mechanisms based on concepts similar to mechanisms already existing in the literature. We simulate intelligent services, whose behavior is obtained by taking advantage of reinforcement learning techniques, to evaluate the effects obtained with the provision mechanism. Our results indicate that the NE-WR (No-Exclusion Weighted-Rebate) mechanism, which is simple and where the contribution of each service is free, is a good candidate. This mechanism makes it possible to obtain a good compromise between the overall wealth generated by all the services and the satisfaction of individual needs, while allowing each service to influence the flow of data to a fair extent., Pour améliorer l'expérience de la mobilité, il est envisagé que des millions de véhicules connectés agissent en tant que mineurs d'informations dans un système distribué massif. Dans ce système, chaque véhicule embarque de multiples capteurs pour acquérir des informations locales de l'environnement. Ces informations sont ensuite transférées vers le Cloud, où elles sont exploitées par des services pour générer une connaissance globale et fréquemment mise à jour de l'environnement. Cette connaissance rend possible une meilleure anticipation des situations futures dans un horizon électronique qui s'étend au-delà de la perception des capteurs embarqués.L’écrasante quantité de données générées par la flotte de véhicules ainsi que le caractère fortement dynamique de l'environnement imposent une optimisation efficace et adaptative du flux de données transférées des véhicules vers le Cloud. Dans cette thèse, nous proposons des éléments de solution à ce problème.Pour commencer, nous posons le cadre du problème initial et des hypothèses que nous nous sommes imposées pour rendre l'étude du problème abordable. Nous proposons de décomposer notre problème dans un modèle multi-échelle-temporelle, un modèle classiquement rencontré en recherche opérationnelle.Ensuite, nous modélisons le problème au niveau des véhicules comme un problème d’ordonnancement basé-valeur en nous appuyant sur des concepts de temps-réel souple. Nous évaluons expérimentalement un ensemble d'algorithmes gloutons en-ligne choisis pour leur forte capacité adaptative et leur faible complexité, une caractéristique appropriée pour un contexte embarqué. Nous étendons une méthode de génération aléatoire de scénarios afin d’améliorer la transparence de nos résultats. Nous proposons aussi de réduire un effet de bord dû à la terminaison de la simulation, qui n’affecte pas de manière égale tous les algorithmes, afin d’améliorer la justesse de l’évaluation. Nos résultats pointent vers un biais d’analyse présent dans la littérature, et indiquent qu'un algorithme plus simple que celui précédemment considéré permet de résoudre plus efficacement le problème.Finalement, nous étudions le problème au niveau du Cloud. Il faut trouver un compromis entre maximisation de la richesse globale générée et satisfaction des besoins individuels de chaque service. Nous cherchons un moyen d'abstraire l'expression concrète des besoins des différents services, et contrôler l'influence de chaque service sur le flux de données pour nous prémunir de situations de famines. Nous envisageons une solution de contrôle basé-marché, où le pouvoir d'influence est matérialisé par du numéraire, qu'il est pratique d'imaginer comme de la monnaie. Le numéraire est distribué périodiquement aux services et peut être cumulé par un service pour lui permettre d’adapter dynamiquement son pouvoir d’influence avec l’évolution de ses besoins. Les services ont la liberté et la responsabilité de faire bon usage du numéraire pour acquérir les données qu’ils convoitent. L'influence des services sur le flux de données se réalise au tr! avers d'intéractions avec un mécanisme de provision. Pour obtenir un mécanisme qui génère des effets désirables, nous proposons de construire une famille de mécanismes basés sur des concepts similaires à des mécanismes déjà existants dans la littérature. Nous simulons des services intelligents, dont le comportement est obtenu en tirant profit de techniques d’apprentissage par renforcement, pour évaluer les effets obtenus avec le mécanisme de provision. Nos résultats indiquent que le mécanisme NE-WR (No-Exclusion Weighted-Rebate), qui est simple et où la contribution de chaque service est libre, est un bon candidat. Ce mécanisme permet d’obtenir un bon compromis entre la richesse globale générée par l’ensemble des services et la satisfaction des besoins individuels, tout en permettant à chaque service d’influencer le flux de données dans une juste mesure.

The current development of artificial satellites used for telecommunication, scientific and military applications, requires the conception of powerful and reliable electrical sources that can be used in a space environment. On-board systems rely predominantly on photovoltaic conversion and more specifically on multijunction solar cell (MJSC) technology.The standard MJSC structure used in space applications is the triple junction GaInP/(In)GaAs/Ge. In order to increase further the efficiency of this MJSC, it is necessary to optimize photon harvesting in the near infrared region. This can be achieved by replacing the germanium subcell by a subcell with a 1 eV bandgap energy. Even higher efficiencies can be obtained if the 1 eV subcell is integrated within a four-junction architecture. For its integration to be possible, this 1 eV subcell needs to be based on a material with the same lattice parameter as GaAs or Ge. It also needs to photogenerate more than 15 mA/cm² under integration condition and it should exhibit high radiation hardness to enable long lifespan space missions.In the framework of this thesis, we have developed solar cells based on the InGaAsN quaternary to fulfil all these requirements. We have grown solar cell structures and InGaAsN bulk layers by molecular beam epitaxy (MBE). Through multiple material characterizations, we have studied the impact of the growth conditions on the optoelectronic properties of InGaAsN.InGaAsN solar cells were fabricated through clean room technological processing steps (lithography, metallisation, etching). These solar cells were then characterized with current-voltage and quantum efficiency measurements. In MJSC integration conditions, our device could generate current densities as high as 8 mA/cm². Increasing the nitrogen content and the thickness of the absorber would lead to higher photocurrents enabling current-matching in the MJSC. The integration of an InGaAsN subcell within a GaAs/InGaAsN tandem structure was also demonstrated.InGaAsN solar cells and samples dedicated to photoluminescence (PL) and deep level transient spectroscopy (DLTS) analysis were then irradiated with 1 MeV electrons and protons. Comparing the InGaAsN material properties and the solar cell characteristics before and after irradiation allowed us to evaluate the degradation rate of InGaAsN cells. These solar cells exhibit a radiation hardness towards electrons and protons greater than their GaAs counterparts., L’essor des satellites artificiels couvrant des applications de télécommunication et d’observation scientifique, ainsi que des besoins miliaires, requiert le développement de puissants systèmes d’alimentation électrique en milieu spatial. Ces systèmes reposent très majoritairement sur la conversion photovoltaïque et la technologie des cellules solaires à multi-jonction (MJSC).La structure standard de MJSC utilisée pour les applications spatiales est la tri-jonction GaInP/(In)GaAs/Ge. Afin d’augmenter le rendement de cette MJSC, il est nécessaire de mieux exploiter le proche infrarouge en remplaçant la sous-cellule de germanium ou en introduisant une 4e sous-cellule dont l’énergie de bande interdite est égale à 1 eV. Cette cellule doit avoir le même paramètre de maille que Ge ou GaAs et doit être capable de générer environ 15 mA/cm² en condition d’intégration. De plus, il est indispensable que cette cellule soit résistante aux radiations spatiales afin de garantir une longue durée de vie de la structure MJSC.Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le quaternaire InGaAsN pour répondre à ces exigences d’intégration MJSC et de tenue en milieu spatial. Nous avons commencé par faire croître des couches cellules solaires et des couches bulk d’InGaAsN par épitaxie par jets moléculaires (EJM). De nombreuses caractérisations matériaux nous ont permis de comprendre l’impact des conditions de croissance épitaxiale sur les propriétés opto-électroniques de l’InGaAsN et ainsi d’optimiser notre procédé de fabrication.Des cellules solaires ont par ailleurs été fabriquées en salle blanche (lithographie, métallisation, gravure) avant d’être caractérisées par mesure courant-tension et réponse spectrale. En conditions d’intégration MJSC, nos cellules pourraient générer des densités de courant environ égales à 8 mA/cm². L’intégration de ces cellules au sein d’une structure tandem GaAs/InGaAsN a par ailleurs été démontrée.Des cellules solaires InGaAsN ainsi que des échantillons pour la photoluminescence (PL) et la spectroscopie de défauts profonds (DLTS) ont par la suite été irradiés sous électrons et protons 1 MeV. La comparaison des caractéristiques matériaux et cellules avant et après irradiation nous a permis d’analyser les mécanismes de dégradation ayant lieu dans l’InGaAsN. Globalement, les cellules solaires d’InGaAsN apparaissent plus résistantes aux irradiations électroniques et protoniques que les cellules de GaAs.

The defence will present a synthesis of R&D work of Marjorie Grzeskowiak to contribute to the design of passive RF, microwave and millimeter devices since her recruitment as Associate Professor at the end of 2000. The presented work focus on the industrial (RFID) and medical (ingestible capsule, traceability of surgical instruments) applications : RF antennas (2.4GHz, 5.8 GHz) allowing the systems to be standalone and/orreconfigurable.•Low loss transmission lines, transitions and filtrers on Silicon at 60GHz.•Classic inductive coupling, inductive coupling by magnetic resonance (125 kHz,13.56 MHz), complementary loops to allow a volume detection of the object tobe detected, but also its localisation and optimization of energy transfer to thisobject.

The design of minimum-compliance bending-resistant structures with continuous cross-section parameters is a challenging task because of its inherent non-convexity. Our contribution develops a strategy that facilitates computing all guaranteed globally optimal solutions for frame and shell structures under multiple load cases and self-weight. To this purpose, we exploit the fact that the stiffness matrix is usually a polynomial function of design variables, allowing us to build an equivalent non-linear semidefinite programming formulation over a semi-algebraic feasible set. This formulation is subsequently solved using the Lasserre moment-sum-of-squares hierarchy, generating a sequence of outer convex approximations that monotonically converges from below to the optimum of the original problem. Globally optimal solutions can subsequently be extracted using the Curto-Fialkow flat extension theorem. Furthermore, we show that a simple correction to the solutions of the relaxed problems establishes a feasible upper bound, thereby deriving a simple sufficient condition of global $\varepsilon$-optimality. When the original problem possesses a unique minimum, we show that this solution is found with a zero optimality gap in the limit. These theoretical findings are illustrated on several examples of topology optimization of frames and shells, for which we observe that the hierarchy converges in a finite (rather small) number of steps., 16 pages, 7 figures

Electrophysiology is the physiology field that aims at recording the electrical activity of biological tissues. Using microelectrodes in the brain, electrophysiology helped make crucial advancements in the understanding of major neurological mechanisms like memory, language, learning by recording the brain electrical signals. Through these advances, it promised and helped develop treatments and therapeutic devices to cure the major neurological diseases like Parkinson’s, Alzheimer’s or epilepsy. However, recently the need for other sources of information to combine with electrophysiological recordings has raised, as the research and therapeutic approaches over-relying on these recordings did mostly lead to dead-ends. As the brain electrical activity is molecularly supported by a class of molecules called neurotransmitters, their detection in real-time is proposed as a high-potential complementary brain study technique to integrate along with electrophysiological recordings during neural interfacing.During this PhD, we developed a new generation of nanocomposite microelectrodes made of both PEDOT and oxidized carbon nanofibers to meet this combined integration. These electrodes displayed a key characteristic combination in-vitro, with low impedance, high charge injection limit, making them promising candidates for bidirectional electrophysiology, while being capable to detect dopamine (one key neurotransmitter) using two complementary techniques, chronoamperometry and fast-scan cyclic voltammetry. Moreover, these electrodes keep a sufficiently low spatial profile to interface with single cells, making them promising candidates for multifunctional neural interfacing, adding neurochemical detection to electrical recordings. Integrated on flexible implants, these electrodes were first tested in-vivo in brain slices as recording and stimulating electrodes (realizing bidirectional electrophysiology). They showed high performances, being capable to record brain electrical signals on a wider frequency range than standard microelectrodes, with a higher Signal to Noise Ratio (SNR). They also allowed to electrically stimulate brain slices tissues, generating measurable outputs with low inputs compared to standard electrodes.In conclusion, the modified electrodes developed in this thesis showed promising properties for multifunctional neural interfacing at a single cell level, enabling the coupling between electrophysiological recording and electrical stimulation of tissues in-vivo, while also being capable of neurotransmitter electrodetection in-vitro. Through these properties, they constitute meaningful candidates for long-term simultaneous recording of the brain electrical and neurochemical activities for research and therapeutic applications., L’électrophysiologie est le domaine de la physiologie qui vise à enregistrer l’activité électrique des tissues biologiques. En utilisant des microélectrodes implantées dans le cerveau, l’électrophysiologie a permis de réaliser des avancées décisives dans la compréhension des mécanismes neurologiques majeurs, comme la mémoire, le langage et l’apprentissage, grâce à l’enregistrement de l’activité électrique du cerveau. Ces avancées ont permis d’aider au développement de traitements et de dispositifs thérapeutiques pour les principales maladies neurologiques comme Parkinson, Alzheimer ou l’épilepsie. Cependant, la nécessité d’obtenir des sources de signaux complémentaires aux enregistrements électrophysiologiques a récemment émergé, la recherche thérapeutique basée exclusivement sur l’utilisation de ces signaux électriques conduisant le plus souvent à des impasses. Ces signaux électriques étant por! tés par des molécules appelées neurotransmetteurs, leur détection en temps réel devrait être une source pertinente de signaux complémentaires à combiner aux signaux électrophysiologiques. Durant cette thèse, de nouvelles microélectrodes nano-composites à base de PEDOT et de nanofibres de carbone oxydées ont été développées pour réaliser cette combinaison. Ces électrodes présentent d’excellentes caractéristiques in-vitro pour l’électrophysiologie bidirectionnelle, avec une faible impédance et une forte capacité d’injection de charge. Ces électrodes permettent également de détecter électrochimiquement la dopamine (un neurotransmetteur clé) grâce à deux techniques complémentaires, la chronoampérométrie et la voltammétrie cyclique rapide. De plus, ces électrodes modifiées gardent un profil spatial idéal pour s’interfacer avec une cellule unique, ce qui ajouté à leurs autres caractéristiques en font des dispositifs adéquats pour l’interfaçage neuronal multifonctionnel, ajoutant la détection de neurotransmetteurs à l’enregistrement électrique.Intégrées sur des implants flexibles, ces électrodes ont été testées in-vivo dans des tranches de cerveau de souris comme électrodes d’enregistrement et de stimulation électrique, réalisant de l’électrophysiologie bidirectionnelle. Leurs hautes performances ont permis d’enregistrer l’activité électrique du cerveau sur une plage de fréquences plus importante et avec un meilleur rapport Signal sur Bruit que celui obtenu avec des microélectrodes standard.En conclusion, les performances des microélectrodes modifiées développées durant cette thèse sont très prometteuses pour l’interfaçage neuronal multifonctionnel au niveau de la cellule unique. Elles permettent en effet le couplage d’enregistrements électrophysiologiques et de stimulation électrique in-vivo, tout en permettant la détection électrochimique de neurotransmetteurs in-vitro. Ces propriétés en font des dispositifs de pointe pour la recherche et pour des applications thérapeutiques en neuroscience faisant appel à la fois à l’enregistrement des activités électrique et neurochimique.

The aim of this thesis is to show the ability of frequency modulated radar (FMCW) to estimate characteristics of animal behavior for different species, pigs, sheep and flying insects. It was used and tested different types of radar and at different frequencies depending on the size and behavior to be estimated. Firstly, by using two FMCW radars with a small aperture angle it is possible to estimate the posture of a sow confined in a maternity cage, a cage used to limit the movement of the sow during lactation and thus limit the mortality of the piglets. This method requires the use of a statistical model using neural networks or random forests to estimate the posture of the sow. FMCW radars were also used to estimate the position of a sheep during a behavioral test. This allowed to extract behavioral parameters and to recognize the most docile and social sheep without using manual measurements. To finish the detection of flying insects it was necessary to develop a new system allowing to follow several bumblebees at the same time in 3D and this without using tags, which can modify the movement of the bumblebee. However, this method still has its limits, the range is only a few meters and the size of the data to be recovered is important (1GB per minute). The advantage of radar is the fact that it can estimate behavioral parameters over time without coming into contact with the animal. Moreover, unlike camera methods, it is not necessary to have an external light source and it is also possible to have opaque obstacles between the radar and the target. And in the case of the detection of bumblebees and sheep the range is more important and this in an uncontrolled environment., Le but de cette thèse est de montrer la capacité des radars à modulation de fréquence (FMCW) à estimer des caractéristiques du comportement animal et ce pour différentes espèces, porcs, ovins et insectes volant. Il a été utilisé et testé différents types de radar et à différentes fréquences en fonction de la taille et du comportement à estimer. Premièrement en utilisant deux radar FMCW ayant un faible angle d’ouverture il est possible d’estimer la posture d’une truie confinée dans des cages de maternité, cage utilisée pour limiter le mouvement de la truie pendant l’allaitement et ainsi limité la mortalité des porcelets. Cette méthode nécessite l’utilisation d’un model statistique utilisant des réseaux de neurones ou des forêts aléatoires pour estimer la posture de la truie. Il a aussi été utilisé des radars FMCW pour estimer la position d’un mouton lors d’un test de comportement. Ceci a permis d’extraire des paramètres de comportements et ainsi reconnaitre les moutons les plus dociles et sociaux sans utilisé de mesures manuelles. Pour finir la détection des insectes volant il a été nécessaire de développer un nouveau système permettant de suivre plusieurs bourdons en même temps en 3D et ce sans utiliser de tags, qui peuvent modifier le déplacement du bourdon. Cette méthode cependant a encore des limites, la portée n’est que de quelques mètres et la taille des données à récupérer est important (1Go la minute). L’avantage du radar est le fait de pouvoir estimer des paramètres de comportements au cours du temps sans entrer en contact avec l’animal. De plus contrairement à des méthodes par caméra il n’est pas nécessaire d’avoir une source de lumière externe et il est aussi possible d’avoir des obstacles opaques entre le radar et la cible. Et dans le cas de la détection de bourdons et de moutons la portée est plus importante et ce dans un environnement non contrôlé

Laser Annealing Processes in Semiconductor Technology: Theory, Modeling and Applications in Nanoelectronics synthesizes the scientific and technological advances of laser annealing processes for current and emerging nanotechnologies. The book provides an overview of the laser-matter interactions of materials and recent advances in modeling of laser-related phenomena, with the bulk of the book focusing on current and emerging (beyond-CMOS) applications. Reviewed applications include laser annealing of CMOS, group IV semiconductors, superconducting materials, photonic materials, 2D materials. This comprehensive book is ideal for post-graduate students, new entrants, and experienced researchers in academia, research and development in materials science, physics and engineering.

This chapter presents a review of the most relevant experimental results demonstrating the ability of nanosecond laser annealing to achieve dopant activation well above the solid solubility limit. Several distinctive materials science issues related to laser kinetics in the melt regime are reviewed, including melt temperature differences between amorphous and crystalline phases, melt front propagation, melt duration, recrystallization velocity, and solute trapping. Finally, the morphology, crystalline nature, and residual damage of Si, Ge, and SiGe materials submitted to nanosecond laser anneals in the melt regime are discussed according to the material fabrication history as well as the laser anneal conditions. Due to the richness and relevance of numerous seminal works published in the late 1970s–the early 1980s in this domain, the results reported in this chapter are mainly presented in the form of a historical review and perspective. In particular, the concepts of above-equilibrium solubility and thermal stability are first discussed in general for Si and Ge, while for both materials, the main results are structured in terms of Group III elements (p-type dopants) and Group V elements (n-type dopants). Group VI elements for n-type doping of Si are also considered.

Tissue Engineering is nowadays a blooming field of research that cleverly combines living cells with sustaining materials, often called biomaterials, in order to generate a functional tissue for a human organ (skin, brain, bone ….). The purpose of this intense activity is twofold. On one hand, a successful tissue engineering can lead to human models of tissues of very high predictive value for testing drug activities or toxicity. This could reduce drastically the use or abuse of animal testing in medical research and pharmacology. On the other hand, the tissue elaborated by engineering could be employed as an implant, that once surgically positioned in a deficient or destroyed organ is capable inside the host and by interaction with the surrounding tissues, to regenerate the lost functions. In this context of regenerative medicine, attempts to regenerate brain tissues, bones, cardiac muscles after trauma or stroke injuries or to regenerate brown adipose tissues for treating obesity are the object of numerous research articles, among others.In this contribution we would like to describe this specific engineering activity with a different perspective because to our mind, the role and the function played by the material (in this case a biomaterial) is very original compared to other fields of material science.

Certified optimization techniques have successfully tackled challenging verification problems in various fundamental and industrial applications. The formal verification of thousands of nonlinear inequalities arising in the famous proof of Kepler conjecture was achieved in August 2014. In energy networks, it is now possible to compute the solution of large-scale power flow problems with up to thousand variables. This success follows from growing research efforts in polynomial optimization, an emerging field extensively developed in the last two decades. One key advantage of these techniques is the ability to model a wide range of problems using optimization formulations, which can be in turn solved with efficient numerical tools.My methodology heavily relies on such methods, including the moment-sums of squares (moment-SOS) hierarchy by Lasserre which provides numerical certificates for positive polynomials as well as recently developed alternative methods. However, such optimization methods still encompass many major issues on both practical and theoretical sides: scalability, unknown complexity bounds, ill-conditioning of numericalsolvers, lack of exact certification, convergence guarantees. This manuscript presents results along these research tracks with the long-term perspective of obtaining scientific breakthroughs to handlecertification of nonlinear systems arising in real-world applications. In the first part, I focus on modeling aspects. One relies on the moment-SOS hierarchy to analyze dynamical polynomial systems, either in the discrete-time or continuous-time setting, and problems involving noncommuting variables, for example matrices of finite or infinite size, to model quantum physics operators. In the second part, I describe how to design and analyze algorithms which output exact positivity certificates for either unconstrained or constrained optimization problems. In the last part, I explain how to improve the scalability of the hierarchy by exploiting the specific sparsity structure of the polynomial data coming from real-world problems. Important applications arise from various fields, including computer arithmetic (roundoff error bounds), quantum information (noncommutative optimization), and optimal power-flow., Les techniques d'optimisation garantie ont permis de résoudre plusieurs problèmes de vérification notoirement difficiles, dans des domaines académiques et industriels. La vérification formelle des dizaines de milliers d'inégalités non-linéaires apparaissant dans la preuve célèbre de la conjecture de Kepler a été achevée en Août 2014. Il est aujourd'hui possible de calculer la solution de problèmes d'optimisation de réseaux électriques faisant intervenir plusieurs milliers de variables. Ces succès sont la conséquence d'efforts croissants de recherche en optimisation polynomiale, un domaine émergent qui s'est rapidement développé au cours des vingt dernières années. L'avantage clé de ces techniques est leur capacité de modéliser une large classe de problèmes à l'aide de reformulations dans le paradigme de l'optimisation, afin de permettre leur résolution avec des outils numériques efficaces. Ma méthodologie repose sur l'utilisation de telles méthodes, en particulier la hiérarchie moments-sommes de carrés (moment-SOS) développée par Lasserre, qui fournit des certificats numériques pour les polynômes positifs, ainsi que des méthodes alternatives récemment développées. Néanmoins, certains problèmes freinent l'utilisation de ces méthodes d'optimisation : passage à l'échelle, bornes de complexité inconnues, conditionnement des solveurs numériques, absence de certification rigoureuse, absence de garanties de convergence. Ce manuscrit présente plusieurs résultats pour pallier à certains de ces problèmes, avec la perspective à long terme d'obtenir des avancées scientifiques pour certifier des systèmes non-linéaires provenant d'applications du monde réel. Dans la première partie du manuscrit, je m'intéresse à des aspects de modélisation. La hiérarchie moment-SOS est utilisée pour analyser des systèmes à dynamique polynomiale, dans un cadre discret ou continu, ainsi que des problèmes faisant intervenir des variables non-commutatives, par exemple des matrices de taille finie ou infinie, afin de modéliser des opérateurs de physique quantique.Dans la seconde partie du manuscrit, je décris comment mettre au point et analyser des algorithmes qui calculent des certificats exacts de positivité, pour des problèmes d'optimisation avec ou sans contraintes. Dans la dernière partie du manuscrit, j'explique comment améliorer le passage à l'échelle de la hiérarchie, en exploitant la structure spécifique des données polynomiales provenant d'applications réelles, telles que l'arithmétique des ordinateurs (bornes d'erreur flottante), l'information quantique (optimisation non-commutative) et les réseaux électriques.

Thanks to their high breakdown voltage and ultrahigh power density operation, AlGaN/GaN HEMTs stand out as promising candidates for next-generation of high-speed switching devices. While most of the demonstrated AlGaN/GaN HEMTs are inherently normally-on with a negative gate threshold voltage, normally-off mode is strongly demanded to fulfill the requirements of power electronics applications; normally-off devices are inherently secure and suitable for energy converters requiring specifically high system reliability. In this work, a new normally-off AlGaN/GaN HEMT structure is proposed. The regrowth of a p-doped GaN(P-GaN) layer on the AlGaN/GaN heterostructure after the gate recess allows the achievement of the enhancement mode. A shift in the threshold voltage to positive values has been proved through simulation results. This work has focused on the development of the critical technological steps of the fabrication of the new normally-off HEMT structure. Particular attention has been paid to the opening of the gate and of the P-GaN localized regrowth. A precise AlGaN etching was achieved by adjusting Cl2-RIE etching parameters. The roughness surface after etching was three times higher than the non-etched one but remains acceptable for a RIE mode. The P-GaN regrowth was tested using two methods: MOCVD and MBE. The last one provided better results in terms of layer uniformity. A study of ohmic and Schottky contacts was also carried out in order to determine the most adequate metal stacks for the proposed structure. An optimization of the elementary steps of the technologic! al process such as the parameters of insolation, passivation and isolation of the components was carried out in order to realize the proposed device., L’augmentation de la consommation électrique et l’évolution des besoins en électronique de puissance nécessitent de nouveaux composants intégrés de puissance ayant une forte densité de courant et assurant une meilleure efficacité de conversion d’énergie. La technologie des transistors à haute mobilité électronique en nitrure de gallium (HEMT GaN) est très prometteuse et répond à ces exigences énergétiques. Cependant, ces transistors présentent l’inconvénient d’être normally-on : le canal sous la grille est peuplé d’électrons même à une tension de grille nulle. Pour des raisons de sûreté de fonctionnement, la fonctionnalité normally-off s’avère être un réel besoin. Ce travail se consacre au développement technologique d’un transistor HEMT normally-off avec une grille à barrière P-GaN. La nouvelle structure proposée consiste à introduire une couche GaN dopé p (P-GaN) sous le contact de grille. Les résultats de de sim! ulation sous Sentaurus TCAD ont montré que des tensions de seuil élevées peuvent être obtenues en réduisant l’épaisseur de l'AlGaN sous le P-GaN. Ce travail s’est focalisé sur la mise en place des briques technologiques nécessaires pour la réalisation de cette nouvelle structure, en particulier l’ouverture de grille et la reprise d’épitaxie localisée. Le développement de la gravure de grille en mode RIE à base du Cl2 a permis une maîtrise d’ordre nanométrique des profondeurs de l’AlGaN gravé. La rugosité obtenue après gravure, bien que plus élevée que celle initiale des couches, reste acceptable pour un mode de gravure RIE. La reprise d’épitaxie localisée du P-GaN a été testée avec les deux techniques de croissance que sont la MOCVD et la MBE. Cette dernière a permis l’obtention de meilleurs résultats en termes d’uniformité de couche. Une étude sur les contacts ohmiques et Schottky a aussi été menée dans le but de! déterminer les empilements métalliques adaptés à la struc! ture proposée. Une optimisation des étapes élémentaires du procédé technologique, comme les paramètres d’insolation, la passivation et l’isolation des composants, a été effectuée en vue de réaliser le dispositif proposé.

Multi-robot systems multiply in our everyday life, for example in service robotics or industrial or agricultural assistance. To make these systems stand-alone and safe, it is essential to embed modules to automatically manage failures, that is, detecting anomalies, evaluating possible causes and deciding on an appropriate response ( Retry, replace the action, replace a component, etc.).The thesis aims at developing generic tools to construct an automatic fault management module, to analyze this module and to validate its behavior. The first ambition is to model the multi-robot system, the reasoning for making a diagnosis and the required safety properties. The work will then focus on the algorithms to construct the fault management module and analyze it. Finally, the tools developed will be validated by being applied to different real and simulated multi-robot scenarios., Les systèmes multi-robots se multiplient dans notre quotidien, par exemple dans la robotique de service ou dans l'assistance industrielle ou agricole. Pour rendre ces systèmes autonomes et sûrs, il est indispensable d'embarquer des modules pour gérer automatiquement les pannes, c'est-à-dire la détection d'anomalies, l'évaluation des causes possibles et la décision d'une réaction appropriée (réessayer, remplacer l'action, remplacer un composant, etc).La thèse vise à développer des outils génériques pour construire un module de gestion automatique des pannes, pour analyser ce module et pour valider son comportement. La première ambition est de modéliser le système multi-robots, le raisonnement pour émettre un diagnostic et les propriétés de sûreté requises. Le travail portera ensuite sur les algorithmes pour construire le module de gestion des pannes et l'analyser.Finalement, les outils développés seront validés par l'application à différents scénarios multi-robots réels et simulés.

Until today, the production tests are based mainly on optical verification (AOI), X-ray inspection (AXI), electrical (ICT) and functional tests. Faced with the miniaturization of component packages, the high densification and integration of several technologies (digital, analog, radio frequency, power ...) on the same PCB (Printed Circuit Board), the test techniques listed above are no longer sufficient to fully meet the production test coverage requirements, because they are costly in terms of development time and test cycle and are not very efficient.The objective of this CIFRE thesis with ACTIA Automotive in collaboration with LAAS-CNRS is to define an innovative production test strategy adapted to high-density products. To do this, we have addressed in this work, improvements to existing test methodologies and proposed test approaches usable upstream of the production process of PCBAs (Printed Circuit Board Assemblies).First, we introduced a new contactless technique for testing PCBAs with limited physical test access. The technique involves the use of near-field magnetic sensors, which detect the magnetic signatures from components mounted on the PCB in order to test their presence and their value thereafter. Secondly, a test approach using infrared thermal signatures is presented. This technique can detect component assembly defects such as, presence, value and in some cases its state of health, which allows concluding on the PCBA state of defect. In order to evaluate the relevance of these two techniques, several fault scenarios were considered and analyzed with an outlier detection algorithm. In several cases, the manufacturing defects are discriminated with significant margins, while taking into account the variability in component specifications.Finally, a technique for regaining test accessibility on high frequency signal transmission tracks is presented. The technique uses small openings in the solder mask directly above the tracks carrying digital signals. The exposed conductors are contacted with a probe with deformable and anisotropic conductive tip. The industrial feasibility of this technique was tested on a prototype that we developed in collaboration with the ACTIA Group subsidiary: ACTIA Engineering Services., Les étapes de test en production sont basées à ce jour sur des contrôles optiques (AOI), inspection des joints de soudures par Rayons-X (AXI), électriques (ICT) et tests fonctionnels. Face à la multiplication et à la miniaturisation des composants, la cohabitation de plusieurs technologies (numérique, analogique, radiofréquence, puissance…) sur le même PCB (Printed Circuit Board), les moyens de test listés précédemment ne sont plus suffisants pour répondre complètement aux exigences de couverture de tests en production, car peu performants et coûteux en temps de développement et de cycle de test.L'objectif de cette thèse CIFRE avec ACTIA Automotive en collaboration avec le laboratoire LAAS-CNRS est de définir une stratégie de test en production innovante et adaptée aux produits à forte densité en envisageant dans un premier temps toutes les techniques existantes ou à développer. Pour ce faire, nous avons abordé dans cette thèse, des améliorations à apporter aux méthodologies de test existantes et proposé également des approches de test utilisables en amont de la production des PCBAs (Printed Circuit Board Assemblies) à haute densité et à signaux rapides.Premièrement, nous avons introduit une nouvelle technique sans contact pour tester des PCBAs lorsque l’accès physique de test est très limité. La technique consiste à utiliser des sondes de champ magnétique proche, qui détectent la distribution de champ magnétique émanant de certains composants montés sur le PCB dans le but de tester leur présence sur la carte et leur valeur par la suite. Deuxièmement, une approche de test utilisant des signatures thermiques infrarouges est présentée. Cette technique peut détecter les défauts d’assemblage du composant tel que sa présence, sa valeur et dans certain cas son état de santé, ce qui permet de conclure sur l’état de défaut du PCBA. Afin d’évaluer la pertinence de ces deux techniques, plusieurs scénarios de défaut ont été considérés et analysés avec un algorithme de détection de valeurs aberrantes. Sur plusieurs cas, les défauts de fabrication sont discriminés avec des marges importantes, tout en tenant compte de la variabilité de spécification des composants.Finalement, une technique pour regagner de l’accessibilité de test sur des pistes de transmission de signal de haute fréquence est présentée. La technique consiste à utiliser de petites ouvertures dans le masque de soudure directement au-dessus des pistes portant des signaux digitaux. Les conducteurs exposés sont mis en contact avec une sonde à bout déformable, conducteur et anisotrope. La faisabilité industrielle de cette technique a été testée sur un prototype que nous avions développé en collaboration avec la filiale d’ACTIA Group : ACTIA Engineering Services.

The fringe disappearance phenomenon in the self-mixing interferometry occurs whenever the external round-trip phase at free-running state is modulated by either external modulation such as external cavity length changes or internal modulation when the laser injection current is modulated with a high back-scattered light power. This phenomenon has been observed by many authors in the context of harmonic motion or vibration application. The core issue in this configuration is the unfeasibility to maintain a constant feedback level over the target course due mostly to speckle or an imperfect alignment. To the best of our knowledge, no accurate explanations or theories on the mechanism on the fringe disappearance phenomenon have been published so far. In this thesis, a novel approach that depicts the mechanism of interferometric fringes disappearance is proposed that highlights with a new perspective the impact of the coupling strength between the laser diode and the external cavity on the number of missing fringes. An absolute distance measurement has been set where the laser diode is operated with modulation of the injection current in the triangle waveform.As compared to the vibration sensing scheme, the absolute distance approach guarantees a stable feedback level thus allowing for more repeatable experiment conditions. The observed experimental results show an agreement with the proposed model on this phenomenon which is based on the excess phase equation. There is also a remarkable demonstration both experimentally and theoretically that the number of missing fringes in the SMI signal can be different between the first modulation ramp as compared to others., Le phénomène de disparition des franges dans l'interférométrie à rétro-injection optique se produit chaque fois que la phase externe de laser à l'état de fonctionnement libre est modulée par une modulation externe telle que des changements de longueur de cavité externe ou une modulation interne, c’est-à-dire le courant d'injection laser est modulé, avec un retour élevé de la puissance lumineuse de la cible. Ce phénomène a été observé par de nombreux auteurs dans le cadre de l'application de mouvements harmoniques ou de vibrations. Le problème dans cette configuration est l'impossibilité de maintenir un niveau de rétro-injection optique constant sur la cible en raison principalement de l’effet Speckle ou d'un alignement imparfait. A notre connaissance, aucune explication ou théorie précise sur le mécanisme du phénomène de disparition de franges n'a été publiée à ce jour. Dans cette thèse, une nouvelle approche qui décrit le mécanisme de disparition des franges interférométriques est proposée qui met en évidence avec une nouvelle perspective l'impact de la force de couplage entre la diode laser et la cavité externe sur le nombre de franges disparus.Une mesure de distance absolue a été définie où le courant d'injection de diode laser est modulé dans la forme de triangulaire. Par rapport au schéma de détection des vibrations, l'approche de distance absolue garantit un niveau de rétro-injection optique stable permettant ainsi des conditions d'expérience plus reproductibles. Les résultats expérimentaux observés montrent une concordance avec le modèle proposé sur ce phénomène qui est basé sur l'équation de phase. Il y a aussi une démonstration remarquable à la fois expérimentalement et théoriquement que le nombre de franges disparus dans le signal SMI peut être différent entre la première rampe de modulation par rapport aux autres.

Modeling of many phenomena in nature escape the rather common frameworks of continuous-time and discrete-time models. In fact, for many systems encountered in practice, these two paradigms need to be intrinsically related and connected, in order to reach a satisfactory level of description in modeling the considered physical/engineering process.These systems are often referred to as hybrid systems, and various possible formalisms have appeared in the literature over the past years.The aim of this thesis is to analyze the stability of particular classes of hybrid systems, by providing Lyapunov-based sufficient conditions for (asymptotic) stability. In particular, we will focus on non-differentiable locally Lipschitz candidate Lyapunov functions. The first chapters of this manuscript can be considered as a general introduction of this topic and the related concepts from non-smooth analysis.This will allow us to study a class of piecewise smooth maps as candidate Lyapunov functions, with particular attention to the continuity properties of the constrained differential inclusion comprising the studied hybrid systems. We propose ``relaxed'' Lyapunov conditions which require to be checked only on a dense set and discuss connections to other classes of locally Lipschitz or piecewise regular functions.Relaxing the continuity assumptions, we then investigate the notion of generalized derivatives when considering functions obtained as max-min combinations of smooth functions. This structure turns out to be particularly fruitful when considering the stability problem for differential inclusions arising from regularization of state-dependent switched systems.When the studied switched systems are composed of linear sub-dynamics, we refine our results, in order to propose algorithmically verifiable conditions.We further explore the utility of set-valued derivatives in establishing \emph{input-to-state} stability results, in the context of perturbed differential inclusions/switched systems, using locally Lipschitz candidate Lyapunov functions. These developments are then used in analyzing the stability problem for interconnections of differential inclusion, with an application in designing an observer-based controller for state-dependent switched systems., La Nature, dans ses multiples manifestations, nous fournit un grand nombre d’exemples pour lesquels il est nécessaire d’aller au-delà de la distinction classique entre modèles où le temps est décrit comme une entité continue et modèles où le temps est discret/discrétisé. En particulier, pour une multitude de systèmes en physique/ingénierie, ces deux aspects temporels sont fondamentalement liés, et nécessitent donc que ces deux paradigmes soient connectés et mis en relation, pour une meilleure précision et fidélité dans la représentation du phénomène. Cette famille de systèmes est souvent appelée ``systèmes hybrides’’, et différentes formalisations mathématiques ont été proposées.L’objectif de cette thèse est l’analyse et l’étude de la stabilité (asymptotique) pour certaines classes de systèmes hybrides, en proposant des conditions suffisantes à la Lyapunov. Plus spécifiquement, nous nous concentrerons sur des fonctions de Lyauponv non-lisses ; pour cette raison, les premiers chapitres de cette thèse peuvent être considérés comme une introduction générale de ce sujet, proposant les instruments nécessaires issus de l’analyse non-lisse.Tout d'abord, grâce à ces outils, nous pourrons étudier une classe de fonctions de Lyapunov construites par morceaux, avec une attention particulière aux propriétés de continuité des inclusions différentielles qui composent le système hybride considéré. Nous proposons des conditions qui doivent être vérifiées seulement sur un sous-ensemble dense, et donc allant au-delà de résultats existants.En négligeant les hypothèses de continuité, nous étudions ensuite comment les notions de dérivées généralisées se spécialisent en considérant des fonctions construites comme combinaisons de maximum/ minimum de fonctions lisses. Cette structure devient particulièrement fructueuse quand on regarde la classe des systèmes à commutation dépendant de l’état du système. Dans le cas où les sous-dynamiques sont linéaires, nous étudions comment les conditions proposées peuvent être vérifiées algorithmiquement.L’utilité des notions de dérivées généralisées est finalement explorée dans le contexte de la stabilité entrée-état (ISS) pour inclusions différentielles avec perturbations extérieures. Ces résultats nous permettent de proposer des critères de stabilité pour systèmes interconnectés, et notamment une application du design de contrôleurs pour systèmes à commutation dépendant de l’état.

One of the challenges of our time is related to the production and management of electrical energy. In this context, the improvement of power semiconductor devices is one of the keys to meet this challenge. Most of current power devices are made of silicon. However, the demands of power electronics applications in terms of voltage withstand, power density, temperature and switching frequency are becoming higher. The intrinsic physical properties of wide-bandgap semiconductors (SiC, GaN, Diamond) make it possible to consider the design and fabrication of power devices that are much more efficient than all-silicon structures. In this context, our work focuses on the development and optimization of technological steps enabling the realization of diamond MOS power devices. They were carried out as part of the ANR project MOVeToDIAM, coordinated by LAAS-CNRS, in the continuity of the work on diamond made in the laboratory since 2005. Diamond is therefore a wide bandgap semiconductor (Eg = 5.5 eV) particularly suitable for high power and high temperature applications. It has high carrier mobilities (2200cm2/Vs for electrons and 2050cm2/Vs for holes), allowing the passage of high current densities, a high breaking field (Ec ~ 10 MV/cm) and a strong thermal conductivity (lambda ~ 20 W.cm-1.K-1) facilitating heat dissipation. However, despite these promising properties, many technological locks are still to be lifted in order to lead to the fabrication of power devices on diamond. We have therefore studied and optimized several critical technological steps to overcome the problems caused by the small sample size (2x2mm2 to 3x3mm2). The photolithography steps were developed and optimized for two types of resin (positive AZ4999 and negative NLOF 203) using a Spray-Coater and a direct laser writing machine, thus greatly improving the minimal resolution, up to 1 µm, of the patterns defined on the samples. In order to characterize ohmic contacts, we have developed two test structures: the Transmission Line Method (TLM) and the Circular TLM (Circular Transmission Line Method). If the realization of ohmic contacts on P-type diamond is mastered, the specific contact resistance must be further improved to limit its impact on the electrical performance of the devices. In addition, according to the literature, no ohmic contact has been made on N-type diamond, because of the difficulty of achieving high levels of doping, which remains a major obstacle to the development of the diamond industry. The fabrication of ohmic contacts on P-type and N-type diamond has been optimized on different samples.[...], Un des défis de notre époque est lié à la production et à la gestion de l'énergie électrique. Dans ce cadre, l'amélioration des composants à semi-conducteurs de puissance est une des clés pour répondre à ce défi. La grande majorité des composants de puissance actuels sont réalisés à base de silicium. Cependant, les exigences des applications de l'électronique de puissance en termes de tenue en tension, de densité de puissance, de température et de fréquence de commutation sont de plus en plus élevées. Les propriétés physiques intrinsèques des semiconducteurs à large bande interdite (SiC, GaN, Diamant) permettent d'envisager la conception et la fabrication de composants de puissance bien plus performants que les structures tout silicium. Dans ce contexte, nos travaux portent sur le développement et l'optimisation des étapes technologiques permettant la réalisation de composants de puissance MOS en diamant. Ils ont été réalisés dans le cadre du projet ANR MOVeToDIAM, coordonné par le LAAS-CNRS, dans la continuité des travaux sur diamant effectués au laboratoire depuis 2005. Le diamant est donc un semiconducteur à large bande interdite (Eg = 5,5 eV) particulièrement indiqué pour les applications fortes puissances et températures élevées. Il possède de fortes mobilités de porteurs (2200 cm2/V.s pour les électrons et 2050 cm2/V.s pour les trous), permettant le passage de fortes densités de courant, un champ de rupture élevé (Ec ~ 10 MV/cm) et une forte conductivité thermique (lambda ~ 20 W.cm-1.K-1) facilitant la dissipation thermique. Cependant, malgré ces propriétés prometteuses, de nombreux verrous technologiques sont encore à lever afin de conduire à la fabrication de composants de puissance sur diamant. Nous avons donc étudié et optimisé plusieurs étapes technologiques critiques afin de pallier les problèmes induits notamment par la petite taille des échantillons (2x2mm2 à 3x3mm2). Les étapes de photolithographie ont été développées et optimisées pour deux types de résine (AZ4999 positive et NLOF 2035 négative) à l'aide d'un Spray-Coater et d'une machine d'écriture directe par laser, améliorant ainsi fortement la résolution minimale, jusqu'à 1µm, des motifs définis sur les échantillons. Afin de caractériser les contacts ohmiques, nous avons développé deux structures de tests : le TLM droit (Transmission Line Method) et le TLM circulaire ou cTLM (Circular Transmission Line Method).[...]

Just like the cell phone evolving into a smartphone, the car has gradually become a smartcar. Driving aids, infotainment and vehicle customization are the key points of attractiveness to consumers. The emergence of connected cars has enabled manufacturers to remotely update on-board software, making it easier to maintain and add new features later on. In this context, the AUTOSAR consortium, a group of major car manufacturers, has designed a new software platform that facilitates remote updating and online modification of these in-vehicle systems. However, with increasing complexity in these software systems, it has become essential to be able to ensure safe operation despite unexpected changes. Thus, dependability mechanisms must also adapt and be updated to ensure system resilience, i.e., persistence of dependability in the face of changes. Fault Tolerance Mechanisms (FTMs) ensuring a nominal or degraded service in the presence of faults must also adapt to a change in the application context (change in the fault model, application characteristics or available resources). This ability to adapt FTMs is called Adaptive Fault Tolerance (AFT). It is in this context of evolution and adaptability that our thesis work is situated. In this thesis, we present approaches to develop fail-safe systems whose FTMs can be adapted at runtime by more or less fine-grained modifications to minimize the impact on the application's execution. We propose a first solution based on a substitutable components approach, we decompose our FTMs according to a Before-Proceed-After design scheme gathering respectively the dependability actions executing before an application action, the communication with the application and those executing after an application action. We implement this approach on ROS (Robot Operating System), a middleware for robotics allowing to create applications in the form of component graphs. We then propose a second solution in which we refine the granularity of the components of our FTMs and we categorize, in a first step, the dependability actions they contain. This allows us to substitute not a component but an elementary action. Thus, we overcome a resource problem that appeared in the substitutable components approach. As a component is projected on a process, our FTMs use unnecessarily limited resources on embedded platforms. To address this problem, we propose a solution based on a schedulable object approach. FTMs move from a component graph design to an object graph design. The safety actions are projected on objects that are scheduled inside the FTM. This second solution is also implemented on ROS. Finally, we critically analyze the two automotive software execution media, namely, AUTOSAR Classic Plateform, and AUTOSAR Adaptive Platform, which is still under development. In a final step, we examine the compatibility between these two frameworks and our approaches to designing resilient embedded systems based on adaptive fault tolerance., A l’instar du téléphone mobile évoluant en smartphone, la voiture s’est transformée petit à petit en smartcar. Les aides à la conduite, l’infotainment ou encore la personnalisation du véhicule sont les points clefs de l’attractivité auprès des consommateurs. L’apparition des véhicules automobiles connectés a permis aux constructeurs de mettre à jour à distance les logiciels embarqués, favorisant leur maintenabilité et l’ajout a posteriori de fonctionnalités. Dans ce contexte, le consortium AUTOSAR, un regroupement de constructeurs automobiles majeurs, a conçu une nouvelle plate-forme logicielle facilitant la mise à jour à distance et la modification en ligne de ces systèmes embarqués. Cependant, avec de plus en plus de complexité dans ces logiciels, il est devenu essentiel de pouvoir assurer un service sûr de fonctionnement malgré des changements imprévus. Ainsi, les mécanismes de sûreté de fonctionnement doivent eux aussi s’adapter et être mis à jour pour assurer la résilience du système, à savoir, la persistance de la sûreté de fonctionnement face à des changements. Les mécanismes de tolérance aux fautes (Fault Tolerance Mechanisms - FTM) assurant un service nominal ou dégradé en présence de fautes doivent également s’adapter face à un changement de contexte applicatif (changement du modèle de faute, des caractéristiques de l’application ou des ressources disponibles). Cette capacité à adapter les FTM est appelée Tolérance aux Fautes Adaptative (Adaptive Fault Tolerance – AFT). C’est dans ce contexte d’évolution et d’adaptativité que s’inscrivent nos travaux de thèse. Dans cette thèse, nous présentons des approches pour développer des systèmes sûrs de fonctionnement dont les FTM peuvent s’adapter à l’exécution par des modifications plus ou moins à grain fin pour minimiser l’impact sur l’exécution de l’application. Nous proposons une première solution basée sur une approche par composants substituables, nous décomposons nos FTM selon un schéma de conception Before-Proceed-After regroupant respectivement les actions de sûreté de fonctionnement s’exécutant avant une action l’application, la communication avec l’application et celles s’exécutant après une action de l’application. Nous implémentons cette approche sur ROS (Robot Operating System), un intergiciel pour la robotique permettant de créer des applications sous forme de graphe de composants. Nous proposons ensuite une seconde solution dans laquelle nous affinons la granularité des composants de nos FTM et nous catégorisons, dans un premier temps, les actions de sûreté de fonctionnement qu’ils contiennent. Cela permet non plus de substituer un composant mais une action élémentaire. Ainsi, nous pallions à un problème de ressource apparu dans l’approche par composants substituables. Un composant étant projeté sur un processus, nos FTM utilisent inutilement des ressources déjà limitées sur les plate-formes embarqués. Pour ce faire, nous proposons une solution basé sur une approche par objets ordonnançables. Les FTM passent d’une conception par graphe de composants à une conception par graphe d’objets. Les actions de sûreté de fonctionnement sont projetés sur des objets qui sont ordonnancés à l’intérieur du FTM. Cette seconde solution est aussi mise en oeuvre sur ROS. Enfin, nous faisons une analyse critique des deux supports d’exécution logiciel pour l’automobile, à savoir, AUTOSAR Classic Plateform, et AUTOSAR Adaptive Platform, qui est en cours de développement encore actuellement. Nous examinons, dans une dernière étape la compatibilité entre ces deux supports et nos approches pour concevoir des systèmes résilients embarqués basés sur de la tolérance aux fautes adaptative.

Intrinsically Disordered Proteins (IDPs) are involved in many biological processes. Their inherent plasticity facilitates very specialized tasks in cell regulation and signalling, and their malfunction is linked to severe pathologies. Understanding the functional roles of IDPs requires their structural characterization, which is extremely challenging, and needs a tight coupling of experimental and computational methods. In contrast to structured/globular proteins, IDPs cannot be represented by a single conformation, and their models must be based on ensembles of conformations representing a distribution of states that the protein adopts in solution. While purely random coil ensembles can be reliably constructed by available bioinformatics tools, these tools fail to reproduce the conformational equilibrium present in partially-structured regions.In this thesis, we propose several computational methods that, combined with experimental data, provide a better structural characterization of IDPs. These methods can be grouped in two main categories: methods to construct conformational ensemble models, and methods to simulate conformational transitions.Contributing to the first type of methods, we propose a new approach to generate realistic conformational ensembles that improves previously existing methods, being able to reproduce the partially-structured regions in IDPs. This method exploits structural information encoded in a database of three-residue fragments (tripeptides) extracted from high-resolution experimentally-solved protein structures. We have shown that conformational ensembles generated by our method reproduce accurately structural descriptors obtained from NMR and SAXS experiments for a benchmark set of nine IDPs. Also exploiting the tripeptide database, we have developed an algorithm to predict the propensity of some fragments inside IDPs to form secondary structure elements. This new method provides more accurate results than those of the most commonly-used predictors available on our benchmark set of well-characterized IDPs.Contributing to the second type of methods, we have developed an original approach to model the folding mechanism of secondary structural elements. The computation of conformational transitions is formulated as a discrete path search problem using the tripeptide database. To evaluate the approach, we have applied the strategy to two small synthetic polypeptides mimicking two common structural motifs in proteins. The folding mechanisms extracted are very similar to those obtained when using traditional, computationally expensive approaches. Finally, we have developed a more general method to compute transition paths between a (possibly large) set of conformations of an IDP. This method builds on a multi-tree variant of the TRRT algorithm, developed at LAAS-CNRS, and which provided good results for small and middle-sized biomolecules. In order to apply this method to IDPs, we have proposed a hybrid strategy for the parallelization of the algorithm, enabling an efficient e! xecution in computer clusters.In addition to the aforementioned methodological work, I have been actively involved in multidisciplinary work, together with biophysicists and biologists, where I have applied these methods to the investigation of important biological systems, in particular the huntingtin protein, the causative agent of Huntington’s disease.In conclusion, the work carried out during my PhD thesis has enabled a better understanding of the relationship between sequence and structural properties of IDPs, paving the way to novel applications. For example, this deeper understanding of sequence-structure relationships will enable us to anticipate structural perturbations exerted by sequence mutations, and subsequently, the rational design of IDPs with tailored properties for biotechnological applications., Les protéines intrinsèquement désordonnées (IDPs, acronyme en anglais de "Intrinsically Disordered Proteins") sont des essentielles dans des nombreux processus biologiques. Leur plasticité inhérente facilite des tâches spécialisées, complémentaire à celles des protéines globulaires, dans la régulation et dans la signalisation cellulaire, et leur dysfonctionnement est lié à des pathologies sévères. Comprendre leur rôle fonctionnel exige de caractériser la structure des IDPs et des complexes qu'elles forment. Modéliser les IDPs est extrêmement difficile et exige un couplage étroit des méthodes expérimentales et informatiques. Contrairement aux protéines structurées/globulaires, les IDPs ne peuvent pas être représentées par une seule conformation, et leurs modèles doivent être basés sur des ensembles de conformations qui représentent une distribution des états que la protéine adopte en solution. Il existe de multiples outils bioinformatique! s qui permettent d'identifier à priori les éléments partiellement structurés au sein des IDPs. Cependant, les caractéristiques structurelles détectées par ces programmes dépendent fortement de la méthodologie utilisée, et les différentes méthodes produisent souvent des résultats contradictoires. Alors que des ensembles purement composés par "random coil" peuvent être construits de manière fiable, l'équilibre conformationnel présent dans les régions partiellement structurées est mal reproduit.Dans cette thèse, nous proposons plusieurs méthodes de calcul qui, combinées à des données expérimentales, permettent une meilleure caractérisation structurelle des IDPs. Ces méthodes peuvent être regroupées en deux grandes catégories : les méthodes de construction de modèles d'ensembles conformationnels et les méthodes de simulation des transitions conformationnelles.Contribuant au premier type de méthodes, nous présentons une nouvelle approche pour générer des ensembles conformationnels réalistes, qui améliore les approches existantes, et permet de reproduire les régions partiellement structurées des IDPs. Cette méthode exploite les informations structurelles codées dans une base de données de fragments de trois résidus (tripeptides) extraits de structures protéiques de haute résolution obtenues expérimentalement. Nous avons montré que les ensembles conformationnels générés par notre méthode reproduisent fidèlement les descripteurs structurels obtenus à partir d'expériences RMN et SAXS. En tant que composante nécessaire de l'algorithme de construction d'ensemble, nous avons développé un algorithme pour prédire la propension de certains fragments à l'intérieur des IDPs à former des éléments de structure secondaire. Cette nouvelle méthode, qui exploite également la base de données de tripeptides, fournit! des résultats plus précis que ceux des prédicteurs les plus couramment utilisés sur plusieurs IDPs bien caractérisées. Bien que le prédicteur structurel ait été principalement développé pour compléter notre méthode de modélisation d'ensembles, il peut également être très utile comme outil indépendant.Contribuant au deuxième type de méthodes, nous avons développé une approche originale pour modéliser le mécanisme de repliement des éléments structuraux secondaires. Le calcul des transitions conformationnelles menant à la formation des éléments structuraux est formulé comme un problème de recherche de chemin discret à l'aide de la base de données de tripeptides. Pour évaluer l'approche, nous avons appliqué la stratégie à deux petits polypeptides synthétiques imitant deux motifs structurels communs dans les protéines. Les mécanismes de repliement extraits sont très similaires à ceux obtenus en utilisant des approches traditionnelles et coûteuses en calcul. Enfin, nous avons mis au point une méthode plus générale pour calculer les chemins de transition entre un ensemble (éventuellement important) de conformations d'IDPs. Cette méthode s'appuie sur une variante multi-arbre de l'algorithme Transition-based Rapidly-exploring Random Tree (Multi-TRRT)! , récemment développé au LAAS-CNRS, et qui a donné de bons résultats pour les biomolécules de petites et moyennes tailles. Afin d'appliquer cette méthode aux IDPs, nous avons proposé une stratégie hybride pour la parallélisation de l'algorithme, permettant une exécution efficace dans les clusters de calcul.Outre le travail méthodologique susmentionné, j'ai également participé activement à des travaux multidisciplinaires, en collaboration avec des biophysiciens et des biologistes, où j'ai appliqué ces méthodes à l'étude de systèmes biologiques importants, en particulier la protéine huntingtin, l'agent responsable de la maladie de Huntington.En conclusion, les travaux menés dans le cadre de cette thèse de doctorat ont permis de mieux comprendre la relation entre la séquence et la structure des IDPs, ouvrant la voie à de nouvelles applications. Grâce à cette compréhension plus approfondie des relations séquence-structure il sera possible d'anticiper les perturbations structurelles exercées par les mutations dans la séquence, ainsi que la conception rationnelle des IDPs ayant des propriétés spécifiques pour des applications dans les biotechnologies.

Optical Feedback based sensors are interferometric systems with great compactness self-alignments properties in which the laser source also plays the role of the interferometer and the detector. In this presentation, I expose the numerous results that were obtained these last years, in particular considering applications related to biology or sustainable development.The presented work describes in a first part the modeling of the laser physics under optical feedback conditions that have allowed to improve the sensor responsivity, to better interpret the sensor signal in case of multiple back-scattering sources or to better understand the underlying fringe frequency bandwidth limitation that are specific to such a sensor.An important highlight is made for the presentation of works related to the measurement and characterization of fluid flows, specifically in the context of micro-scale flows (microfluidics), with multiple phase fluids and for the detection of single particle flowing.In a related topic, the contribution to the development of an optical feedback based anemometer in collaboration with the company Epsiline is presented.The latest developments of the optical feedback sensors for imaging in 2D or 3D the propagation of pressure waves are detailed.Eventually, a large part is dedicated to discussion around close future research topics emerging from the presented results and that concern the problematic linked to the laser physics - evolution towards more complex laser sources or with exotic properties of interest for the sensor context - as well as application domains such as flow cytometry, help in the diagnostic of the skin cancers, study of choc waves, etc..., Les capteurs par réinjection optique sont des systèmes interférométriques compacts et auto-alignés dans lesquels la source laser joue le rôle de l’interféromètre et du détecteur. Dans cette présentation, j’expose les différents résultats que nous avons obtenu ces dernières années en particulier sur des sujets ayant trait à la biologie ou à l’environnement.Le travail présenté aborde dans une première partie la modélisation de la physique du laser sous réinjection qui ont permis d’améliorer la sensibilité du capteur, d’interpréter le signal capteur dans le cas de réinjection issue de multiples cibles ou de comprendre les limitations en fréquence des franges interférométriques induite par ce système capteur.Une place importante est donnée à la présentation des travaux effectués dans un contexte de mesure et de caractérisation d’écoulement, en particulier à micro-échelle (écoulement microfluidiques), avec des fluides multiphasiques et pour la détection de particules uniques en écoulement.Sur un sujet connexe, les travaux menés en collaboration avec la société Epsiline pour la réalisation d’un anémomètre par réinjection optique sont également présentés.Les derniers développements des capteurs par réinjection optique pour l’imagerie en 2 ou 3 dimensions de la propagation des ondes de pression sont détaillés.Enfin une large partie est consacrée à la discussion de sujets de recherches futurs issus des résultats présentés et qui concerne autant les problématiques de la physique du laser : évolution vers des sources lasers plus complexes ou ayant des propriétés exotiques intéressantes dans le contexte capteur, que les domaines applicatifs : cytométrie de flux, aide au diagnostic des cancers de la peau, étude d’onde de choc…

Research has been needed in large infrared devices, especially around 1.3µm in GaAs field. GaAsBi and derived alloys offer a large band structure engineering, make them a good candidate for 1eV solar cells, 1.3µm photocathodes or thermoelectric materials and spintronic.Though, the epitaxy of those III-V alloys is a challenge. In fact, they have a high lattice mismatch and bismuth incorporation is proved highly dependant of the growth conditions.First, we present the context of our study : we detailed their required properties for applications, and place ourseves amoung literature. We also describe the exploited techniques. Precise growth parameters can be selected by molecular beam epitaxy and they determine the structual characteristics of our material. We also have an original technique of real time coupling curvature measurement exploited with synchronized electronic diffraction. Bismuth incorporation study was made with those informations, obtained by varying growth conditions. Ex-situ techniques as X-Rays diffraction, Raman spectroscopy, Hall effect and Transmission Electronic Microscopy were also used to confort our original results.Then, we explained the different experimental studies we made on growth and caracterisation of those alloys. We pointed out a change in surface reconstruction during the growth, from the (1x3) reconstruction to the (2x1). We started to study the bismuth incorporation for the 2 surface reconstructions during growth, varying growth conditions : substrate temperature and elements fluxes. We exhibit a higher incorporation with the (1x3) reconstruction, and increasing for higher V/III flux ratio. Those conditions gave us growing GaAsBi layers with 2 different bismuth concentration. Then, we demonstrated the thermal activation of surface reconstruction transition, with the apparition of a surface stress, increasing with V/III ratios.Thirdly, we also validate our results on bismuth content by comparing their values with X ray diffraction, Rutherford Backscattering and transmission electron microscopy.Thank to his work, we obtained a comprehensive knowledge of bismuth incorporation in GaAs, and we developed it to consider further perspective for GaAsBi., De nombreuses recherches sont menées pour étendre la gamme des dispositifs dans l’infrarouge, autour de 1,3µm dans le cas de la filière GaAs. Les alliages GaAsBi et dérivés offrent dans cette perspective une ingénierie très riche de la structure de bande, les rendant très prometteurs pour des applications telles que les cellules solaires à 1eV, les photocathodes à 1,3µm ou encore les matériaux thermoélectriques ou la spintronique.Cependant, l’épitaxie de ces alliages III-V représente un défi. Ces alliages GaAsBi sont des alliages III-V à fort désaccord de maille et l’incorporation du bismuth s’avère très sensible aux conditions utilisées. Dans une partie introductive, nous situons le contexte de cette étude ; nous détaillons les propriétés qui les rendent prometteurs pour les applications, et nous les positionnons par rapport à l’état de l’art. Nous décrivons aussi les techniques que nous avons exploitées. L’épitaxie par jets moléculaires permet de sélectionner les paramètres de croissance qui déterminent les caractéristiques structurales du matériau élaboré. De plus, nous disposons in situ d’une technique originale de mesure optique de la courbure de l’échantillon contraint que nous avons exploitée en la synchronisant avec la diffraction électronique pour étudier l’incorporation du bismuth dans la matrice GaAs quand varient les différents paramètre! s de croissance. Les techniques ex situ de diffraction de rayons X, spectroscopie Raman, effet Hall et microscopie électronique en transmission ont également été utilisées pour conforter les résultats originaux obtenus.Dans une seconde partie, nous expliquons les différentes études expérimentales que nous avons menées sur la croissance et la caractérisation in situ de ces alliages. Nous avons mis en évidence que la reconstruction de surface change pendant leur épitaxie, passant d’une reconstruction (1x3) à (2x1). Nous avons tout d’abord étudié l’incorporation du bismuth pour les deux reconstructions de surface en croissance, et ceci en faisant varier les paramètres de croissance : température du substrat, et les flux des différents éléments. Nous avons montré que l’incorporation est plus forte en régime de reconstruction (1x3), que pour (2x1), et ce d’autant plus que le rapport de flux V/III augmente, créant ainsi des couches GaAsBi à deux compositions de Bi. Dans une seconde étape, nous avons montré que la transition de reconstruction est activée thermiquement, et qu’une contrainte de surface apparait et augmente avec le rapport V/III. Nous démontrons enfin quelle est l’influence du flux de bismuth et de la vitesse de croissance.Dans une troisième partie, nous validons les résultats obtenus sur le contenu en bismuth des alliages épitaxiés en comparant leurs valeurs avec celles obtenues par diffraction de rayons X, spectroscopie de rétrodiffusion de Rutherford et microscopie électronique à transmission.Ces études ont permis d’obtenir une vue compréhensive de l’incorporation du bismuth dans la matrice GaAs que nous développons en conclusion avant d’envisager les perspectives ouvertes aux alliages GaAsBi.

The small intestine is a complex tissue with a crypt/villus architecture and high tissue polarity. Intestinal stem cells are located at the crypt bottom where they proliferate and differentiate while they migrate upward to the top of villi, allowing the constant renewal of the entire intestinal epithelium every 3 to 5 days. Compartmentalization in the crypt plays a key role in stem cell protection and maintenance, and this is supported by the microenvironment and tissue organization. The balance between stem cell proliferation and differentiation is necessary to maintain tissue integrity, and disruption of this balance leads to developmental anomalies and malignant transformation. Studying the mechanisms governing intestinal stem cells maintenance is therefore crucial to understand tissue homeostasis.p57Kip2 is a cyclin/CDKs inhibitor and a putative tumor suppressor. p57 is also the gene the most frequently mutated or silenced in Beckwith-Wiedemann syndrome (BWS), characterized by multiple developmental defects and tumor predisposition during childhood. Generation of knock-in mice expressing a mutant p57 (p57CK-) that cannot bind to cyclins and CDKs demonstrated that p57 exerts CDKs independent functions during development and that BWS is not entirely caused by loss of CDKs inhibition due to p57 inactivation.The first aim of this project was to investigate the role of p57 in the maintenance of intestinal stem cells. Two population of stem cells have been described in the intestine: proliferative crypt base columnar cells (CBCs), responsible of the constant renewal of the epithelium, and quiescent +4 stem cells, activated during regeneration after tissue damage. I found that p57 is involved in maintaining the quiescence of the +4 reserve stem cells in a CDK independent manner. Indeed, p57KO mice exhibit an increased proliferation in the crypt caused by amplification of +4 stem cells and of the progenitor population (transit amplifying cells), while CBCs are not affected by loss of p57. I also investigated the molecular mechanism by which p57 regulate these cells and found that p57 can bind Ascl2, a transcription factor critical for intestinal stem cell specification and maintenance. My result indicates that p57 can inhibit Ascl2 activity by participating in a transcriptional repressor complex with HDAC7 and mSin3a. This work has allowed the identification of a new function of p57 in intestinal stem cells during development and that could also be important during intestinal tumorigenesis.The second aim of this project was to develop a new culture model to study intestinal stem cells. So far, most in vitro studies have been limited to 2D surfaces or 3D organoid cultures that do not fully recapitulate the tissue’s 3D architecture, microenvironment and cell compartmentalization existing in vivo. First, I developed a new photosensitive hydrogel amenable for culture of colorectal cancer cell lines that can be processed using high-resolution 3D printing stereolithography to create scaffolds mimicking the architecture of intestinal epithelium. Finally, I showed that these 3D scaffolds support the cell growth of for 3 weeks, and that 3D culture promotes cell polarization. This model may constitute a complementary approach to organoid cultures to study intestinal homeostasis by allowing guided self-organization and controlled differentiation, as well as for in vitro drug screening and testing., L’épithélium intestinal est un tissu complexe, hautement polarisé, organisé sous forme de cryptes et villosités. Les cellules souches intestinales résident au fond des cryptes où elles prolifèrent et se différencient tout en migrant vers le haut des villosités, ce qui permet le renouvèlement constant de l’épithélium tous les 3 à 5 jours. La maintenance de l’équilibre entre prolifération et différenciation est cruciale pour le développement et le maintien de l’intégrité tissulaire. Cet équilibre est supporté par le microenvironnement et l’organisation caractéristique de l’épithélium qui permet la compartimentation et la protection des cellules souches. Des altérations de ces dernières sont à l’origine d’anomalies du développement ainsi que de la transformation tumorale. L’étude des mécanismes impliqués dans la maintenance et dans la différenciation des cellules souches est donc essentielle pour mieux comprendre l’homéostasie tissulaire.p57/Kip2 est un inhibiteur de cycline/CDK et un potentiel suppresseur de tumeur. p57 est également le gène le plus fréquemment muté ou réprimé dans le syndrome de Beckwith-Wiedemann (BWS), caractérisé par des anomalies du développement et une prédisposition tumorale durant l’enfance. La génération d’un modèle de souris knock-in (p57CK-) dans lequel p57 ne lie plus les complexes cycline/CDK, a révélé que BWS résulte en partie de la perte de fonctions indépendantes des CDK de p57. Cette étude a également permis de mettre en évidence le rôle essentiel joué par p57 dans le développement intestinal, de manière indépendante de l’inhibition des CDK.Le premier objectif de ce projet de thèse a été d’étudier le rôle de p57 dans la maintenance des cellules souches intestinales. Deux types de cellules souches intestinales ont été décrites jusqu’à présent, les cellules souches prolifératives CBC, responsables du renouvèlement constant de l’épithélium et les cellules souches +4 dites de réserve, mobilisées en cas de dommages afin de régénérer le tissu. J’ai pu mettre en évidence que p57 est impliqué dans la maintenance des cellules souches +4 de manière indépendante de l’inhibition des CDK. Les souris p57KO présentent une augmentation de la prolifération dans les cryptes due à une amplification des cellules progénitrices et de ces cellules souches de réserve +4, alors que les CBC ne sont pas affectées. J’ai également étudié le mécanisme moléculaire par lequel p57 contrôle la prolifération des cellules de la crypte et identifié Ascl2, un facteur de transcription clé dans le maintien des cellules souches, comme nouveau partenaire de p57. Mes données montrent que p57 est capable d’inhiber l’activité transcriptionnelle d’Ascl2, via la formation d’un complexe co-répresseur avec HDAC7 et mSin3a. Ainsi ces travaux ont permis d’identifier une nouvelle fonction de p57 dans les cellules souches intestinales au cours du développement et pourrait expliquer le rôle de p57 dans la tumorigénèse intestinale.Le deuxième objectif de mon projet de thèse a été de développer un nouveau modèle de culture pour l’étude des cellules souches intestinales. En effet, à l’heure actuelle, les études in vitro sont limitées à des modèles 2D ou des systèmes 3D de types organoïdes qui ne récapitulent pas complètement l’architecture 3D, le microenvironnement et la compartimentalisation présente au sein du tissu in vivo. Dans un premier temps, j’ai développé un nouvel hydrogel photopolymérisable compatible avec la culture de lignées cancéreuses colorectales. Ce matériau a ensuite été mis en forme par impression 3D haute résolution afin de fabriquer des supports de culture mimant l’architecture tissulaire l’intestin. Enfin, j’ai pu montrer que ces modèles 3D permettent la croissance des cellules colorectales Caco-2 pendant au moins trois semaines, et que la culture en trois dimensions favorise leur polarisation. Ces modèles 3D pourraient donc constituer une approche alternative aux modèles in vitro actuellement disponible afin d’étudier les mécanismes gouvernant l’homéostasie tissulaire.

This work deals with the design, realization and characterization of a spectrally-tunable VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) to be integrated in a portable SS-OCT microsystem (Swept-Source Optical Coherence Tomography) for early detection of skin diseases. Our approach for tunable source fabrication is based on of the use of an intracavity nematic liquid crystal layer (LC). This will lead to a better mechanical stability and a lower driving voltage than for the classical case of electrostatic MEMS integration at the surface of the half-VCSEL. It is however necessary to solve several technological issues to master the hybrid integration of CL microcells in a III-V-based photonic device and to combine LC molecules alignment with electrical injection in the device. To this end, an original method for collective fabrication of polymer-based microcells is developed, exploiting the advantages of a soft-nanoimprint equipment. This generic met! hod is validated by the fabrication of several optical tunable devices operating at 1.55μm (high-finesse optical filters, photodetector arrays and optically-pumped VCSELs) for telecom or miniaturized spectroscopy applications. A laser emission at room temperature in continuous regime is obtained for the first time with a tuning range of 23.5 nm for an applied voltage of 20V. A tunable electrically-pumped VCSEL operating at 850nm is also designed and fabricated. First results show a laser effect observed on the half-VCSEL part placed in an external cavity configuration. A spectral tunability of the electroluminescence peak of the complete device over 10nm is also obtained for 20V applied., Ces travaux de thèse portent sur la conception, la réalisation et la caractérisation de diodes VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) accordables spectralement et intégrables dans un système miniaturisé d’analyse SS-OCT (Tomographie par Cohérence Optique à balayage de source) pour la détection précoce des pathologies de la peau. L'approche originale que nous avons explorée pour réaliser la source VCSEL accordable à 850nm réside dans l'exploitation de cristaux liquides (CLs) nématiques intracavité. Ceci permet d’envisager une meilleure stabilité mécanique et une tension de commande plus faible que dans le cas de l’intégration d’un MEMS électrostatique en surface d’un demi VCSEL. Il est cependant nécessaire de lever plusieurs verrous technologiques pour pouvoir maitriser l’intégration hybride de microcellules à CL dans un composant photonique à base de semiconducteurs III-V. Il s'! agit en particulier de concilier l'alignement uniforme des molécules de CL avec l’optimisation de l'injection électrique dans le dispositif. Dans ce but, nous avons mis au point une méthode originale de fabrication collective de microcellules à CL à base de polymères, en exploitant notamment les avantages d'un équipement de nanoimpression douce. Cette méthode générique a ensuite été validée par la réalisation de plusieurs composants optiques accordables à 1.55µm (filtres optiques de haute finesse, matrices de photodétecteurs et VCSELs à pompage optique) pour des applications télécom ou de spectroscopie miniature. Une émission laser a ainsi été obtenue pour la première fois en continu à température ambiante avec une accordabilité de 23.5 nm pour une tension appliquée de 20V. Un VCSEL accordable fonctionnant à 850nm en pompage électrique a été également conçu et réalisé. Les premières caractérisations ont mis en évi! dence un effet laser sur la partie demi-VCSEL placée en confi! guration de cavité externe, ainsi qu’une accordabilité du pic d’électroluminescence du composant complet sur 10nm pour 20V appliqués.

Among the energetic materials, nanothermites are known for their high reactivity and their use in pyrotechnic applications. In this context, the Al/CuO composite is a promising material for integration into micro-devices, due to its high enthalpy of oxidation-reduction reaction. The increase of the contact surface between the two reactants of the thermite improves the properties. Control of the size, morphology and distribution of nanoparticles within the nanocomposite is therefore of fundamental importance. In the majority of cases, the nanothermites are obtained by physical mixing of non-dispersible commercial nanopowders. In this thesis we proposed to explore an organometallic way to synthesize CuO nanoparticles to assembly with Al commercial nanoparticles. For this purpose, CuO nanoparticles are synthesized by hydrolysis or controlled oxidation of an organometallic precursor (copper amidinate) in the presence of organic ligands (octylamine). Sizes, shapes and distributions vary depending on the experimental conditions of the syntheses. The surface states of the CuO nanoparticles were then analyzed by NMR and infrared spectroscopy characterization methods. The information acquired allowed us to identify the interactions between the ligands and the surface of the nanoparticles. In a second step, the CuO nanoparticles are mixed by ultrasons with nanopowders dispersed in an organic solvent. The thermal characterizations of these nanocomposites show the presence of non-characteristic exothermic and endothermic reactions of the usual Al + CuO thermite reaction. Thermal and structural analyzes of CuO nanoparticles revealed that the ligands oxidize at low temperature (~ 200 °C) and reduce the CuO to Cu2O then to metallic Cu, before the thermite reaction takes place. An optimized experimental protocol was finally implemented to preserve the structure of CuO while eliminating the ligands present in the stabilizing layer of the nanoparticles. These new assemblies generate a reaction energy equivalent to Al/CuO nanothermites obtained by mixing commercial powders. But these nanocomposites have lower initiation temperatures, which is interesting for some applications. The accumulated knowledge of surface states and the stabilization of nanoparticles in solution open the way to the integration of nanocomposites on microelectronic chips by “inkjet” technology., Parmi les matériaux énergétiques, les nanothermites sont connues pour leur forte réactivité et leur utilisation dans les applications pyrotechniques. Dans ce cadre, le composite Al/CuO est un matériau prometteur pour l’intégration dans des micro-dispositifs, en raison de sa forte enthalpie de réaction d’oxydo-réduction. L’augmentation de la surface de contact entre les deux réactifs de la thermite permet l’amélioration des propriétés. Le contrôle de la taille, de la morphologie et de la distribution des nanoparticules au sein du nanocomposite revêt donc une importance fondamentale. Dans la majorité des cas, les nanothermites sont obtenues par mélange physique de nanopoudres commerciales non dispersables. Dans cette thèse nous avons proposé d’explorer une voie organométallique pour synthétiser des nanoparticules de CuO permettant ensuite un assemblage avec des nanoparticules commerciales d’Al. A cet effet, des nanoparticules de CuO sont synthétisées par hydrolyse ou oxydation contrôlée d’un précurseur organométallique (amidinate de cuivre) en présence de ligands organiques (octylamine). Les tailles, les formes et les distributions varient en fonction des conditions expérimentales des synthèses. Les états de surface des nanoparticules de CuO ont été ensuite analysés par des méthodes de caractérisations de spectroscopies de RMN et infrarouge. Les informations acquises nous ont permis d’identifier les interactions entre les ligands et la surface des nanoparticules. Dans un deuxième temps, les nanoparticules de CuO sont mélangées avec des nanopoudres d’Al dispersées aux ultrasons dans un solvant organique. Les caractérisations thermiques de ces nanocomposites montrent la présence de réactions exothermiques et endothermiques non caractéristiques des réactions thermites usuelles Al+CuO. Les analyses thermiques et structurelles des nanoparticules de CuO ont révélé que les ligands s’oxydent à basse température (~200 °C) et réduisent le CuO en Cu2O puis en Cu métallique, avant que la réaction thermite ne s’opère. Un protocole expérimental optimisé a été enfin mis en place pour conserver la structure du CuO tout en éliminant les ligands présents dans la couche stabilisante des nanoparticules. Ces nouveaux assemblages génèrent une énergie de réaction équivalente à des nanothermites Al/CuO obtenues par mélange de poudres commerciales. Mais ces nanocomposites possèdent des températures d’initiation plus basses, ce qui est intéressant pour certaines applications. Les connaissances accumulées sur les états de surface et la stabilisation des nanoparticules en solution ouvrent la voie à l’intégration de nanocomposites sur puces microélectroniques par la technologie « jet d’encre ».

The visualization of physical phenomena is one of the challenges that researchers are trying to overcome by designing and implementing different sensors that provide information close to reality through changes in one of the parameters they measure. Historically, the visualization of variations in physical phenomena has allowed for a better understanding of the problem being studied and has changed our perception of the world and ourselves forever. Over the last 300 years, in particular, many methods have been developed to visualize sound through a visual representation. In the field of acoustics, scientists have attempted to develop a visual representation of sound waves using transducers detecting two fundamental components of sound: sound pressure and particle velocity. In other words, the measurement of kinetic energy and potential, whose quantities provide information on the physical phenomenon of acousticpropagation. In this summary, we briefly present the work of t! he thesis entitled "2D and 3D Visualizations of Acoustic Waves by Optical Feedback Interferometry" in which a new visualization tool for acoustic phenomena was developed. This system is based on an optical sensor said reinjection in a laser diode and allows reconstructing in 2D and 3D the image of a propagating acoustic wave. The manuscript is divided into 3 chapters:• A first chapter presents the known methods for the visualization of the acoustic phenomena and presents the context of the research carried out,• A second chapter allows detailing the principle of measurement and its application to the realization of a two-dimensional image of the acoustic wave.• Finally, in the last chapter, we demonstrate how a tomographic method can be used to create a three-dimensional image., La visualisation des phénomènes physiques est l’un des défis que les chercheurs tentent de relever en concevant et en mettant en œuvre différents capteurs qui fournissent des informations proches de la réalité grâce à la modifications d’un des paramètres qu’ils mesurent. Historiquement, la visualisation des variations des phénomènes physiques a permis une une meilleure compréhension du problème étudié et a changé notre perception du monde et de nous-mêmes pour toujours. Au cours des 300 dernières années, en particulier, de très nombreuses méthodes ont été développées pour visualiser le son à travers une représentation visuelle. Dans le domaine de l’acoustique, les scientifiques ont tenté de développer une représentation visuelle des ondes sonores à l’aide de transducteurs détectant deux composantes fondamentales du son : la pression acoustique et la vitesse des particules. En d’autres termes, la mesure de l’énergie cinétique et du potentiel, dont les quantités fournissent des informations sur le phénomène physique de propagation acoustique. Dans ce résumé, nous présentons succinctement les travaux de la thèse intitulée "2D and 3D visualization of acoustic waves by Optical Feedback Interferometry" dans laquelle un nouvel outil de visualisation des phénomènes acoustique a été développé. Ce système est basé sur un capteur optique dit à réinjection dans une diode laser et permet de reconstruire en 2D et en 3D l’image d’une onde acoustique se propageant. Le manuscrit est divisé en 3 chapitres :• Un premier chapitre présente les méthodes connues pour la visualisation des phénomènes acoustiques et présente le contexte des recherches menées,• Un second chapitre, permet de détailler le principe de mesure et son application à la réalisation d’une image en deux dimensions de l’onde acoustique,• Enfin, dans le dernier chapitre, nous démontrons comment par une méthode tomographique, une image en trois dimensions peut être réalisée.

Personalized medicine holds the promise to greatly improve patient well-being and to lower the overall cost of medical care. To make this happen, there is an urge to develop new biosensing platforms for the absolute quantification of biomarkers in liquid biopsies with high sensitivity, specificity, portability and at a low cost. This thesis presents the technological toolbox that I have been developing during the last 10 years at LAAS-CNRS to try and provide new molecular analysis devices. More specifically, I propose solutions that take advantage of the size reduction inherent to bioMEMS: nanofluidics-embedded biosensors for kinetic study of molecular interactions, resonant MEMS biosensors for label free detection, and porous silicon membranes for on-chip sample preparation based on filtering and ion concentration polarization., Afin de permettre l’avènement de la médecine personnalisée et les promesses qui l’accompagnent en terme notamment d’amélioration de la prise en charge des patients et de baisse des coûts des soins médicaux, il est nécessaire de développer de nouveaux dispositifs de dosage moléculaire permettant de démocratiser les analyses à partir de prélèvements non-invasifs (biopsies liquides).Les technologies issues de la microélectronique ont fait naitre une grande variété de biocapteurs, sous la forme de dispositifs à haut degré d’intégration offrant des avantages indéniables par rapport aux techniques d’analyses moléculaires classiques : détection sans marquage, quantification directe des biomolécules, préparation d’échantillon minimale et rendu des résultats accéléré. Ce sont précisément ces avantages, liés à une technologies potentiellement bas coût, multiplexe, et portable qui entretiennent la promesse d’avoir accès à des analyses routinières au chevet du patient, calquée sur le modèle de réussite des appareils de mesure du glucose pour les personnes diabétiques.Mes activités de recherche conduites au LAAS ces 10 dernières années sont axées sur l’utilisation des microtechnologies pour l’analyse moléculaire en traitant les différentes composantes d’un biocapteur : développement de moyens de transduction, de stratégies de biofonctionnalisation et outils pour la préparation d’échantillon. Plus spécifiquement, mes travaux visent à tirer parti de la réduction de taille et du confinement spatial inhérents aux bioMEMS : plateforme nanofluidique pour l'étude cinétique d’interactions moléculaires, intégration de membranes de silicium poreux dans des systèmes fluidiques planaires pour la réalisation d’étapes pré-analytiques sur puce, et recours aux MEMS résonants pour la détection sans marquage.

This document presents the research and teaching in both coherent control and ultrashort laser pulse shaping and in sub-wavelength structuring for photonics integration., Ce document retrace les activités de recherche et d'enseignements menées dans le domaine du contrôle cohérent et du façonnage d'impulsions laser, ainsi que dans le domaine des structures sub-longueur d'onde pour l'intégration photonique.

A synthesis of research and research support work will be presented with a special focus on the theme and results concerning wireless energy transfer and RF energy recovery/collection for various applications including connected objects, wireless and energy autonomous sensor networks., Une synthèse de travaux de recherche et d'encadrement recherche sera présentée avec un focus spécial sur la thématique et les résultats concernant le transfert d'énergie sans fil et la récupération/la collecte d'énergie RF pour des applications diverses incluant les objets connectés, les réseaux de capteurs sans fils et autonomes en énergie.