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Le tournant participatif de la vigilance environnementale relève d’évolutions multiples, sociotechniques avec l’essor du numérique, organisationnelles avec la généralisation des infrastructures de la connaissance, et politique avec les injonctions envers la population à prendre plus part à la vie publique. Dans cet article introductif, il est montré que cette participation ne se résume pas à la plus ou moins grande collégialité de la façon dont sont menées les initiatives participatives de monitoring environnemental. La notion de médiation, décomposant l’architecture de ces initiatives, celle de gouvernance relative à une vision systémique de leur allocation du pouvoir, et enfin le positionnement réflexif du chercheur sociologue qu’elles impliquent permet de les resituer dans les enjeux auxquels leurs promoteurs et leurs observateurs sont confrontés. Il s’agit de restaurer l’incertitude sur leur portée, pesant sur ces dispositifs de monitoring en ce moment de mutation de la vigilance environnementale. The participatory turn in environmental monitoring is illustrative of several contemporary trends: in the context of political injunctions to participate actively in public life, it brings together sociotechnical changes associated with the multiplication of digital devices and organizational evolutions influenced by the widespread integration of knowledge infrastructures. This introductory article argues that participation in environmental monitoring initiatives cannot be understood by focusing on changes in collegiality that characterize how they are designed and carried out. We propose the concept of mediation as an avenue for exploring the issues that confront those who promote and analyze these initiatives. Mediation provides a way of examining their architecture, their governance in terms of a systemic understanding of how they distribute power, and the reflexive positioning of social science researchers that they imply. Thinking about the uncertainty of the environmental data produced, their heterogeneous nature and their scope of potential use appears a more fruitful line of inquiry. El giro participativo en la vigilancia ambiental es el resultado de múltiples evoluciones: sociotécnicas con el auge de lo digital; organizativas con la generalización de las infraestructuras del conocimiento, y políticas con las llamadas a la población para que participe más en la vida pública. En el presente artículo de introducción se muestra que esta participación no se limita a la mayor o menor institucionalidad de la forma en la que se llevan a cabo las iniciativas participativas de monitorización ambiental. La noción de mediación, descomponiendo la arquitectura de dichas iniciativas, la de gobernanza relativa a una visión sistémica de su asignación del poder y, por último, el posicionamiento reflexivo del investigador sociológico que estas implican, permiten resituarlas en los retos a los que se enfrentan sus promotores y observadores. Se trata de restablecer la incertidumbre sobre su alcance, que pesa sobre estos dispositivos de monitorización en este momento de mutación de la vigilancia ambiental.

On observe actuellement une multiplication des dispositifs participatifs de collecte des données. L’objectif de cet article est d’analyser les enjeux de ces pratiques en interrogeant la capacité d’un dispositif à orienter l’action collective de collecte. Celle-ci est étudiée en fonction des caractéristiques de la structure de gouvernance du dispositif, analysée à travers le protocole de mesure, et ses finalités. Trois dispositifs participatifs reposant sur l’utilisation de microcapteurs sont comparés. Nous montrons que cette capacité de guidage du dispositif est variable selon les situations et s’exprime à travers le processus de validation des données et l’objet de la surveillance réalisée par les volontaires distinguant, en particulier, les dispositifs de production de données de ceux destinés à impliquer des publics. There is currently a proliferation of participatory data collection mechanisms. The objective of this article is to analyze the issues at stake in these practices by examining the capacity of a system to guide collective action in collecting data. This is studied according to the characteristics of the structure of governance of the device, analyzed through the measurement protocol, and its aims. Three participatory devices based on the use of microsensors are compared. We show that the guiding capacity of the device varies according to the situation and is expressed through the data validation process and the purpose of the monitoring carried out by the volunteers, distinguishing, in particular, the data production devices from those intended to involved citizens. Actualmente se observa una multiplicación de los mecanismos participativos de recopilación de datos. El objetivo de este artículo es analizar lo que está en juego en estas prácticas, examinando la capacidad de un sistema para orientar la acción colectiva en la recogida de datos. Esto se estudia en función de las características de la estructura de gobierno del dispositivo, analizadas a través del protocolo de medición, y sus objetivos. Se comparan tres dispositivos participativos basados en el uso de microsensores. Demostramos que esta capacidad de orientación del dispositivo varía según la situación y se expresa a través del proceso de validación de los datos y de la finalidad del seguimiento realizado por los voluntarios, distinguiendo, en particular, los dispositivos de producción de datos de los destinados a crear públicos implicados.

Since the discovery of Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) and the proven ability for this technique to detect molecules at trace level, numerous techniques have been reported for fabricating substrates that ensure reliable and reproducible SERS signal on its whole surface. In this paper we studied the capabilities and sensing performances of three commercial SERS substrates (RAM-SERS-SP from Ocean Optics, QSERS from Nanova Inc. and Hamamatsu from Hamamatsu Photonics) by using diluted solution of 4-mercaptobenzoic acid (MBA) at two different excitation wavelengths (633 and 785 nm). Large datasets were obtained through Raman mappings collected randomly on different areas on the substrate surface. The averaged SERS signals for one specific vibrational band of the MBA were used to compare limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ) and sensitivity of the three substrates. LOD and LOQ between 1 μM and 10 μM were calculated with a range of use of only one or two orders of magnitude. The best sensing performances were reached by the Hamamatsu substrate for an excitation wavelength of 633 nm.

Significant volumes of cementitious materials are used in the nuclear industry to design nuclear power plants containment facilities or surface storage installations for radioactive waste for example. The increasing volume of radioactive waste produced raises the question of a deep geological disposal facility such as Cigéo (industrial center for geological storage of radioactive waste). This type of facility would require various cementitious materials and the ageing of these materials is a major safety issue. The evolution of the mechanical behavior of cementitious structures is mainly the result of physico-chemical disturbances. Although the majority of reactive mechanisms are now understood in a physico-chemically satisfactory manner, the question of monitoring the chemical evolution of cementitious materials and more specifically, of the pore water, remains a very limited field of research in spite of the primordial stakes that it covers. The pH is indeed a reliable and powerful indicator of the state of deterioration of cementitious material structures and its measurement remains of major interest in the continuous monitoring of concrete aging. The majority of methods developed to measure the high pH of concrete (pH = 10.5-13.5) are destructive methods and standard electrochemical probes are not suited for in situ pH measurement, over long periods of time. With regards to optical probes, some systems have been developed in the literature, but they are not applicable for real-time monitoring of high pH variation (> 13). The research work exposed here relates to the development of a pH optode for in situ measurement in cementitious materials, from the hydration to the material ageing. In order to achieve this, a naphthalimide derivative has been selected and perylene derivatives with amine or guanidine functions have been synthesized in order to obtain fluorescent pH probes. The pH probes photophysical and photochemical properties have been characterized in solution. These novel pH probes have been entrapped or bound to various polymer matrices such as hydrogels (polyvinyl alcohol crosslinked with glutaraldehyde or Hydromed D4), or cellulose in order to obtain robust materials, permeable to water and analytes. These materials response to pH variations has been studied. Finally, an optical bench was designed in order to develop a reliable optical pH measurement tool including an internal reference. pH measurements were carried out on the surface of low-pH cement pastes with a short response time of around 100 s and a ±0.1 pH unit precision. Issues regarding the pore water accessibility of cementitious materials and specific interactions between pH probes and solid matrices has been highlighted and outlooks for in situ pH measurement are discussed., D’importants volumes de matériaux cimentaires sont utilisés dans le secteur de l’industrie nucléaire, pour la conception des enceintes de confinement de réacteurs de centrales ou le stockage de déchets radioactifs en surface par exemple. L’augmentation du volume de déchets radioactifs produits appelle à considérer un scénario de stockage géologique profond des déchets nucléaires avec le projet Cigéo (centre industriel de stockage géologique de déchets radioactifs), dont les infrastructures seraient constituées d’une variété de matériaux cimentaires. L’évolution et le vieillissement de ces matériaux cimentaires, principalement leur durabilité mécanique sous différentes contraintes environnementales correspond à un enjeu de sûreté majeur. L'évolution du comportement mécanique des structures cimentaires est principalement la résultante des perturbations physico-chimiques, dont les mécanismes réactifs sont désormais appréhendés de façon satisfaisante. Cependant, le suivi de l'évolution chimique des matériaux cimentaires et notamment de la solution porale reste un champ de recherche assez peu exploré malgré les enjeux primordiaux qu'il présente. Le pH est en effet un indicateur fiable et puissant de l'état d'altération des structures en matériaux cimentaires et sa mesure demeure d'un intérêt majeur dans le cadre du suivi en continu du vieillissement du béton. La majorité des méthodes de mesure du pH hautement basique du béton (pH = 10,5-13,5) constituent des méthodes destructives et les sondes électrochimiques largement utilisées ne sont pas applicables pour des mesures in situ dans le béton, sur des temps longs. En ce qui concerne les sondes optiques, un certain nombre de systèmes ont été développés dans la littérature, mais ils ne sont pas applicables pour le suivi en temps réel de variation de hauts pH (> 13). Les travaux menés durant cette thèse ont visé à concevoir et tester une optode de pH afin de suivre in situ le vieillissement de matériau cimentaire depuis la prise jusqu'à plusieurs mois/années. Pour ceci, un dérivé naphthalimide a été sélectionné et des dérivés pérylène présentant des fonctions amine ou guanidine ont été synthétisées afin de constituer des sondes de pH fluorescentes. Les propriétés photophysiques et photochimiques des sondes ont été étudiées en solution. Dans un deuxième temps, ces sondes de pH innovantes ont été séquestrées ou greffées sur différentes matrices polymère tels que des hydrogels d’alcool polyvinylique réticulés avec le glutaraldéhyde, un polyuréthane commercial (HydroMed D4) ou la cellulose, afin de constituer un matériau résistant, perméable à l’eau et aux analytes, dont la réponse aux variations de pH a été caractérisée. Enfin un banc optique permettant la mesure du pH a été développé et optimisé afin de constituer un outil de mesure du pH fiable et robuste avec l’inclusion d’une référence interne. Ainsi, le pH de pâtes de ciment bas pH a été mesuré en surface au jeune âge, avec un temps de réponse d’environ 100 s et une précision de ±0,1 unité de pH. Des problématiques d’accessibilité à l’eau porale des matériaux cimentaires et d’interactions spécifiques entre les sondes moléculaires de pH et les matrices solides ont été mises en évidence. Des perspectives pour la mesure du pH in situ sont présentées.

International audience; There is currently a proliferation of participatory data collection mechanisms. The objective of this article is to analyze the issues at stake in these practices by examining the capacity of a system to guide collective action in collecting data. This is studied according to the characteristics of the structure of governance of the device, analyzed through the measurement protocol, and its aims. Three participatory devices based on the use of microsensors are compared. We show that the guiding capacity of the device varies according to the situation and is expressed through the data validation process and the purpose of the monitoring carried out by the volunteers, distinguishing, in particular, the data production devices from those intended to involved citizens. Actualmente se observa una multiplicacion de los mecanismos participativos de recopilacion de datos. El objetivo de este articulo es analizar lo que esta en juego en estas practicas, examinando la capacidad de un sistema para orientar la accion colectiva en la recogida de datos. Esto se estudia en funcion de las caracteristicas de la estructura de gobierno del dispositivo, analizadas a traves del protocolo de medicion, y sus objetivos. Se comparan tres dispositivos participativos basados en el uso de microsensores. Demostramos que esta capacidad de orientacion del dispositivo varia segun la situacion y se expresa a traves del proceso de validacion de los datos y de la finalidad del seguimiento realizado por los voluntarios, distinguiendo, en particular, los dispositivos de produccion de datos de los destinados a crear publicos implicados.; Actualmente se observa una multiplicación de los mecanismos participativos de recopilación de datos. El objetivo de este artículo es analizar lo que está en juego en estas prácticas, examinando la capacidad de un sistema para orientar la acción colectiva en la recogida de datos. Esto se estudia en función de las características de la estructura de gobierno del dispositivo, analizadas a través del protocolo de medición, y sus objetivos. Se comparan tres dispositivos participativos basados en el uso de microsensores. Demostramos que esta capacidad de orientación del dispositivo varía según la situación y se expresa a través del proceso de validación de los datos y de la finalidad del seguimiento realizado por los voluntarios, distinguiendo, en particular, los dispositivos de producción de datos de los destinados a crear públicos implicados.; On observe actuellement une multiplication des dispositifs participatifs de collecte des données. L’objectif de cet article est d’analyser les enjeux de ces pratiques en interrogeant la capacité d’un dispositif à orienter l’action collective de collecte. Celle-ci est étudiée en fonction des caractéristiques de la structure de gouvernance du dispositif, analysée à travers le protocole de mesure, et ses finalités. Trois dispositifs participatifs reposant sur l’utilisation de microcapteurs sont comparés. Nous montrons que cette capacité de guidage du dispositif est variable selon les situations et s’exprime à travers le processus de validation des données et l’objet de la surveillance réalisée par les volontaires distinguant, en particulier, les dispositifs de production de données de ceux destinés à impliquer des publics.

Grâce à une technologie innovante, l'architecture NEMS-MS (NanoElectroMechanical System-Mass Spectrometry) est capable de mesurer la masse de nanoparticules d'origines naturelles ou artificielles dans une gamme (MDa-GDa) difficilement accessible en spectrométrie de masse conventionnelle. Sa miniaturisation lui permettrait de s'exporter hors du laboratoire mais nécessite d'adapter la lentille aérodynamique utilisée pour focaliser les particules sur le capteur NEMS. Ce travail présente donc la caractérisation numérique de la lentille du système - validée expérimentalement - et propose une méthode d'optimisation tenant compte des paramètres système (pression, débit) pour sa miniaturisation., Thanks to an innovative technology, the NEMS-MS (NanoElectroMechanical System-Mass Spectrometry) is capable of measuring the mass of natural or artificial nanoparticles in a challenging range for conventional mass spectrometry (MDa-GDa). Its miniaturization would allow performing measurements outside of the laboratory but requires adapting the aerodynamic lens used to focus particles on the NEMS sensor. Thus, this work presents the numerical study of the lens and proposes an optimization method for its miniaturization, considering the system parameters (pressure, flowrate).

A plenoptic sensor enables the capture of a light field : it spatially and angularly samples the light rays coming from a scene, unlike a conventional image sensor which only allows spatial sampling. This offers more possibilities in terms of image processing. For example, one can refocus the image after its acquisition. It is also possible to correct lens' aberrations, or calculate a depth map in a passive way. The angular sampling is achieved by placing multiple sub-pixels under a single microlens of the sensor. This thesis focuses on the case where a microlens covers a patch of 2x2 sub-pixels, called a quad-pixel. This is the evolution of the so-called dual-pixel developped by Canon in 2012, mainly used to drive the autofocus of their cameras. Its object is to link two of the three aspects of the imaging system, the pixels on the one hand, and the image processing on the other hand. The lens used to produce the image on the sensor is not studied here. First, I present simulations at pixel level, mainly using 1.75 microns subpixels. Given the defined metric performance, I present some solutions in order to improve the performance of the pixels. Based on these simulations, I decided to modify a ray tracing renderer in order to take into account the diffraction in microlenses. It then made it possible to generate synthetic images and thus study the image processing algorithms. I show that microlens diffraction tends to degrades the algorithms' performance by studying the case of aberration correction of the main lens. I also present multiple ways to use a quad-pixel, using deep learning techniques and neural networks, such as debayering or diffraction removal. Finally, I present and characterize a quad-pixel prototype made especially for this thesis., Un capteur plénoptique permet de capturer un champ de lumière c'est-à-dire d'échantillonner spatialement et angulairement les rayons lumineux provenant d'une scène, contrairement à un capteur d'image classique qui permet uniquement un échantillonage spatial. Cela offre des possibilités plus poussées en termes de traitement d'images. On peut par exemple refaire la mise au point après la prise de vue, corriger les aberrations de l'objectif, ou calculer une carte de profondeur de manière passive. L'échantillonnage angulaire est produit en plaçant plusieurs sous-pixels sous une même microlentille du capteur. Cette thèse concerne un capteur quad-pixel où une microlentille recouvre un patch de 2x2 sous-pixels. Il s'agit de l'évolution des capteurs "dual-pixels" développés par Canon en 2012, principalement utilisés pour contrôler l'autofocus de leurs appareils photographiques.Elle a pour objectif de tisser des liens entre deux des trois aspects du système d'imagerie, les pixels d'une part, et le traitement de l'images d'autre part. L'optique utilisée pour produire l'image sur le capteur est laissée de coté. Je présente d'abord des simulations au niveau des pixels, principalement en utilisant des sous-pixels de 1.75 microns. A partir du critère de performance défini, je présente des pistes d'amélioration des pixels. En me basant sur ces simulations, j'ai modifié un outil de rendu d'images en lancé de rayons qui permet de prendre en compte la diffraction dans les microlentilles. Je montre que la diffraction due à la microlentille dégrade les performances des algorithmes, je prends pour exemple le cas de la correction des aberrations de l'objectif principal. Cet outil a de plus permis de générer des images puis d'étudier les algorithmes de traitement d'images. Je présente plusieurs pistes d'utilisation d'un quad-pixel à l'aide des techniques d'apprentissage profond et de réseaux de neurones, comme par exemple le dématriçage couleur ou la correction de la diffraction. Enfin, je présente et caractérise un prototype quad-pixel réalisé dans le cadre de cette thèse.

The thesis work presented in this paper aims to address the issues encountered in the field of decommissioning and related to non-destructive testing of large non-planar surfaces with low levels of radiological contamination. The main objective of this thesis is to develop a pixelated and deformable measurement system, compatible with the detection of different radiological signatures (alpha, beta and gamma) on large uneven surfaces. Two technical solutions were considered and investigated: scintillating fibres and phoswichs scintillators. Scintillating fibres, being characterised by an intrinsic deformability allowing them to adapt to the measured surface and the possibility of being manufactured over several kilometres in length, showed a strong potential for innovation and therefore constituted the most promising technological brick for this work. In order to achieve the stated objective, three lines of research were explored. The first axis concerns the development of a detector based on scintillating fibres, for a beta spectrometry application. The second axis aims at developing a numerical model of the detector, using the Monte Carlo simulation code MCNP6, and a numerical model of the transmission and amplification of the signal generated inside the fibres. Finally, the third axis concerns a multi-source beta/beta and beta/gamma discrimination method based on different thicknesses of cladding and cores, and associated with an iterative Maximum Likelihood-Expectation Maximisation (ML-EM) algorithm.; Les travaux de thèse présentés dans ce mémoire visent à répondre aux enjeux rencontrés dans le domaine du démantèlement et relatifs aux contrôles non destructifs de grandes surfaces non planes, présentant un faible niveau de contamination radiologique. L’objectif principal de la thèse consiste à développer un système de mesure pixellisé et déformable, compatible avec la détection de différentes signatures radiologiques (alpha, bêta et gamma) et adapté à l’inspection de grandes surfaces non planes. Deux solutions techniques ont été considérées et investiguées : les fibres scintillantes et les scintillateurs de type phoswich. Les fibres scintillantes ont montré un fort potentiel d’innovation et ont donc constitué la brique technologique la plus prometteuse pour ces travaux.Afin d’atteindre l’objectif énoncé, trois axes de recherche ont été explorés. Le premier axe concerne le développement d’un détecteur basé sur des fibres scintillantes, pour une application de spectrométrie bêta. Le deuxième axe a pour objectif le développement d’un modèle numérique du détecteur, en utilisant le code de simulation Monte-Carlo MCNP6 et un modèle mathématique de la transmission et de l’amplification du signal généré à l’intérieur des fibres. Enfin, le troisième axe porte sur une méthode de discrimination multi-sources bêta/bêta et bêta/gamma basée sur différentes épaisseurs de gaines et de cœurs, et associée à un algorithme itératif de type Maximum Likelihood-Expectation Maximisation (ML-EM).

The use of radio frequency identification (RFID) technology is gaining in popularity. Contactless payment, transportation cards, or even anti-shop-lifting alarms are daily used examples of this technology. These wireless solutions that store identification data even find their application to replace the barcode label. An RFID tag is placed on an object and store more data that just its model identifier like its serial number, producer, expiry date, ... In industrial field, the cost of these so-called passive tags is reduced by the absence of battery. They generally use the EPC (Electronic Product Code) protocol of generation 2, branded as “RAIN”, which works in UHF band (Ultra High Frequencies). To provide more information on the tagged product, this communication protocol allows tag designers to add several sensing features. Thus, the reading can bring back more information on the state of the spoiling product. Today, many sensing tag solutions designed by academics still exceed regulatory limits imposed by governments in terms of power and/or frequency. Our goal is to propose a solution that is suited to industrial partners needs. To do so, we design a sensing tag whose measurement process is compliant with governmental guidelines and propose a signal conditioning compatible with conventional and standard-compliant UHF RFID readers. In this work, the application targets the field of agri-food logistics. Indeed, the sensor-tag measures a combination of volatile elements released in the closed food packaging and gives indications of the degradation of the food. In collaboration with multiple industrial partners, several validations were conducted in an operational environment., L’utilisation de la technologie d’identification par radiofréquence (RFID) gagne en popularité. Le paiement sans contact, les cartes de transports, ou encore les alarmes anti-vols sont des exemples avec une utilisation quasiment journalière. Ces solutions de stockage d’information d’identification sans fil trouvent même leurs applications pour remplacer le code-barre par une étiquette RFID. En effet, pour une utilisation industrielle, le coût de ces étiquettes dites passives est réduit par l’absence de batterie. Elles utilisent généralement le protocole EPC de génération 2 qui fonctionne en bande UHF (Ultra-Hautes Fréquences). Pour apporter plus d’information sur le produit étiqueté, ce protocole de communication autorise les concepteurs d’étiquette à y adjoindre une fonction capteur. Ainsi, la lecture peut remonter des informations sur l’état du produit. Aujourd’hui encore, beaucoup de solutions d’étiquettes-capteurs conçus par le milieu académique dépassent les limites imposées par les gouvernements en termes de puissance et/ou de fréquence. Notre but est de proposer une solution adaptée au terrain des professionnels. Pour cela, nous avons conçu une étiquette-capteur dont le processus de mesure est conforme aux directives gouvernementales et proposons un conditionnement du signal compatible avec les lecteurs RFID UHF conventionnel et standard. Dans ce travail, l’application cible le domaine de la logistique agro-alimentaire. En effet, l’étiquette-capteur mesure une combinaison d’éléments volatiles libérés dans l’emballage alimentaire fermé donnant alors un état de la dégradation de l’aliment. De concert avec un partenaire industriel, une validation a été menée dans un environnement opérationnel.

Color and multispectral image sensors contain several acquisition channels characterized by their spectral responses. On one hand, the choice of these ones influences the functional performance of the sensor by changing its color and spectral accuracy. On the other hand, it affects noise amplification occurring when raw images are processed. This thesis contains a geometrical analysis of this phenomenon and proposes a method to optimize spectral responses.Multispectral images allow to simulate raw acquisitions from theoretical sensors and to test processing steps. Using an acquisition bench, a new dataset has been published containing 22 multispectral images covering the absorption range of silicon (400-1050 nm).Then, I developed a geometrical approach to describe noise amplification based on a graphical representation of signals/noise at raw, spectral and color levels. I concluded that inter-channel correlations are the main cause of the amplification.Based on this geometrical representation, I created a simple decorrelation method respecting positivity constraint, adapted to the computation of theoretical spectral responses. I used this method to compute optimized responses for a color sensor and I extended the principle to multispectral applications.To go further, I used a model of mesopic vision domain to relax colorimetry in a controlled way while increasing signal to noise ratio of the image. Then I showed that the geometrical approach could be extended to other issues like image demosaicing., Les capteurs d'images couleurs et multispectraux contiennent plusieurs canaux d'acquisition caractérisés par des réponses spectrales. Le choix de celles-ci détermine les performances fonctionnelles de l’imageur en agissant sur la qualité de la reconstruction couleur ou spectrale effectuée. Ce choix agit également sur l’amplification du bruit survenant lors du traitement de l'image brute. Cette thèse consiste en une analyse géométrique de ce phénomène et propose une méthode d'optimisation des réponses spectrales.L'exposé contient des simulations réalisées sur des images multispectrales permettant de simuler des acquisitions brutes et de tester des étapes de traitement. Grâce à un banc d’acquisition, une nouvelle base de donnée a été publiée contenant 22 images multispectrales couvrant toute la gamme d’absorption du silicium (400-1050 nm). Ensuite, j’ai développé une approche géométrique permettant de décrire le phénomène d’amplification en se basant sur une représentation graphique des signaux/bruits bruts, spectraux et couleurs. J’ai ainsi conclu que les corrélations entre canaux constituent la principale cause d’amplification.Cette représentation géométrique du problème m’a, ensuite, permis d’élaborer une méthode simple de décorrélation respectant la contrainte de positivité, adaptée au calcul de réponses spectrales théoriques. J'ai alors calculé des réponses spectrales optimisées pour la couleur puis j'ai étendu le principe au cas de l'imagerie multispectrale.Pour aller plus loin, j’ai montré comment utiliser une modélisation du domaine de vision mésopique pour relaxer la colorimétrie de l’image de manière contrôlée en augmentant son rapport signal sur bruit. Enfin j’ai étendu la modélisation géométrique à d’autres problématiques comme celle du dématriçage de l’image.

The growing development of smart objects offers new opportunities for locating the connected traveler. However, tracking the pedestrian's trajectory remains problematic and navigation applications do not propose to track the traveller's trajectory on a multimodal scale autonomously. This work focuses on the implementation of a single solution capable of locating the user according to different travel modes and whatever the environment, using inertial,magnetic and GNSS sensors. In a first step, a new method for locating the cyclist is implemented. GNSS phase measurements are used to correct the velocity vector by time differences and themovement direction is constrained using inertial signals. These elements were used in a second time and adapted to implement a new method of pedestrian localization with a handheld sensor. The PDR approach which is an inertial navigation technique using dead reckoning is parameterized in an extended Kalman filter. An innovative update merging the device attitude estimation and a statistical estimation of the walking direction allows to correct the walking direction prediction and to obtain a consistent and smoothed estimate. GNSS measurements are used to correct the velocity vector, orientation, step length and absolute position. Finally, a multimodal approach is proposed and the management of transitions between the different algorithms, assisted by the use of an innovative sensor, is studied. Multimodal experiments in real conditions are conducted to analyze the performance of the proposed solution.; Le développement croissant d'objets intelligents offre de nouvelles opportunités de localisation du voyageur connecté. Cependant, le suivi de la trajectoire du piéton reste problématique et les applications de navigation ne proposent pas de suivre la trajectoire du voyageur à l'échelle multimodale de façon autonome. Ce travail s'intéresse à la mise en place d'une solution unique capable de localiser l'utilisateur selon différents modes de déplacement et quel que soit l'environnement, à partir de capteurs inertiels, magnétiques et GNSS. Dans un premier temps, une nouvelle méthode de localisation du cycliste est mise en place. Les mesures de phases GNSS sont utilisées pour corriger le vecteur vitesse par différences temporelles et la direction de déplacement est contrainte à l'aide des signaux inertiels. Ces éléments ont été utilisés dans un second temps et adaptés pour mettre en place une nouvelle méthode de localisation du piéton avec un capteur en main. L'approche PDR qui est une technique de navigation inertielle à l'estime est paramétrée dans un filtre de Kalman étendu. Une mise à jour innovante fusionnant l'estimation de l'attitude du boîtier et une estimation statistique de la direction de marche permet de corriger l'estimation du cap de marche et d'obtenir une estimation cohérente et lissée. Les mesures GNSS sont utilisées pour corriger le vecteur vitesse, l'orientation, la longueur de pas et la position absolue. Enfin, une approche multimodale est proposée et la gestion des transitions entre les différents algorithmes, assistée par l'utilisation d'un capteur innovant, est étudiée. Des validations expérimentales multimodales en conditions réelles sont conduites pour analyser les performances d'estimation de la solution proposée.

The growing development of smart objects offers new opportunities for locating the connected traveler. However, tracking the pedestrian's trajectory remains problematic and navigation applications do not propose to track the traveller's trajectory on a multimodal scale autonomously. This work focuses on the implementation of a single solution capable of locating the user according to different travel modes and whatever the environment, using inertial,magnetic and GNSS sensors. In a first step, a new method for locating the cyclist is implemented. GNSS phase measurements are used to correct the velocity vector by time differences and themovement direction is constrained using inertial signals. These elements were used in a second time and adapted to implement a new method of pedestrian localization with a handheld sensor. The PDR approach which is an inertial navigation technique using dead reckoning is parameterized in an extended Kalman filter. An innovative update merging the device attitude estimation and a statistical estimation of the walking direction allows to correct the walking direction prediction and to obtain a consistent and smoothed estimate. GNSS measurements are used to correct the velocity vector, orientation, step length and absolute position. Finally, a multimodal approach is proposed and the management of transitions between the different algorithms, assisted by the use of an innovative sensor, is studied. Multimodal experiments in real conditions are conducted to analyze the performance of the proposed solution., Le développement croissant d'objets intelligents offre de nouvelles opportunités de localisation du voyageur connecté. Cependant, le suivi de la trajectoire du piéton reste problématique et les applications de navigation ne proposent pas de suivre la trajectoire du voyageur à l'échelle multimodale de façon autonome. Ce travail s'intéresse à la mise en place d'une solution unique capable de localiser l'utilisateur selon différents modes de déplacement et quel que soit l'environnement, à partir de capteurs inertiels, magnétiques et GNSS. Dans un premier temps, une nouvelle méthode de localisation du cycliste est mise en place. Les mesures de phases GNSS sont utilisées pour corriger le vecteur vitesse par différences temporelles et la direction de déplacement est contrainte à l'aide des signaux inertiels. Ces éléments ont été utilisés dans un second temps et adaptés pour mettre en place une nouvelle méthode de localisation du piéton avec un capteur en main. L'approche PDR qui est une technique de navigation inertielle à l'estime est paramétrée dans un filtre de Kalman étendu. Une mise à jour innovante fusionnant l'estimation de l'attitude du boîtier et une estimation statistique de la direction de marche permet de corriger l'estimation du cap de marche et d'obtenir une estimation cohérente et lissée. Les mesures GNSS sont utilisées pour corriger le vecteur vitesse, l'orientation, la longueur de pas et la position absolue. Enfin, une approche multimodale est proposée et la gestion des transitions entre les différents algorithmes, assistée par l'utilisation d'un capteur innovant, est étudiée. Des validations expérimentales multimodales en conditions réelles sont conduites pour analyser les performances d'estimation de la solution proposée.

CERN has been using the stretched wire method for many years for the alignment of accelerator components. Capacitive Wire Positioning Systems (WPS) are used to measure transversal offsets with respect to a stretched wire within a sub-micrometric resolution. Temperature and humidity are two knows parameters to influence WPS measurements. The alignment tolerances requested until now did not require these parameters to be considered. Their consideration is now becoming essential to ensure the necessary alignments for the future accelerators. The impact of temperature and humidity on the WPS systems was investigated through tests in climatic chamber.; Le CERN utilise la méthode du fil tendu depuis de longues années pour l’alignement des composants des accélérateurs. Les systèmes de mesure capacitifs WPS (Wire Positioning System) permettent de mesurer, à des résolutions sub-micrométriques, des déplacements selon deux axes orthogonaux par rapport au fil tendu servant de référence. La température et l’humidité sont deux paramètres connus comme ayant une influence sur les mesures WPS. Les tolérances d’alignement demandées jusqu’à présent n’imposaient pas de considérer ces paramètres. Leur prise en compte devient dorénavant indispensable pour garantir les alignements nécessaires aux futurs accélérateurs. Des essais en chambre climatique ont permis d’étudier l’impact de la température et de l’humidité sur les systèmes WPS.

National audience; 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…

Developing decision support tools to equip with automated heat detection sensors and use the datafrom the sensors already installed in dairy farms, these were the objectives of this project, managed bythe Institut de l'Elevage. In a context of development of precision livestock farming, it has helped todevelop technical and economic tools to guide the choice of the farmers to invest in heat detectionsensors or not for their herd. In addition, data continuously produced by Medria HeatLive ® sensors,installed in more than 1043 farms, were combined with data from the National Bovine Genetic Information System. The treatment of this database made it possible to access new indicators of heatexpression (amplitude of high activity associated with heat, duration of high activity, area under thecurve of high activity). These indicators are influenced by the breed, parity and production level of cows.They could eventually be used for genetic selection on heat expression.; Développer des outils d’aide à la décision pour s’équiper en détecteurs automatisés des chaleurs ettirer le meilleur parti des capteurs déjà installés dans les élevages laitiers, voilà les objets du projetMARIAGE, piloté par l'Institut de l'Elevage. Dans un contexte de développement de l'élevage deprécision, il a permis d'élaborer des outils techniques et économiques destinés à aiguiller le choix deséleveurs pour équiper ou non leur troupeau en capteurs de détection des chaleurs. Par ailleurs, lesdonnées produites en continu par les capteurs HeatLive ® de Medria, installés dans plus de 1043élevages, ont été combinées aux données du Système National d’Information Génétique bovin. Letraitement de cette base de données a permis de caractériser de nouveaux indicateurs d’expressiondes chaleurs (amplitude de la suractivité associée aux chaleurs, durée de la suractivité, aire sous lacourbe de suractivité). Ces indicateurs sont influencés par la race, la parité et le niveau de productiondes vaches. Il reste à vérifier si ces caractères d'expression des chaleurs pourrait donner lieu àsélection génétique.

Since the new welfare regulation, farmers have to breed pregnant sows penned in the group. Thus, breeders observed more heterogeneity in the backfat thickness of sows when they are entering the farrowing units, implying more losses of piglets. It is also more difficult to observe lameness issues in large groups of sows. The objectives of this project are (i) to develop an activity sensor to feed each sow according to the energy it spends and (ii) to create an early detection system for lameness problems. The first step of this project was to develop a sensor able to record the individual activity level of sows penned in a group. As a result, Acti’Sow has been created. It is an ear tag accelerometer offering to know the daily time spent lying, standing and walking by a sow with a global accuracy close to 85 %. This project offers a better knowledge about sow behavior thanks to automatic feeders, connected drinkers, weighing scale and activity sensors. On average, the daily water consumption is 8.2 l/day/sow, but this result hides a huge variability close to 50 % when comparing a sow to another and 38 % for the same sow from a day to the next one. About their activity, an average sow spends 67 % of its time lying down, a bit more than 28 % standing up without moving and less than 5% walking. According to that, between the laziest one and the more active one, energy expenditure represent more than 500 g offeed. It means, with the same fixed objective of backfat thickness with these two sows, a farmer will need to give 500 g more feed/day for the very active sow. Early warning system for lameness issues was the other main result of this study. Through the use of watering and feeding behavior (number of visits per day, time of each visit, quantity of water/feed consumed, access rank to the feeder), individual weight and activity level, we built a first model able to individually predict lameness issue 24 hours before the farmer can observe it. The accuracy is close to 77 %. It means, that a cell phone app can alert farmers when a sow needs to be checked.; Depuis la mise en groupe des truies gestantes, les éleveurs observent plus d’hétérogénéité de l’état corporel des truies lors de leur entrée en maternité impliquant plus de pertes de porcelets. Il est également plus difficile d’observer les problèmes d’aplombs dans des grands groupes de truies. La première étape de ce projet avait pour objectif le développement d’un capteur capable d’enregistrer le niveau d’activité individuel des truies logées en groupe conformément à la réglementation bien-être. Cette étude a donc permis la mise au point de l’Acti’Sow. Il s’agit d’un accéléromètre autonome, positionné à l’oreille des truies, qui permet de connaître le temps quotidien passé par les truies à rester couchée, debout ou encore à marcher. Par ailleurs, cette étude offre également une meilleure connaissance du comportement des truies grâce aux nourrisseurs et aux abreuvoirs connectés, à la station de pesée identifiée et aux capteurs d’activité. En moyenne, la consommation d'eau quotidienne d’une truie est de 8,2 l / jour mais ce résultat cache une variabilité conséquente de près de 50% lorsque l'on compare une truie par rapport à une autre et de 38% pour la même truie d'un jour à l'autre. À propos de leur activité, une truie « normale » passe 67% de son temps en position couchée, un peu plus de 28% en position debout sans bouger et moins de 5% en marche. Sachant cela, entre la plus fainéante et la plus active, la dépense énergétique liée à cette activité représente plus de 500 g d’aliment. Le système d'alerte précoce des problèmes de boiterie est l'autre principal objectif de cette étude. En utilisant les comportements alimentaire et hydrique (nombre de visites par jour, heure de chaque visite, quantité d’eau / d’aliments consommée, rang d’accès au nourrisseur / abreuvoirs), le poids individuel et le niveau d’activité, nous avons construit un premier modèle capable de prédire individuellement les boiteries 24 heures avant que l’agriculteur puisse l’observer. La précision est proche de 77%

In this thesis, we address two target tracking problems and a search problem, using sensors. The first contribution is an extension of a previous work on target tracking, where the target trajectories are estimated under temporal uncertainty. A robust schedule for cases with more than one target, data transfer to a base station and energetic considerations is computed. A dynamic method is introduced as a second contribution to detect deviations and take online actions when the robust schedule is no longer feasible. It offers dynamic performance guarantees measured by a dynamic stability radius. The third contribution is related to the search problem, where an extension of the planning of the search effort is proposed,but where traveling costs are taken into account. The proposed approach builds a solution step-by-step using a linear approximation of the objective function. The contributions to the three problems addressed in this thesis are tested on numerous instances., Dans cette thèse, nous abordons deux problèmes de suivi de cibles mobiles et un problème de recherche de cible à l’aide d’un réseau de capteurs. La première contribution est une extension des travaux précédents dans le domaine de la recherche d’un ordonnancement robuste permettant le suivi de cibles mobiles avec un réseau de capteurs sous incertitude temporelle. La nouvelle méthode proposée prend en compte le cas multicibles, le transfert des données et des considérations énergétiques. La seconde contribution est une méthode dynamique pour réagir aux déviations que l’ordonnancement robuste ne couvre pas. La troisième contribution de cette thèse relative au problème de recherche de cible, qui généralise un problème de planification de l’effort de recherche, en tenant compte de coûts de déplacement, ce qui donne lieu à un problème plus réaliste et plus général. La méthode de résolution proposée construit une solution à l’aide d’une approximation linéaire de la fonction objectif. Les contributions aux trois problèmes abordés dans cette thèse ont été testées sur de nombreuses instances.

Mycotoxin contamination is a threat to the health and life of Humans and animals. One of the most common mycotoxin contaminating feed and foodstuffs is Ochratoxin A (OTA). OTA has a chronic toxic effect and has proved to be mutagenic, nephrotoxic, teratogenic, immunosuppressive, and carcinogenic molecule. Aptamer with their specific affinity for OTA was used in this paper to create an analytical technique. Several methods have been reported for the determination of OTA in foods. However, most of these methods could not be applied to a complex food as green coffee because the interfering native fluorescent molecules made the quantification very difficult. In this work, we mixed two separations based techniques to identify and quantify OTA in green coffee. Aptamer assisted ultrafiltration as separation technique based on the size of molecules was applied to separate the free OTA; the quantification of OTA was established by a high-performance liquid chromatography (HPLC-FD) with LOD of 0.05 ng/mL for OTA. Artificially contaminated green coffee displayed a good range of OTA recoveries up to 97.7%. The selected aptamer was used as a biorecognition element to functionalize a capacitive sensor for OTA detection. A capacitive aptasensor was developed for quantification of OTA based on modified anodized aluminum oxide with a LOD of 10-4 ng/mL. This method can be applied to the quantitative determination of OTA in green coffee at levels below the maximum levels proposed by the European Commission for green coffee (0.25 ng/mL). It also confirm that aptamers can be used as biorecognition element in diagnostic assays with commercial application for mycotoxin analysis. To our knowledge, it is the first label-free and electric capacitive aptasensor used to detect the OTA.; La contamination par les mycotoxines est une menace pour la santé et la vie des humains et des animaux. L’Ochratoxine A (OTA) est une mycotoxine des plus courantes qui contaminent les aliments. L'OTA a un effet toxique chronique et s'est révélée mutagène, néphrotoxique, tératogène, immunosuppresseur et cancérogène. Il est donc important de pouvoir détecter la présence de cette mycotoxine. Certains aptamères ont une affinité spécifique pour l’OTA et peuvent être utilisés pour créer une technique analytique. Plusieurs méthodes ont été décrites pour la détermination de l'OTA dans les aliments. Cependant, la plupart de ces méthodes ne pouvaient pas être appliquées à un aliment complexe tel que le café vert car les produits fluorescents interférents natifs du grain de café rendaient la quantification très difficile. Dans ce travail, nous avons mélangé deux techniques basées sur la séparation pour identifier et quantifier l'OTA dans le café vert. L'ultrafiltration assistée par aptamère comme technique de séparation basée sur la taille des molécules a été appliquée pour séparer l'OTA libre. La quantification de l'OTA a été réalisée par chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC-FLD) avec une limite de détection (LOD) de 0,05 ng/mL pour l'OTA. La récupération de l’OTA dans le café vert artificiellement contaminé présentait une bonne gamme de récupération jusqu’à 97,7%. L’aptamère sélectionné a ensuite été utilisé pour fonctionnaliser un support flexible d’alumine poreuse afin de former un aptacapteur capacitif, facilement manipulable, et spécifique envers l’OTA. Une preuve de concept a été développé pour la quantification de l’OTA et les premiers résultats ont montrés une limite de détection (LOD) de 10-4 ng/mL. Cette méthode a pu être appliquée à la détermination quantitative de l'OTA dans le café vert à des niveaux inférieurs aux niveaux maximaux proposés par la Commission européenne pour le café vert (0.25 ng/mL). Cette étude confirme également que les aptamères peuvent être utilisés comme élément de bioreconnaissance dans les tests de diagnostic ayant une application commerciale pour l'analyse des mycotoxines. À notre connaissance, il s'agit du premier aptacapteur capacitif électrique sans marquage utilisé pour détecter l'OTA.

This work presents a detailed study of helium 4 optically pumped magnetometers based on atomic alignment. Although their physical behavior is restricted to low magnetic fields (B≲150 nT), the dynamic range of such sensors may easily be extended using a back action loop on the magnetic field.We explicitly derive analytic expressions of the optical signals of helium magnetometers based on atomic alignment for the three atomic transitions D_0, D_1 et D_2. Doing so we are able to specifically study the different sensor architectures possible. We carefully present the two different ways of measuring a signal using atomic alignment: absorption and linear birefringence. We highlight new architectures of Hanle magnetometers, notably the possibility of measuring a field with one only optical access. We take a particular interest also in parametric resonance magnetometers to write their driving equations either in absorption and birefringence. We systematically complete our theoretical studies with experimental verifications.We finish by studying the intrinsic sources of imperfections (pumping of the probe beam, light-shift …) and noise of the sensors. Thus we discuss pros and cons of the architectures and analyze their theoretical sensitivity.; Nous présentons une étude détaillée des magnétomètres hélium 4 à pompage optique en alignement. Ces capteurs fonctionnent intrinsèquement dans un régime de champ magnétique faible (B≲150 nT), mais leur gamme de fonctionnement peut être grandement étendue en utilisant une boucle de compensation du champ.En réutilisant les théories du pompage optique et de l’atome habillé développées dans les années 60, nous obtenons les expressions détaillées des signaux optiques de nos magnétomètres pour les trois raies D_0, D_1 et D_2. Nous étudions ainsi les différentes architectures de capteurs qui peuvent être réalisées, en prenant soin de détailler les deux modes de mesure permis par l’alignement (absorption et biréfringence linéaire). Nous mettons ainsi en avant des nouvelles architectures innovantes des magnétomètres à effet Hanle, en faisant notamment apparaître la possibilité de réaliser une mesure avec un seul accès optique. Nous détaillons également l’étude des magnétomètres à résonance paramétrique dans les deux configurations de mesure permises par l’alignement. Systématiquement nous appuyons nos résultats théoriques via des validations expérimentales.Enfin nous détaillons les sources intrinsèques d’imperfections (effet indésirable du faisceau sonde, light-shift …) et de bruits des capteurs. Cela nous permet de mettre en avant les points forts et faibles des architectures, ainsi que d’étudier leurs performances en terme de sensibilité.

With the development of Internet of Things (IoT), the continuous monitoring of the human body parameters and the extreme miniaturization of devices are becoming major societal challenges. At the same time, surface acoustic wave devices (SAW devices) who are widely used in telecommunications for filtering are booming for their sensor function. It is precisely in this context, between the field of epidermal electronics and micro-acoustics that lies this thesis project. The goal is to develop a wireless temperature sensor that combines a device based on the acoustic wave technology with stretchable antennas. The use of a confined wave structure (WLAW) and a choice of suitable materials remove the need for encapsulation in the device. In the ultrathin and ultra-soft flexible format, the device can be harmoniously “tattooed” on the skin. A significant part of the work is focused on the development of the packageless devices and their optimization through different strategies (development of thin-film materials, designs). The remote interrogation is demonstrated using stretchable antennas made by transfer printing.; Avec le développement des objets connectés et de l’IoT (Internet of Things), le suivi en continu des paramètres corporels et la miniaturisation extrême des équipements de mesures deviennent de réels enjeux de société. Parallèlement, les dispositifs à ondes élastiques de surface (dispositifs SAW), largement utilisés dans les télécommunications pour leur propriété de filtrage, connaissent aujourd’hui un essor pour leur fonction de capteur. C’est précisément dans ce contexte, à l’interface entre l’électronique sur peau et la micro-acoustique que se situe ce sujet de thèse. L’objectif est de développer un capteur de température sans fil qui associe un dispositif basé sur la technologie des ondes élastiques à des antennes étirables. L’utilisation d’une structure à ondes confinées (WLAW) et un choix de matériaux appropriés permettent ensuite de supprimer le besoin d’encapsulation du dispositif. Au format ultrafin et ultrasouple, l’ensemble peut être « tatoué » harmonieusement sur la peau. Une grande partie du travail est consacrée à l’élaboration de dispositifs autoprotégés et à leur optimisation par le biais de différentes stratégies (développement de matériaux en couches minces, designs). L’interrogation à distance est démontrée en utilisant des antennes étirables réalisées par transfer printing.

In the context of Smart Cities, there is a growing need to inform drivers, anticipate congestion and take action to manage the state of the traffic flow on the road network. This need has driven the development of a large number of traffic forecasting methods. The last decades have seen the rise in computing power, in storage capacity and in our ability to process information in real-time. More and more road segments are equipped with traffic sensors. These evolutions are new elements to take into consideration in order to design accurate traffic forecasting algorithms. Despite the large amount of research efforts on this topic, there is still no clear understanding of which criteria are required in order to achieve a high forecasting performance at the network scale. In this thesis, we study two real datasets collected in two main French cities: Lyon and Marseille. The Lyon dataset describes the traffic flow on an urban network. The Marseille dataset descrobes the traffic flow on urban freeways. We evaluate the performance of methods from different fields: time series analysis (autoregressive models), and different subfields of machine learning (support vector machines, neural networks, nearest-neighbors regression). We also study different neighborhood selection strategies in order to improve the forecasting accuracy, while decreasing the complexity of the models. We evaluate a well-known approach (Lasso) and apply for the first time on traffic data a method based on information theory and graphical models (TiGraMITe), which has shown very effective on similar physics applications. Our experimental results confirm the usefulness of neighborhood selection mechanisms in some contexts and illustrate the complementarity of forecasting methods with respect to the type of network (urban, freeway) and the forecasting horizon (from 6 to 30 minutes).; Dans le contexte de la ville intelligente, le besoin d’informer, d’anticiper, et d’agir sur l’état du réseau routier est à l'origine du développement de nombreuses méthodes de prévision de trafic. L’augmentation de nos capacités à stocker et à traiter des données, notamment en temps réel, ainsi que le nombre croissant de segments de routes équipés de capteurs sont de nouveaux éléments à considérer lors du choix d’une méthode de prévision. Malgré de nombreux travaux de recherche, nous ne disposons toujours pas d’une compréhension claire des critères permettant de prédire efficacement à l’échelle d’un réseau routier. Dans cette thèse, nous nous appuyons sur deux jeux de données réelles, collectés respectivement sur le réseau urbain de la Métropole de Lyon, et sur les autoroutes urbaines de Marseille. Nous étudions la performance de différentes méthodes issues de la littérature statistiques des séries temporelles (méthodes autorégressives) et de la littérature de l’apprentissage artificiel (machine à vecteurs de support, réseaux de neurones). Nous étudions également l’apport de différentes stratégies de sélection de voisinage (sélection d’un sous-ensemble de capteurs utiles pour la prévision d’un capteur en particulier) pour améliorer la qualité de la prévision, tout en diminuant la complexité des modèles appris. Nous comparons ainsi une approche classique (la sélection Lasso) et testons pour la première fois sur des données de trafic une méthode issue de la théorie de l’information, ayant de très bons résultats sur des problèmes similaires de physique (tigramite). Nos résultats expérimentaux confirment l’utilité de méchanismes de sélection de voisinage et illustrent la complémentarité des approches de prévisions, selon le type de réseau (urbain, autoroute) et l’horizon de prévision (de 6 à 30 minutes)

CERN is using WPS to align different parts of the accelerators. The CLIC project is a 200m linear accelerator which needs to be entirely aligned at around ten micrometers with a temperature variation of 20°C between pre-alignment and operating the beam. This report aims to study the impact of temperature on the current WPS and see if they can be used in that project.; Le CERN utilise des dispositifs de mesure WPS pour aligner différents éléments dans les accélérateurs. Un projet d’accélérateur linéaire de 200 m (le projet CLIC) requiert un alignement d’une dizaine de micromètres sur l’entièreté de l’accélérateur, et ce, en ayant des variations de température de 20 °C entre le pré alignement et le passage du faisceau. Ce mémoire propose d’étudier l’impact de telles variations de température sur les dispositifs de mesure WPS actuels afin de savoir s’ils peuvent (ou non) convenir à un tel projet.

National audience; Les nouvelles réglementations internationales de l’aviation civile imposent aux exploitants d’aéroports de caractériser en continu la nature et l’épaisseur des contaminants météorologiques (eau, neige, verglas...) présents à la surface de leurs pistes. Pour fiabiliser la qualité et faciliter la collecte de ces données, les opérateurs aéroportuaires souhaitent s’équiper de capteurs et de systèmes d’information automatiques. Cet article dresse un panorama des besoins opérationnels, des performances atteintes par certains systèmes ayant fait l’objet de tests, et des pistes de développement en cours, notamment dans le cadre de deux groupes internationaux de standardisation technique.

International audience; Une technique de surveillance fondée sur les Capteurs à Fibres Optiques (CFO) répartis (réflectomètres optiques associés à des câbles munis de fibres monomodes rad-hard gainées carbone) est proposée pour la surveillance à distance du corium en cas d’Accident Grave de réacteur nucléaire, avec fusion du coeur et percement de la cuve du réacteur.

This work focuses on the insertion of silicon ring resonators into the loops of optoelectronic oscillators (OEO) for the generation of low phase noise microwave signals and is a contribution to the future full integration of OEO systems on single silicon chips. The application orientation that was explored was to evaluate the performance of these systems for bulk optical index detection. Two different configurations of silicon ring resonators based OEO have been proposed and demonstrated: OEO based on millimeter-long silicon ring resonators and tunable OEO based on more compact silicon ring resonators and a specific optical carrier reinjection scheme.In the first approach, the optical signal is used as an optical carrier, which is modulated by an intensity modulator that produces a set of sidebands in the optical domain, while the ring resonator generates an optical comb that acts as an optical filter, translating its Free Spectral Range (FSR) into the microwave domain. By the beating of two adjacent optical comb lines in a photodetector, the optical spectral lines are then translated into the RF domain. The contribution of our work has been to demonstrate that the realization of millimeter resonators (about 6mm) in silicon photonics was a viable and interesting approach for the direct realization of OEO. In the investigated configurations, SOI ring resonators were optimized to satisfy the required target of a FSR of around 15GHz and an optical quality factor above 10^5. The demonstrated experimental results showed the viability and the stability of the proposed approach, while phase noise level of -100dBc/Hz at an offset of 100 kHz from carrier was obtained and sensing capability of the studied system was quantified to around 3.72 GHz/RIU for a refractive index variation in the range of 1.572 to 1.688, in good agreement with simulation results.In a complementary direction to this first step, we addressed the very important issue of the tunability of the frequency of the microwave signal generated. To this end, we proposed, designed, and then developed and tested an original OEO configuration based on the use of a single modulation band and a mechanism for reinjection of the optical carrier from the loop laser. In this scheme, the oscillation signal is created under the beating between the laser light beam and a single modulation signal sideband selected by an add-drop ring resonator working as an effective optical bandpass filter. In the implementation we have carried out, a SOI photonic resonator with a FSR of 77 GHz and an optical quality factor at 8.1×10^4 was used. By changing the laser frequency while keeping a fixed resonator resonance wavelength, a tunability from 5.8GHz to 18.2GHz was demonstrated, being only limited by the working operation of the RF amplifier used in the carried out experiments. Meanwhile, a phase noise level of -115 dBc/Hz at 1MHz offset frequency was obtained for all generated signals, showing the possibility of creating high oscillation frequencies with the same phase noise level. We then applied this approach for bulk refractive index sensing application and demonstrated a sensing sensitivity of 94350GHz/RIU and an index limit of detection of 10^-8 RIU by considering a signal resolution of 1MHz. Beyond these experimental results, the contribution of this second approach provides a simple and flexible solution to the problem of generating microwave signals with variable frequencies on demand, and opens up very rich application perspectives.All the results of the thesis contribute to the question of the integration of OEOs on silicon chips and make it possible to anticipate various applications in the field of communications and sensors.; Ces travaux portent sur l'insertion de résonateurs en anneau de silicium dans des boucles d’oscillateurs optoélectroniques (OEO) pour la génération de signaux micro-ondes à faible bruit de phase et constituent une contribution à la future intégration complète des systèmes OEO en photonique silicium. L'orientation de l'application qui a été explorée a été d'évaluer la performance de ces systèmes pour la détection de variations d’indice optique en volume. Deux configurations différentes de résonateurs en anneau de silicium à base d'OEO ont été proposées et démontrées : des OEO à base de résonateurs en anneau silicium millimétriques et des OEO accordables à base d’anneaux plus compacts et d'un schéma spécifique de réinjection de porteuse optique.Dans la première approche, le signal optique est utilisé comme porteuse optique, qui est modulée par un modulateur d'intensité qui produit un ensemble de deux bandes latérales dans le domaine optique, tandis que le résonateur en anneau génère un peigne optique qui agit comme un filtre optique, transposant son intervalle spectral libre (ISL) dans le domaine micro-onde. Par le battement des deux raies optiques adjacentes dans un photodétecteur, l’information est ainsi traduite dans le domaine RF. La contribution de notre travail a été de démontrer que la réalisation de résonateurs millimétriques (environ 6mm) en photonique silicium était une approche viable et intéressante pour la réalisation directe d'OEO. Dans les configurations étudiées, les résonateurs en anneau SOI ont été optimisés pour satisfaire la cible requise d'un ISL d’environ 15 GHz et un facteur de qualité optique supérieur à 10^5. Les résultats expérimentaux obtenus ont démontré la viabilité et la stabilité de l'approche proposée, tandis qu’un niveau de bruit de phase de -100dBc/Hz à un décalage de 100 kHz par rapport à la porteuse et une capacité de détection du système d’environ 3,72 GHz/RIU ont été quantifiés pour une variation de l'indice de réfraction comprise entre 1,572 et 1,688, en bon accord avec les résultats des simulations.En complément de cette première étape, nous avons abordé la question très importante de l'accordabilité de la fréquence du signal hyperfréquence généré. À cette fin, nous avons proposé, conçu, puis développé et testé une configuration d’OEO originale, basée sur l'utilisation d'une seule bande de modulation et d'un mécanisme de réinjection de la porteuse optique du laser de la boucle. Dans ce schéma, le signal oscillant est créé par le battement entre le faisceau laser et une bande latérale unique du signal de modulation sélectionnée par un résonateur en anneau. Dans l'implémentation que nous avons réalisée, un résonateur photonique SOI avec un ISL de 77 GHz et un facteur de qualité optique à 8,1×10^4 a été utilisé. En modifiant la fréquence du laser tout en conservant une longueur d'onde de résonance du résonateur fixe, une accordabilité de 5,8 GHz à 18,2 GHz a été démontrée, qui est seulement limitée par le fonctionnement de l'amplificateur RF utilisé dans les expériences réalisées. Parallèlement, un niveau de bruit de phase de -115 dBc/Hz à une fréquence de décalage de 1 MHz a été obtenu pour tous les signaux générés, démontrant la possibilité de créer des fréquences d'oscillation élevées avec le même niveau de bruit de phase. Nous avons ensuite appliqué cette approche à la détection de l'indice de réfraction en volume et démontré une sensibilité de détection de 94350 GHz/RIU et une limite de détection d'indice de 10^-8 RIU. Au-delà de ces résultats expérimentaux, l'apport de cette seconde approche apporte une solution simple et flexible au problème de la génération de signaux hyperfréquences à fréquences variables à la demande, et ouvre des perspectives d'application très riches.Tous les résultats de la thèse contribuent à la question de l'intégration des OEO sur puces silicium et permettent d'anticiper diverses applications dans le domaine des communications et des capteurs.

Surface acoustic wave resonators can be used as sensors for temperature and strain monitoring. The idea is to take advantage of the variation in frequency of the resonators that depends on the measured quantity. Currently, the technology used, based on Bragg mirrors, shows its limits in terms of performance at high frequencies (above 1 GHz).The aim of this PhD thesis work was to study the potential and performance of a new technology based on the use of phononic crystals. This technology refers to periodically arranged materials, acting on acoustic waves’ propagation. Phononic crystals represent an alternative to classical Bragg mirror technology, allowing an omnidirectional spatial confinement and an additional degree of freedom for optimization.A square lattice pillar based phononic crystal was theoretically and experimentally investigated. Based on the combination of Bragg scattering and local resonances, we were able to create acoustic band gaps that could be exploited. The operating frequency considered was about 450 MHz, using nickel electroplating to fabricate pillars. In this frequency range, we demonstrated the presence of acoustic band gaps using wide band electrical characterization. A phononic resonator was designed, fabricated and characterized by electrical and optical methods. A quality factor of about 950 was obtained, with total reflection of acoustic wave reached within less than ten periods. Comparison of measurements and simulations allowed us to explain the acoustic phenomena involved.; Les résonateurs à ondes acoustiques de surface peuvent être utilisés en tant que capteur pour la mesure de température et de contrainte. La fonction capteur s’appuie sur l’exploitation de la variation de fréquence des résonateurs qui dépend de la variation de la grandeur mesurée. La technologie employée actuellement, à miroirs de Bragg, montre ses limites en termes de performances aux fréquences élevées (supérieures à 1 GHz).L’objectif de ces travaux fut ainsi d’étudier les possibilités et performances des cristaux phononiques. Cette technologie désigne l’ensemble des matériaux possédant des structures arrangées périodiquement permettant de contrôler la propagation des ondes élastiques. Elle constitue une alternative potentielle aux miroirs de Bragg dans un résonateur, offrant un confinement spatial omnidirectionnel et un degré supplémentaire d’optimisation.Une structure phononique à réseau carré de piliers a été numériquement et expérimentalement étudiée. Par combinaison de résonances locales et de réflexions multiples de Bragg, des bandes interdites ont pu être ouvertes et exploitées. La fréquence d’étude a été choisie à environ 450 MHz, en utilisant l’electroformage nickel pour la fabriquation des piliers. Dans cette gamme de fréquence, il a été mis en évidence des bandes interdites par le biais de caractérisations large bande. Un résonateur phononique a pu être conçu, fabriqué, et caractérisé par des mesures électriques et optiques. Un facteur de qualité d’environ 950 a été obtenu avec une réflexion quasi-totale de l’onde incidente atteinte en moins de dix périodes. Les mesures ont pu être confronté aux simulations, ce qui a notamment permis d’expliquer les phénomènes observés et les mécanismes mis en jeu.

Surface acoustic wave resonators can be used as sensors for temperature and strain monitoring. The idea is to take advantage of the variation in frequency of the resonators that depends on the measured quantity. Currently, the technology used, based on Bragg mirrors, shows its limits in terms of performance at high frequencies (above 1 GHz).The aim of this PhD thesis work was to study the potential and performance of a new technology based on the use of phononic crystals. This technology refers to periodically arranged materials, acting on acoustic waves’ propagation. Phononic crystals represent an alternative to classical Bragg mirror technology, allowing an omnidirectional spatial confinement and an additional degree of freedom for optimization.A square lattice pillar based phononic crystal was theoretically and experimentally investigated. Based on the combination of Bragg scattering and local resonances, we were able to create acoustic band gaps that could be exploited. The operating frequency considered was about 450 MHz, using nickel electroplating to fabricate pillars. In this frequency range, we demonstrated the presence of acoustic band gaps using wide band electrical characterization. A phononic resonator was designed, fabricated and characterized by electrical and optical methods. A quality factor of about 950 was obtained, with total reflection of acoustic wave reached within less than ten periods. Comparison of measurements and simulations allowed us to explain the acoustic phenomena involved.; Les résonateurs à ondes acoustiques de surface peuvent être utilisés en tant que capteur pour la mesure de température et de contrainte. La fonction capteur s’appuie sur l’exploitation de la variation de fréquence des résonateurs qui dépend de la variation de la grandeur mesurée. La technologie employée actuellement, à miroirs de Bragg, montre ses limites en termes de performances aux fréquences élevées (supérieures à 1 GHz).L’objectif de ces travaux fut ainsi d’étudier les possibilités et performances des cristaux phononiques. Cette technologie désigne l’ensemble des matériaux possédant des structures arrangées périodiquement permettant de contrôler la propagation des ondes élastiques. Elle constitue une alternative potentielle aux miroirs de Bragg dans un résonateur, offrant un confinement spatial omnidirectionnel et un degré supplémentaire d’optimisation.Une structure phononique à réseau carré de piliers a été numériquement et expérimentalement étudiée. Par combinaison de résonances locales et de réflexions multiples de Bragg, des bandes interdites ont pu être ouvertes et exploitées. La fréquence d’étude a été choisie à environ 450 MHz, en utilisant l’electroformage nickel pour la fabriquation des piliers. Dans cette gamme de fréquence, il a été mis en évidence des bandes interdites par le biais de caractérisations large bande. Un résonateur phononique a pu être conçu, fabriqué, et caractérisé par des mesures électriques et optiques. Un facteur de qualité d’environ 950 a été obtenu avec une réflexion quasi-totale de l’onde incidente atteinte en moins de dix périodes. Les mesures ont pu être confronté aux simulations, ce qui a notamment permis d’expliquer les phénomènes observés et les mécanismes mis en jeu.

This work presents a detailed study of helium 4 optically pumped magnetometers based on atomic alignment. Although their physical behavior is restricted to low magnetic fields (B≲150 nT), the dynamic range of such sensors may easily be extended using a back action loop on the magnetic field.We explicitly derive analytic expressions of the optical signals of helium magnetometers based on atomic alignment for the three atomic transitions D_0, D_1 et D_2. Doing so we are able to specifically study the different sensor architectures possible. We carefully present the two different ways of measuring a signal using atomic alignment: absorption and linear birefringence. We highlight new architectures of Hanle magnetometers, notably the possibility of measuring a field with one only optical access. We take a particular interest also in parametric resonance magnetometers to write their driving equations either in absorption and birefringence. We systematically complete our theoretical studies with experimental verifications.We finish by studying the intrinsic sources of imperfections (pumping of the probe beam, light-shift …) and noise of the sensors. Thus we discuss pros and cons of the architectures and analyze their theoretical sensitivity., Nous présentons une étude détaillée des magnétomètres hélium 4 à pompage optique en alignement. Ces capteurs fonctionnent intrinsèquement dans un régime de champ magnétique faible (B≲150 nT), mais leur gamme de fonctionnement peut être grandement étendue en utilisant une boucle de compensation du champ.En réutilisant les théories du pompage optique et de l’atome habillé développées dans les années 60, nous obtenons les expressions détaillées des signaux optiques de nos magnétomètres pour les trois raies D_0, D_1 et D_2. Nous étudions ainsi les différentes architectures de capteurs qui peuvent être réalisées, en prenant soin de détailler les deux modes de mesure permis par l’alignement (absorption et biréfringence linéaire). Nous mettons ainsi en avant des nouvelles architectures innovantes des magnétomètres à effet Hanle, en faisant notamment apparaître la possibilité de réaliser une mesure avec un seul accès optique. Nous détaillons également l’étude des magnétomètres à résonance paramétrique dans les deux configurations de mesure permises par l’alignement. Systématiquement nous appuyons nos résultats théoriques via des validations expérimentales.Enfin nous détaillons les sources intrinsèques d’imperfections (effet indésirable du faisceau sonde, light-shift …) et de bruits des capteurs. Cela nous permet de mettre en avant les points forts et faibles des architectures, ainsi que d’étudier leurs performances en terme de sensibilité.