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National audience; We witnessed, in the last few years, the massive expansion of theInternet of Things (IoT) to multiple everyday devices, in homes, buildings and factories.The inclusion of heterogeneous wireless transceivers in potentially criticalappliances and environments is then raising growing security and safety concerns.However, according to the litterature, there is still room for improvement, especiallyin off-the-shelf devices, often not implementing the different security measures ofthe protocols they use. As such, numerous works focus on the improvement of theglobal security and safety of the IoT, and more generally in the wireless communicationsoften used by these devices. The subject of the Physical Layer security is oftendisregarded, because of its complexity or the fact that it is less critical in more traditionalwired networks. However, the wireless communication medium can have asubstantial impact on the attack surface because of its higher availability, since anyonein radio range can listen to communications. It also brings new vulnerabilities,that are specific to this kind of transmissions. Furthermore, the low complexity andcomputational power of the devices in use often results in simple protocols, makingdevice cloning and injections more easy, and harder to detect from higher layers.Thus, in this thesis, we decided to focus on the impact of the wireless PhysicalLayer on network security, and highlight the importance of transversal approachesbetween signal processing and cybersecurity. We first show the new dimension introducedby the common wireless medium in offensive security, by showing a newattack based on similarities in Physical Layers of two protocols to break the isolationbetween them. This attack, Wazabee, allows Bluetooth Low Energy transceiversto communicate seemlessly with Zigbee networks. We also show that the principlebehind it could be extended to other pairs of protocols, should the conditions bemet. This highlights the importance of a more protocol-agnostic monitoring of thewireless medium, able to detect communications outside the legitimate protocolsof the environment, and to not consider co-existing wireless protocols as isolated.Then, we propose two defensive contributions, to help secure wireless networks byanalysing the communications from a Physical Layer perspective. First, we presenta low-cost fingerprinting approach for wireless devices, to detect potential identitytheft attacks, i.e. attacks where an illegitimate device tries to take the place of alegitimate one in the network. Then, we present an approach for automated wirelessprotocol audit, allowing to detect and analyze various protocols emitting in awide range of frequencies, with minimal assumptions on their nature. These twoapproaches complete higher-layer security measures, to detect potential intrudersor covert channels in the environment, and to ease protocol analysis for securityexperts.; Nous assistons, depuis plusieurs années, à l’extension de l’Internetdes Objets à de nouveaux objets du quotidien, que ce soit dans les domiciles ousur le lieu de travail. L’ajout d’émetteurs hétérogènes dans de nombreux objetset certains environnements sensibles pose de nombreux problèmes en termes desûreté et de sécurité. Les travaux récents montrent qu’il y a encore du chemin àparcourir, notamment pour les objets grand-public, qui n’implémentent souventpas les mesures de sécurité définies dans les standards. Partant de ceconstat, de nombreux travaux s’intéressent aujourd’hui à la sécurité et à lasûreté dans l’IoT, et plus généralement dans les réseaux sans-fil, souvent utiliséspar ces objets. Le sujet de la sécurisation de la couche physique estsouvent mis de côté, que ce soit pour sa complexité ou par comparaison avecles réseaux filaires traditionnels, où elle a moins d’impact. Toutefois, la plusgrande accessibilité des réseaux sans-fil par tout ce qui se trouve à portéeradio en augmente considérablement la surface d’attaque. S’y ajoutent égalementdes vulnérabilités propres à ce type de transmissions, et la simplicitéde certains protocoles, due à la faible puissance de calcul des objets, rendantdes attaques telles que le clonage d’objet légitime plus aisées, et difficiles àdétecter depuis les couches supérieures. Dans cette thèse, nous nous sommesdonc concentrés sur l’impact de l’aspect sans-fil de la couche physique sur lasécurité de ces réseaux, mettant en évidence l’intérêt d’approches transversalesentre traitement du signal et sécurité. Nous montrons d’abord l’impactoffensif du moyen de communication commun, en exposant une nouvelle attaquebasée sur la similarité des couches physiques de deux protocoles. Cetteattaque, Wazabee, permet à des objets BLE de communiquer avec des objetsZigbee. Nous montrons également que le principe de l’attaque pourrait êtreétendu à d’autres paires de protocoles. Nous soulignons ainsi l’importancede moyens de détection plus indépendants des protocoles déployés capablesde détecter des communications hors des canaux légitimes, et de ne pas considérerdes réseaux sans-fil différents mais colocalisés comme isolés les unsdes autres. Enfin, nous présentons deux contributions défensives basées surl’analyse de ces réseaux depuis leur couche physique. Premièrement, nousprésentons une approche à bas coût d’identification d’émetteurs sans-fil, visantdes attaques usurpant l’identité d’émetteurs légitimes. Ensuite, nous présentonsune approche d’automatisation de l’audit de protocoles sans-fil, permettantde détecter et d’analyser le contenu d’émissions sans-fil, avec un minimumd’hypothèses sur leur nature. Ces deux approches complètent des mesures auxcouches supérieures, en permettant de détecter de potentielles intrusions oucanaux cachés, et pour faciliter l’analyse des protocoles utilisés par les experts.

National audience; The increase in frequency observed since the 2000s in the field of telecommunications justifies the developmentof high frequency (HF) or even ultra-high frequency (UHF) oscillators. The quality of the oscillators inthese frequency ranges remains however limited by the material losses in these wavelength ranges. In this context,opto-electronic oscillators are presented as an alternative allowing high quality factor and low phase noise bycombining optics and radio-frequency. Among these oscillators, the COEO (Coupled Opto-Electronic Oscillator)is particlarly interesting due to its compactness allowed by its internal active mode-locked laser. The phase noiseoptimization of this device then requires a detailled understanding of the mechanisms leading the oscillator to itssteady-state.This thesis work focuses on the study of synchronization regimes, the evolution of optical pulses accordingto the experimental parameters of the device and their relationship to the stability and phase noise performance ofthe COEO. The development of numerical tools was carried out for this purpose and compared to the experimentalbehavior of the device. As an extension of this study, alternative configurations to the classic COEO are proposedin order to combine compactness and phase noise performance of the oscillator.; La montée en fréquence observée depuis les années 2000 dans le domaine des télécommunications justifiele développement d’oscillateurs hautes fréquences (HF) voir ultra-hautes fréquences (UHF). La qualité des oscillateursdans ces gammes de fréquence reste cependant limitée par les pertes matériaux à ces longueurs d’onde.Dans ce contexte, les oscillateurs opto-électroniques se présentent comme une alternative permettant la réalisationd’oscillateurs à fort facteur de qualité et à faible bruit de phase en alliant optique et radio-fréquence. Parmis cesoscillateurs le COEO (Coupled Opto-Elecronic Oscillator) se présente comme un dispositif intéressant de par lacompacité permise par le laser à verrouillage de mode actif qu’il intègre. L’optimisation en bruit de phase de cedispositif nécessite alors une compréhension accrue des mécanismes menant l’oscillateur à son état stationnaire.Ces travaux de thèse portent sur l’étude des régimes de synchronisation, de l’évolution des impulsions optiquessuivant les paramètres expérimentaux du dispositif et leur impact sur la stabilité et les performances enbruit de phase du COEO. Le développement d’outils numériques a été réalisé dans cet objectif, dont les résultatssont comparés au comportement expérimental du dispositif. Dans le prolongement de cette étude, des configurationsalternatives

National audience; Structured assurance cases are use to justify high-level properties (e.g. safety, security, etc.) of critical systems. Goal structuring notation (GSN) is a graphical notation used to model these cases. However, assurance cases do not include the representation of uncertainties that may affect arguments. Several works extend this framework using uncertainty propagation methods. The ones based on Dempster-Shafer Theory (DST) are of interest as DST can model incomplete information. However, few works relate this approach with a logical representation of relations between elements of GSN, which is actually required to justify the chosen uncertainty propagation schemes. Moreover, the approaches used to provide inputs for these propagation models rely on expert judgements to assess the arguments. These assessments are collected in natural languages and transformed to numerical values. This transformation is somewhat arbitrary. In this thesis, we first improve! previous proposals including a logical formalism added to GSN, and an elicitation procedure for obtaining uncertainty information from expert judgements. Next, we propose a second confidence assessment approach which is based on a purely qualitative propagation model fed by a qualitative elicitation method too. These approaches are validated using artificial examples and a case study from aerospace.; Les argumentaire de sécurité sont utilisés pour justifier des propriétés de haut niveau (par exemple la sûreté, la sécurité, etc.) des systèmes critiques. La notation GSN (Goal Structuring Notation) est une notation graphique utilisée pour modéliser ces argumentaires. Cependant, ces dernier n'incluent pas la représentation des incertitudes qui peuvent affecter leurs crédibilités. Plusieurs travaux étendent ce cadre en utilisant des méthodes de propagation de confiance. Celles basées sur la théorie de Dempster-Shafer (DST) sont intéressantes car la DST peut modéliser l’information incomplète. Cependant, peu de travaux relient cette approche à une représentation logique des relations entre les éléments du GSN, ce qui est en fait nécessaire pour justifier les schémas de propagation de la confiance choisis. De plus, les approches utilisées pour fournir des entrées pour ces modèles de propagation reposent sur des jugements d'! experts pour évaluer les arguments. Ces évaluations sont recueillies en langage naturel et transformées en valeurs numériques. Cette transformation est quelque peu arbitraire. Dans cette thèse, nous améliorons d'abord les propositions précédentes, y compris un formalisme logique ajouté aux GSN, et une procédure d'élicitation pour obtenir des informations de confiance à partir des jugements d'experts. Ensuite, nous proposons une deuxième approche d'évaluation de la confiance qui est basée sur un modèle de propagation purement qualitatif alimenté par une méthode d'élicitation également qualitative. Ces approches sont validées à l'aide d'exemples artificiels et d'une étude de cas dans le domaine aérospatial.

National audience; Microwave dielectric spectroscopy is a promising analytical technique for many fields of application, especially cell biology. It allows to study cells in their culture medium in a non-invasive and non-destructive way thanks to their dielectric properties. This can be done at various scales, from organ or tissue, from cell suspensions to single cell analysis. In addition, there is an intermediate scale not yet approached with such an analysis technique, that of micro-tissues or spheroids, a highly prized in vitro biological model because it is close to the problems encountered in vivo. These are clusters of cells aggregated together, which present different gradients, both in composition and environment. The cells are in contact with each other and form a sphere, hence the term 3D model or spheroid. The aim of this thesis is to extend the capabilities of cellular analysis by dielectric microwave spectroscopy to this new scale, that of micro-tissues. This work follows a fi! rst demonstrator previously developed in the MH2F research team of LAAS. This first Radiofrequency (RF) microsensor adapted to the microwave measurement of spheroids of 300 µm diameter maintained in their culture medium by an open fluidic system of the reservoir type had been designed, manufactured and started to be evaluated beforehand. In addition to further characterization of this component using multiple models, polystyrene beads and spheroids, to define its measurement capabilities and limitations, an electrical model to obtain the dielectric parameters of the object under study was developed. Thus, after having introduced the spheroids as a biological model and the various existing characterization techniques of this type of model in a first chapter, the second chapter is dedicated to the introduction of this first demonstrator and its analysis capacities. Different solutions were then considered in order to overcome these limitations, including making the fluidic c! onfiguration closed in association with a blocking system of the spheroid to be studied for a precise positioning and thus increase the detection sensitivity. The third chapter of this manuscript presents the corresponding developments, namely the completely redesigned component and the optimization of its manufacturing process. A study of the detection sensitivity according to the dimensioning of the sensor has also been carried out numerically and verified experimentally. The characterization of living spheroids, fixed and also subjected to another chemical agent than paraformaldehyde (used for fixation), chloroquine, allowed to evaluate the potential of the device for a drug screening application. To carry out this study, a collaboration with the company Anti-Oxidant Power was conducted. The detection by RF technique of the impact of the cellular environmental change on spheroids for different concentrations of applied chemical agent thus gives an important proof of conc! ept at the scale of 3D model of the adequacy of this measurement techni! que to observe cellular and even tissue transformations, in complementarity with the traditional optical tools, and this in a non-invasive and non-destructive way and without need for preliminary marking. These results open new analytical perspectives to evaluate the biological response of such 3D models submitted to chemical agents.; La spectroscopie diélectrique micro-onde représente une technique analytique prometteuse pour de nombreux champs applicatifs, biologie cellulaire notamment. Elle permet en effet d'étudier de façon non invasive et non destructive des cellules dans leur milieu de culture grâce à leurs propriétés diélectriques. Ceci peut être réalisé à des échelles variées, que ce soit à l'échelle de l'organe ou du tissu, de suspensions de cellules jusqu'à l'analyse de cellules individuelles. En outre, il existe une échelle intermédiaire non encore abordée avec une telle technique d'analyse, celle des micro-tissus ou encore appelés sphéroïdes, modèle biologique in vitro fortement prisé car se rapprochant des problématiques rencontrées in vivo. Il s'agit d'amas de cellules agrégées entre elles, qui présentent différents gradients, tant en composition qu'environnemental. Les cellules sont en contact les unes aux autres et forment une sphère, d'où le terme de m! odèle 3D ou encore de sphéroïde. Les travaux de thèse visent donc à étendre les capacités d'analyse cellulaire par spectroscopie diélectrique micro-onde à cette nouvelle échelle, celle des micro-tissus.Les travaux réalisés font suite à un premier démonstrateur développé antérieurement dans l'équipe de recherche MH2F du LAAS. Ce premier micro-capteur RadioFréquence (RF) adapté à la mesure micro-onde de sphéroïdes de 300 µm de diamètre maintenu dans leur milieu de culture par un système fluidique ouvert de type réservoir avait été conçu, fabriqué et commencé à être évalué au préalable. Outre une caractérisation plus poussée de ce composant à l'aide de multiples modèles, billes de polystyrène et sphéroïdes, pour en définir les capacités et limitations de mesure, une modélisation électrique permettant d'obtenir les paramètres diélectriques de l'objet étudié a ainsi été développée. Ainsi, après avoir introduit les sphéroïdes comme modèle biologique et les différentes techniques de caractérisation existantes de ce type de modèle dans un premier chapitre, le second chapitre est dédié à l'introduction de ce premier démonstra! teur et de ses capacités d'analyse. Différentes solutions ont alors été envisagées afin de pallier ces limitations, dont le fait de rendre la configuration fluidique fermée en association à un système de blocage du sphéroïde à étudier pour un positionnement précis et donc augmenter la sensibilité de détection. Le troisième chapitre de ce manuscrit présente les développements correspondants, à savoir la conception totalement revue du composant et l'optimisation de son procédé de fabrication. Une étude de sensibilité de détection suivant le dimensionnement du capteur a également été menée numériquement et vérifiée expérimentalement. La caractérisation de sphéroïdes vivants, fixés et aussi soumis à un autre agent chimique que le paraformaldéhyde (utilisé pour la fixation), la chloroquine, a permis d'évaluer le potentiel du dispositif en vue d'une application de type criblage de médicaments. Pour réaliser cette étude, une collaboration! avec l'entreprise Anti-Oxydant Power a été menée. La détection par technique RF de l'impact du changement environnemental cellulaire sur sphéroïdes pour différentes concentrations d'agent chimique appliqué donne ainsi une preuve de concept importante à l'échelle de modèle 3D de l'adéquation de cette technique de mesure pour observer des transformations cellulaires et même tissulaires, en complémentarité aux outils optiques classiques, et ce de façon non invasive et non destructive et sans besoin de marquage préalable. Ces résultats ouvrent donc de nouvelles perspectives d'analyse pour évaluer la réponse biologique de tels modèles tridimensionnels soumis à des agents chimiques.

National audience; Since Antiquity, humans have tried to understand the functioning of legged locomotion by adopting multidisciplinary approaches. In recent years, this question has become central in robotics, where the development of legged robots has boomed thanks to advances in mechatronics and increased computer power. However, due to the complexity of the problem, obtaining a robust autonomous locomotion in a wide range of situations is still an open problem, even if increasingly impressive performances are obtained. Several key characteristics of this kind of locomotion require carefully designed mechanical and control architectures to be able to perform tasks in a meaningful way. Legged robots have to move around without being attached to the ground. Their dynamics is an underactuated problem and, as such, they have to be controlled indirectly through the motion of their actuated appendages. This has to be done for task purpose, like going to a target location or orienting the body in a particular way, but also to keep balance. Most quadrupeds and bipeds are only dynamically stable when walking in non-conservative ways so they require careful control to stay upright. To do so, the controller has to take into account the dynamics of the robot while coordinating multiple degrees of freedom. This is a challenge with legged robots that are by nature highly nonlinear systems. Over the last decades a wide range of methods have been developed to perform dynamic locomotion with legged robots. Some of them are bio-inspired and rather intuitive, like central pattern generators, while others have a strong theoretical aspect to achieve formal proofs of stability, like hybrid zero dynamics. Recently, the rise of machine learning also opens a whole new paradigm where, instead of being formulated by hand, the locomotion model is learned from data either online or during a training phase. It potentially allows to capture effects that would be hard to model or which would be untractable for some model-based architectures. In this thesis, we rather explore a predictive model-based approach which reasons over a prediction horizon to take the best control decisions for a given set of criterion. This kind of approach has already led to efficient locomotion with a wide range of quadruped robots. This thesis contributes to the locomotion of legged robots by developing a control architecture able to exploit the dynamical capabilities of a lightweight quadruped robot. The use of complementary filters allows a straightforward sensors fusion for the estimation of the robot state. Binary matrices make it possible to handle contact sequences in a generic way to modify the gait pattern on the fly. This information can then be used to determine footstep locations online using a small set of heuristics. By reasoning on a prediction horizon a centroidal model predictive control can then find out which forces should be applied at contact locations to follow a reference state trajectory and handle disturbances. Next, a whole-body controller translates desired contact forces and swinging feet trajectories into joint trajectories and feedforward torques. Finally, an impedance controller provides feedback torques based on the difference between the desired and current joint positions and velocities to obtain the commands sent to the robot. The modularity of the architecture allows to easily augment some aspects of the scheme or to replace them to test out other methods, as it will be shown several times in this thesis. This control scheme is implemented in a real-time framework and successfully deployed on the Solo-12 quadruped. The possibilities offered by this architecture, both in terms of performances and versatility, are validated through simulations and experiments. Several applications allowed us to quantify the interest and relevance of the presented scheme for the locomotion control of lightweight quadruped robots.; Depuis l'Antiquité, l'humanité tente de comprendre le fonctionnement de la locomotion à pattes en adoptant des approches multidisciplinaires. Ces dernières années, cette question est devenue centrale en robotique, où le développement des robots à pattes a connu un essor considérable grâce aux progrès de la mécatronique et à l'augmentation de la puissance des ordinateurs. Cependant, en raison de la complexité du problème, l'obtention d'une locomotion autonome robuste dans un large éventail de situations reste un problème ouvert, même si des performances de plus en plus impressionnantes sont obtenues. Les robots à pattes doivent se déplacer sans être attachés au sol, ils doivent donc être contrôlés indirectement via le mouvement de leurs membres actionnés. Cela doit être fait pour accomplir une tâche, comme se rendre à un endroit cible ou orienter le corps d'une certaine manière, mais aussi pour garder l'équilibre. La plupart des quadrupèdes et des bipèdes ne sont que dynamiquement stables lorsqu'ils marchent de manière non conservative, ce qui demande un contrôle minutieux pour rester debout. Pour ce faire, le contrôleur doit prendre en compte la dynamique du robot tout en coordonnant plusieurs degrés de liberté. C'est un défi pour les robots à pattes qui sont par nature des systèmes hautement non linéaires. Au cours des dernières décennies, un large panel de méthodes a été développé pour obtenir une locomotion dynamique avec de tels robots. Certaines d'entre elles sont bio-inspirées et plutôt intuitives, comme les réseaux locomoteurs spinaux, tandis que d'autres ont un fort aspect théorique afin d'obtenir des preuves formelles de stabilité, comme la dynamique hybride zéro. Récemment, l'essor de l'apprentissage automatique offre également un nouveau paradigme où, au lieu d'être formulé à la main, le modèle de locomotion est appris à partir de données, soit en ligne, soit pendant une phase d'entraînement. Dans cette thèse, nous explorons plutôt une approche prédictive basée modèle qui raisonne sur un horizon de prédiction pour prendre les meilleures décisions de contrôle selon certains critères. Ce type d'approche a déjà abouti à une locomotion efficace pour une large gamme de robots quadrupèdes. Cette thèse contribue à la locomotion des robots à pattes en développant une architecture de contrôle capable d'exploiter les capacités dynamiques d'un robot quadrupède léger. L'utilisation de filtres complémentaires permet une fusion simple des capteurs pour l'estimation de l'état du robot. Des matrices binaires permettent de traiter les séquences de contact de manière générique afin de modifier la démarche à la volée. Cette information peut ensuite être utilisée pour déterminer la position des pas en ligne en utilisant un ensemble réduit d'heuristiques. En raisonnant sur un horizon de prédiction, une commande prédictive centroïdale peut alors déterminer les forces qui doivent être appliquées aux points de contact pour suivre une trajectoire de référence et gérer les perturbations. Ensuite, un contrôleur corps complet traduit les forces de contact souhaitées et les trajectoires de balancement des pieds en trajectoires articulaires et en couples moteurs. Enfin, un contrôleur d'impédance fournit des couples de rétroaction basés sur la différence entre les positions et les vitesses articulaires souhaitées et actuelles. La modularité de l'architecture permet d'étendre facilement certains de ses aspects ou de les remplacer pour tester d'autres méthodes, comme cela sera montré à plusieurs reprises dans cette thèse. Ce schéma de contrôle est implémenté en temps réel et déployé avec succès sur le quadrupède Solo-12. Les possibilités offertes par cette architecture, tant en termes de performances que de polyvalence, sont validées par des simulations et des expériences. Plusieurs applications nous ont permis de quantifier l'intérêt et la pertinence du schéma présenté pour le contrôle de la locomotion de robots quadrupèdes légers.

IL11 is a member of the IL6 family of cytokines and signals through its cognate receptor subunits, IL11RA and glycoprotein 130 (GP130), to elicit biological responses via the JAK/STAT signaling pathway. IL11 contributes to cancer progression by promoting the survival and proliferation of cancer cells, but the potential immunomodulatory properties of IL11 signaling during tumor development have thus far remained unexplored. Here, we have characterized a role for IL11 in regulating CD4+ T cell–mediated antitumor responses. Absence of IL11 signaling impaired tumor growth in a sporadic mouse model of colon cancer and syngeneic allograft models of colon cancer. Adoptive bone marrow transfer experiments and in vivo depletion studies demonstrated that the tumor-promoting activity of IL11 was mediated through its suppressive effect on host CD4+ T cells in the tumor microenvironment. Indeed, when compared with Il11ra-proficient CD4+ T cells associated with MC38 tumors, their Il11ra-deficient counterparts displayed elevated expression of mRNA encoding the antitumor mediators IFNγ and TNFα. Likewise, IL11 potently suppressed the production of proinflammatory cytokines (IFNγ, TNFα, IL6, and IL12p70) by CD4+ T cells in vitro, which we corroborated by RNAscope analysis of human colorectal cancers, where IL11RAhigh tumors showed less IFNG and CD4 expression than IL11RAlow tumors. Therefore, our results ascribe a tumor cell–extrinsic immunomodulatory role to IL11 during colon cancer development that could be amenable to an anticytokine-based therapy. See related Spotlight by van der Burg, p. 724.

National audience; Photonic crystals are periodic structures that exhibit remarkable dispersive properties. Theymake it possible to manipulate, filter, guide, and shape light at the wavelength scale, paving theway for on-chip, hybrid, or integrated photonic engineering. Since the 1990s, research effortshave focused on exploiting bandgap openings in defect guides components to guide and confinelight. In 1999 new effects were highlighted, based entirely on the dispersive properties ofphotonic crystals, allowing the design of optical multiplexers, ultra-selective filters, and self-collimation guides. Self-collimation exploits the dispersive properties of the crystal, to containthe transverse spread of a beam and ensures "self-guided" propagation. This occurs in theabsence of cross-talking between two beams propagating in the crystal, which makes it possibleto design multi-channel photonic interconnections. This guiding occurs at any point in thecrystal, it is not necessary to superimpose an incident beam with a defect or an index contrastguide, which requires precise alignments with submicron tolerances. However, photoniccrystals show planar losses at interfaces, which complicates the injection and extraction of light,and the high air filling factor of the medium does not allow to combine self-collimation withother phenomena such as laser effect. From the year 2012 a new effect has been put forward:mesoscopic self-collimation (MSC), which makes it possible to guide light in a mediumalternating photonic crystal and homogeneous high index material, and to drastically improvethe injection and extraction of light. This phenomenon can take place in arbitrary direction andunder the light cone. In MSC laser cavities the homogeneous medium acts as an active medium,so a "self-guided" laser emission is obtained; then, by playing with the size of each medium, itis possible to design flat mirrors with high angular acceptance. We can obtain ultra-compactFabry-Perot cavities. This thesis is part of the continuation of the research on these laser cavitiesand seeks to produce its first experimental demonstration. The laser effect is possible when thegain of the active medium compensates for optical losses. We seek to minimize optical lossesand increase the gain of the homogeneous medium. We developpe a parametric design model,with very low numerical cost, to design MSC structures in arbitrary directions, whileminimizing planar and out-of-plane optical losses. Then, by ensuring lossless energypropagation, MSC conditions are simple to achieve. In a second step, we are interested in thedevelopment of a membrane manufacturing process, in the III-V sector, which preserves theactive environment and minimizes optical losses from manufacturing defects. Our starting pointis a manufacturing process developed in 2011 that has significant limitations. Some steps inthis process are incompatible with MOS technologies and therefore limit their use for integratedcircuits. Other steps introduce defects that can create non-radiative recombination sites thatincrease optical loss. The various steps had to be improved or redesigned and the entire processalso had to be adapted to the new machines present in the clean room, which have never beentested for the manufacture of photonic crystals.; Les cristaux photoniques sont des structures périodiques qui présentent des propriétésdispersives remarquables. Elles permettent de manipuler, filtrer, guider et façonner la lumièreà l’échelle de la longueur d’onde, ouvrant la voie à l’ingénierie photonique sur puce, hybrideou intégrée. Depuis les années 1990, les efforts de recherche se focalisent sur l’exploitation desouvertures de bandes interdites dans les composants à défauts, pour guider et confiner lalumière. En 1999 de nouveaux effets ont été mis en évidence, reposant entièrement sur lespropriétés dispersives des cristaux photoniques, permettant la conception des multiplexeursoptiques et des filtres ultra-sélectifs et des guides à autocollimation. L’autocollimation exploiteles propriétés dispersives du cristal pour contenir l’étalement transverse d’un faisceau et assurerune propagation « auto-guidée ». Ceci se produit en absence de diaphonie (ou « cross-talking») entre deux faisceaux se propageant dans le cristal, ce qui permet de concevoir desinterconnections photoniques multi-canaux. Ce guidage se produit en tout point du milieu, iln’est pas nécessaire de superposer un faisceau incident avec un défaut ou un guide à contrasted’indice, ce qui exige des alignements précis avec des tolérances submicroniques. Cependant,les cristaux photoniques présentent des pertes planaires aux interfaces, ce qui compliquel’injection et l’extraction de lumière et le fort facteur de remplissage en air du milieu ne permetpas de combiner l’autocollimation à d’autres phénomènes tel que l’effet laser.A partir de l’année 2012 un nouvel effet a été mis en avance : l’autocollimation mésoscopique(MSC), qui permet de guider la lumière dans un milieu alternant cristal photonique etmatériau homogène haut indice et d’améliorer drastiquement l’injection et l’extraction delumière. Ce phénomène a lieu suivant des direction arbitraires et parfois sous le cône delumière. Dans les cavités lasers à MSC le milieu homogène agit en tant que milieu actif, onobtient donc une émission laser « auto-guidé » ; puis, en jouant avec la taille de chaquemilieu, il est possible de concevoir des miroirs plans à haute acceptance angulaire. Nousobtenons donc des cavités Fabry-Pérot ultracompactes.Cette thèse s’inscrit sur la suite des recherches sur ces cavités laser et cherche à produire lapremière démonstration expérimentale. Nous développons un modèle de conceptionparamétrique, à très faible coût numérique, pour concevoir des structures MSC dans desdirections arbitraires. Pour cela nous établissons une équation d'autocollimation généralisée etétablissons dès le départ ses conditions de validité, tout en minimisant les pertes optiquesplanaires et hors du plan. Nous introduisons également une métrique qui permet de comparerla qualité de l'autocollimation entre différentes structures. Dans un deuxième temps, nousnous intéressons au développement d’un procédé de fabrication membranaire, dans la filièreIII-V, qui préserve le milieu actif et qui minimise les pertes optiques provenant des défauts defabrication. Notre point de départ est un procédé de fabrication mis au point en 2011 quiprésente des limitations notables. Certaines étapes de ce procédé sont incompatibles avec lestechnologies MOS et donc limitent leur utilisation dans des circuits intégrés. D’autres étapesintroduisent des défauts susceptibles de créer des sites de recombinaisons non radiatives quiaugmentent les pertes optiques. Les différentes étapes ont dont dues être améliorées ourepensées et l’ensemble du procédé a aussi dû être adapté aux nouvelles machines présentesen salle blanche, qui n’ont jamais été testées pour la fabrication des cristaux photoniques.

Apoptosis; Autophagy; Proteasome inhibitor Apoptosis; Autofagia; Inhibidor del proteasoma Apoptosi; Autofàgia; Inhibidor del proteasoma Protein ubiquitylation coordinates crucial cellular events in physiological and pathological conditions. A comparative analysis of the ubiquitin proteome from bortezomib (BTZ)-sensitive and BTZ-resistant mantle cell lymphoma (MCL) revealed an enrichment of the autophagy–lysosome system (ALS) in BTZ-resistant cells. Pharmacological inhibition of autophagy at the level of lysosome-fusion revealed a constitutive activation of proteaphagy and accumulation of proteasome subunits within autophagosomes in different MCL cell lines with acquired or natural resistance to BTZ. Inhibition of the autophagy receptor p62/SQSTM1 upon verteporfin (VTP) treatment disrupted proteaphagosome assembly, reduced co-localization of proteasome subunits with autophagy markers and negatively impacted proteasome activity. Finally, the silencing or pharmacological inhibition of p62 restored the apoptosis threshold at physiological levels in BTZ-resistant cells both in vitro and in vivo. In total, these results demonstrate for the first time a proteolytic switch from the ubiquitin–proteasome system (UPS) to ALS in B-cell lymphoma refractory to proteasome inhibition, pointing out a crucial role for proteaphagy in this phenomenon and paving the way for the design of alternative therapeutic venues in treatment-resistant tumors. This work was supported at early stages by Spanish MINECO, CTQ2011–27874 grant. M.G.-S. is a fellow of the UbiCODE project funded by the EU’s Horizon 2020 research and innovation program under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 765445. M.S.R. and L.C. were also funded by the Institut National du Cancer, France (PLBIO16-251), CONACyT-SRE (Mexico) grant 0280365 and the REPERE program of Occitanie. O.C. is funded by “La Ligue contre le cancer du Gard”. ICFO authors were supported by funding from the Spanish MINECO “Severo Ochoa” program for Centres of Excellence in R&D (CEX2019-000910-S [MCIN/ AEI/10.13039/501100011033]), from Fundació Privada Cellex, Fundación Mig-Puig, from Generalitat de Catalunya CERCA program and from LASERLAB Europe (grant agreement No 871124;). G.R. was financially supported by Fondo de Investigación Sanitaria PI15/00102 and PI18/01383, European Regional Development Fund (ERDF) ‘Una manera de hacer Europa’. G.R. and D.R.G. are members of the Spanish Network of Excellence UBIRed funded by the Spanish Ministry Science, Innovation and Universities (SAF2017-90900-REDT).

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.

International audience; Background: Allergic asthma is more severe and frequent in women than in men. In male mice, androgens negatively control group 2 innate lymphoid cell (ILC2) development and function by yet unknown mechanisms.Objectives: We sought to investigate the impact of androgen on ILC2 homeostasis and IL-33-mediated inflammation in female lungs. We evaluated the role of androgen receptor (AR) signaling and the contribution of the putative inhibitory receptor killer cell lectin-like receptor G1 (KLRG1).Methods: Subcutaneous pellets mimicking physiological levels of androgen were used to treat female mice together with mice expressing a reporter enzyme under the control of androgen response elements and mixed bone marrow chimeras to assess the cell-intrinsic role of AR activation within ILC2s. We generated KLRG1-deficient mice.Results: We established that lung ILC2s express a functionally active AR that can be in vivo targeted with exogenous androgens to negatively control ILC2 homeostasis, proliferation, and function. Androgen signaling upregulated KLRG1 on ILC2s, which inhibited their proliferation on E-cadherin interaction. Despite evidence that KLRG1 impaired the competitive fitness of lung ILC2s during inflammation, KLRG1 deficiency neither alters in vivo ILC2 numbers and functions, nor did it lead to hyperactive ILC2s in either sexes.Conclusions: AR agonists can be used in vivo to inhibit ILC2 homeostatic numbers and ILC2-dependent lung inflammation through cell-intrinsic AR activation. Although androgen signals in ILC2s to upregulate KLRG1, we demonstrate that KLRG1 is dispensable for androgen-mediated inhibition of pulmonary ILC2s.

The balance between risk and benefit of exploiting resources drives life‐history evolution in organisms. Predators are naturally recognized as major drivers of the life‐history evolution of their prey. Although prey may also influence the life‐history evolution of their predators in the context of an evolutionary arms race, there is far more evidence of the role of predators than of prey.The goal of this study was to investigate the role of prey in life‐history evolution of predators using ladybird beetle predators of aphids and coccids. These particular ladybirds and their prey were chosen because literature shows that the pace of life of aphids is faster than that of coccids and this difference is reflected in the life histories of the ladybirds that specialize on feeding on aphids or coccids.Thirty‐four species of ladybird predators of aphids and eight of coccids belonging to five different tribes were collected and reared in the laboratory. The females were weighed as well as their eggs, and their reproductive investment estimated as the number of ovarioles. Phylogenetic relatedness was controlled for in the statistical analyses.Controlling for female mass revealed that ladybird predators of aphids lay bigger eggs than ladybird predators of coccids. This difference is not influenced by phylogenetic relatedness but only by the type of prey eaten. We suggest that ladybird predators of coccids lay smaller eggs because neonate larvae do not have to search, catch, and subdue prey. Both types of ladybirds have a similar reproductive investment relative to their body mass when phylogeny is controlled for.Recognizing the influence of prey on the life‐history evolution of predators is important for understanding food web dynamics. From an applied perspective, this fine evolutionary tuning of prey–predator relationships should be used to guide and increase the efficiency of biological control programs., In insect predator, prey influences the evolution of life‐history traits. After controlling for phylogenetic relatedness, we show that ladybirds specialized on aphids lay bigger eggs than those that specialized on coccids. However, the two types of ladybirds invest equally in reproduction.

National audience; Confinement” is a word that resonates in a rather special way at the end of 2021. Synonymous with constrain or limitation, it is everywhere.However,while this termwhen applied to individuals is familiar to us , it is much less so when it comes to cell growth. Yet, we are often in contact with multicellular systems confined by their environment. An emblematic example is the growth of roots under roads capable of damaging this road . Other examples such as growth of tumors or the creation of biofilms in certain types of microbes are equally important.In our study, we will focus on the impact of this confinement on cell physiology.We will use as a model organism the yeast S. cerevisiae commonly studied in research laboratories for its ease of handling and our ability tomake changes to its genome. In a previous study, it was shown that when cells are placed in a confined space they generate mechanical pressure by pushing on their environment as they grow .This observation led us to study cells subjected to this growth-induced pressure, with a particular interest in the modification of the rheological properties of cells, which are able to modulate biochemical reactions. Before studying the changes induced by mechanical stresses , we will define and characterize movements of tracer particles in cells through simulations and unconstrained experimental observations. We will then show that the movement of fluorescent tracer particles in the cytoplasm slows down when cells are confined. Our hypothesis is that this decrease is due to an increase of crowding inside cells caused by an increase in concentration of macromolecules. This hypothesis led us to observe cell growth and to observe a decrease of this growth when cells are spatially constrained.We find that this effect is related to a decrease in protein production caused by increased crowding.While the increase in crowding leads to limitations in the mechanisms of growth and protein production, we also report impacts on other biological mechanisms such as phase separation or metabolism, which can specifically adapt the cell to confined growth. Confinement of cells leads to an induction of mechanical pressure caused by cell growth. This pressure causes changes in the rheology of cells, which will induce a decrease in growth associated with a decrease in the rate of amount of proteins producedprotein production.As this phenomenon is purely biophysical, we believe that it is possible that the effects of these variations can befound in other biological processes, and even in other organisms such as mammalian cells, bacteria or plants.; Le « confinement » est un mot qui résonne de manière assez spéciale dans nos oreilles en cette fin d’année 2021. Synonyme de blocage ou de limitation il est devenu incontournable. Cependant si ce terme lorsque qu’il est appliqué aux individus nous est familier, il l’est beaucoup moins lorsque l’on parle de croissance cellulaire. Et pourtant, nous sommes souvent en contact avec des systèmes multicellulaires qui sont confinés par leur environnement. Un exemple emblématique est la croissance des racines sous les routes capables d’endommager celles-ci.Mais nous pouvons retrouver d’autres exemples comme la croissance des tumeurs ou la création de biofilms de certains microbes. Nous allons dans notre étude nous concentrer sur l’impact de ce confinement spatial sur la physiologie cellulaire. Nous prendrons comme organisme d’étude la levure S. cerevisiae couramment utilisée dans les laboratoires de recherche pour sa facilité de manipulation et notre capacité à réaliser desmodifications de son génome. Dans une étude précédente, il a été montré que lorsque l’on place les cellules dans un espace confiné, elles génèrent une pression mécanique en poussant sur leur environnement lors de leur croissance . Cette observation nous a conduit à étudier les cellules lorsque qu’elles sont soumises à cette pression induite par la croissance. Nous porterons un intérêt particulier à l’évolution des propriétés rhéologique s des cellules sous contrainte, qui peuvent physiquement impacter de nombreux processus biologiques. Ainsi, avant d’étudier les changements que vont induire les contraintes mécaniques, nous allons définir et caractériser les mouvements de nano-traceurs dans les cellules au travers de simulations et d’observations expérimentales sans contraintes. Ensuite, nous allons montrer que ce mouvement de traceurs fluorescents dans le cytoplasme est ralenti lorsque les cellules sont confinées. Notre hypothèse est que cette diminution est due à une augmentation de l’encombrement des cellules causée par une augmentation de la concentrationen macromolécules. Cette hypothèse nous amènera à observer la croissance des cellules et à remarquer que celle ci aussi diminue lorsque les cellules sont spatialement contraintes. Nous constaterons que cette diminution de la croissance est liée à une diminution de la production protéique causée par l’augmentation de l’encombrement. Si l’augmentation de l’encombrements entraine des limitations dans les mécanismes de croissance et de productions protéiques, nous avons aussi constaté des impacts sur d’autres mécanismes biologiques tels que la séparation de phase ou le métabolisme, qui peuvent spécifiquement altérer la réponse cellulaire. En conclusion, le confinement des cellules entraine l’émergence d’une pression mécanique causée par la croissance des cellules. Cette pression entraine des changements dans la rhéologie des cellules ce qui induit une diminution de la croissance liée à une diminution du taux de production des protéines. Ce phénomène étant purement biophysique, nous pensons qu’il est possible que les effets de ces variations se retrouvent dans d’autres mécanismes biologiques, et même dans d’autre organismes tels quel les cellules mammifères, les bactéries ou les cellules végétales.

National audience; This thesis presents the development and operation of a model that simulates both the initiation and the complete propagation reaction of Al/CuO powder-based nanothermites with the sole consideration of condensed phase mechanisms. As the thesis project evolved, three main objectives were pursued: 1) A predictive model of the initiation and propagation of the nanothermite reaction for powder-based systems, implementing the recently discovered "reactive melting" mechanism under different external heating regimes, at low computational cost, and with software flexibility to accommodate new materials of interest; 2) A study of the influence of many key parameters such as the size of the experimental system, the particle size, the stoichiometric ratio of the materials, or the rate of compaction, on the two aspects of ! the reaction: initiation and propagation. This allows both to explore the effects of these factors for system design and to accelerate the design steps through systematic theory/experiment comparisons; 3) A comparison of this model with a purely gas-phase approach to explain recent experimental work exploring the importance of "reactive melting" and to contribute to the discussion in the field on the respective dominances of the fundamental mechanisms of the nanothermite combustion reaction.; Cette thèse présente le développement et l'exploitation d'un modèle qui simule à la fois l'initiation et la réaction complète de propagation de nanothermites à base de poudres Al/CuO avec la seule prise en compte de mécanismes en phase condensée. Au fur et à mesure de l'évolution du projet de thèse, trois objectifs principaux ont été poursuivis : 1) Un modèle prédictif de l'initiation et de la propagation de la réaction nanothermite pour des systèmes à base de poudres, en mettant en œuvre le mécanisme découvert récemment de « fusion réactive » sous différents régimes de chauffage externe, à faible coût de calcul, et avec une flexibilité logicielle pour s'adapter à de nouveaux matériaux d’intérêt ; 2) Une étude de l'influence de nombreux paramètres clés tels que la taille du système expérimental, la taille des particules, le rapport stœchiométrique des matériaux ou le taux de compaction, sur les deux aspects de ! la réaction : initiation et propagation. Cela permet à la fois d'explorer les effets de ces facteurs pour la conception du système et d’accélérer les étapes de conception par des comparaisons systématiques théorie/expérience ; 3) Une comparaison de ce modèle avec une approche purement en phase gazeuse pour expliquer les travaux expérimentaux récents explorant l'importance de la « fusion réactive » et pour contribuer à la discussion dans le domaine sur les dominances respectives des mécanismes fondamentaux de la réaction de combustion des nanothermites.

The long-term evolution of a large-scale atomic system can be simulated by approximating it as a series of events, also called jumps, with a kinetic Monte Carlo (kMC) algorithm. Particular problems arise when the system to be simulated cannot be assigned to a rigid, periodic lattice. Off-lattice kMC approaches can be used to overcome this difficulty. For off-lattice kMC software, desirable characteristics are the ability to efficiently reuse information from its event catalogue and to be accurate throughout the simulation. To enable these characteristics, a structural comparison technique is needed at two stages of each kMC simulation step: when identifying the possible events, and when executing the events in the simulation. This thesis presents the development of the necessary structural comparison technique, the so-called Iterative Rotations and Assignments (IRA) shape matching algorithm, and details of its implementation and use within a general off-lattice kinetic Monte Carlo kernel. As an independent algorithm, the IRA algorithm is able to solve the shape matching problem for any two arbitrarily-rotated and/or distorted atomic structures. The IRA algorithm is based on the idea of reducing the phase space of possible rotations to a set of points, given by the atomic vectors of the structure itself. The algorithm iterates through all of the rotation points thus generated and selects the rotation for which a particular distance function (the Hausdorff distance function) gives the minimum value. To address and solve the problem of atomic assignment between two atomic structures, generally called the Linear Assignment Problem (LAP), within the shape matching problem, the IRA algorithm uses the Constrained Shortest Distance Assignments (CShDA) algorithm also developed and presented in this thesis. Due to the ability of CShDA to solve assignments for structures containing different numbers of atoms, the IRA algorithm can also be applied to structural fragments. When inserted into the specific situation of off-lattice kMC software, we establish that the IRA algorithm is an efficient structural comparison technique, at both critical stages of kMC simulation. In addition, IRA is able to efficiently and accurately identify all symmetries of kMC events, thus granting a statistically correct execution of the move directions. The off-lattice kMC approach using the shape matching algorithm developed here (IRA) also allows the simulation of processes which change the total number of atoms in a system, namely adsorption and desorption processes. Several examples of simulations using the off-lattice kMC software that incorporates IRA and CShDA algorithms are discussed, along with the novelties of our approach. We also discuss the successful and unsuccessful resolutions of the difficulties encountered in the examples. The thesis concludes with the possible future directions for the work, including an exciting fully independent learning-on-the-fly approach to kMC., L'évolution à long terme d'un système atomique à grande échelle peut être simulée en l'approchant comme une série d'événements, également appelés sauts, à l'aide d'un algorithme de Monte Carlo cinétique (kMC). Des problèmes particuliers se posent lorsque le système à simuler ne peut être assigné à un réseau rigide et périodique. Les approches kMC hors réseau peuvent être utilisées pour surmonter cette difficulté. Pour un logiciel kMC hors réseau, les caractéristiques souhaitables sont la capacité de réutiliser efficacement les informations de son catalogue d'événements et d'être précis tout au long de la simulation. Pour permettre ces caractéristiques, une technique de comparaison structurelle est nécessaire à deux étapes de chaque simulation kMC : lors de l'identification des événements possibles, et lors de l'exécution des événements dans la simulation. Cette thèse présente le développement de la technique de comparaison structurelle nécessaire, l'algorithme IRA (Iterative Rotations and Assignments) de mise en correspondance des formes, ainsi que les détails de sa mise en œuvre et de son utilisation dans un noyau général de Monte Carlo cinétique hors réseau. En tant qu'algorithme indépendant, l'algorithme IRA est capable de résoudre le problème de correspondance de forme pour deux structures atomiques arbitrairement tournées et/ou déformées. L'algorithme IRA est basé sur l'idée de réduire l'espace de phase des rotations possibles à un ensemble de points, donnés par les vecteurs atomiques de la structure elle-même. L'algorithme itère à travers tous les points de rotation ainsi générés et sélectionne la rotation pour laquelle une fonction de distance particulière (la fonction de distance de Hausdorff) donne la valeur minimale. Pour aborder et résoudre le problème de l'affectation atomique entre deux structures atomiques, généralement appelé le Linear Assignment Problem (LAP), dans le cadre du problème de correspondance des formes, l'algorithme IRA utilise l'algorithme Constrained Shortest Distance Assignments (CShDA) également développé et présenté dans cette thèse. En raison de la capacité de CShDA à résoudre les assignations pour des structures contenant différents nombres d'atomes, l'algorithme IRA peut également être appliqué à des fragments structurels. Lorsqu'il est inséré dans la situation spécifique du logiciel kMC hors réseau, nous établissons que l'algorithme IRA est une technique de comparaison structurelle efficace, aux deux étapes critiques de la simulation kMC. En outre, l'IRA est capable d'identifier efficacement et précisément toutes les symétries des événements kMC, garantissant ainsi une exécution statistiquement correcte des directions de déplacement. L'approche kMC hors réseau utilisant l'algorithme de correspondance de forme développé ici (IRA) permet également la simulation de processus qui modifient le nombre total d'atomes dans un système, à savoir les processus d'adsorption et de désorption. Plusieurs exemples de simulations utilisant le logiciel kMC hors réseau qui incorpore les algorithmes IRA et CShDA sont discutés, ainsi que les nouveautés de notre approche. Nous discutons également des résolutions réussies et non réussies des difficultés rencontrées dans les exemples. La thèse se termine par les directions futures possibles pour le travail, y compris une approche passionnante d'apprentissage à la volée totalement indépendante pour kMC.

The development and usage of dedicated opto and microelectronic devices is an essential aspect of space and nuclear research and industries. However, in space and nuclear environments, devices are subject to intense flux of energetic particles jeopardizing their correct working by inducing the formation of free charges via ionization of materials as well as creation of crystalline defects following atomic displacements. The latter mechanism is the subject of the present PhD thesis. Atomic displacements are quite well known from a technological point of view. For example, it is acknowledged they are responsible for the drastic increase of dark current observed in image sensors, or for the loss of maximum output power of solar cells. Nonetheless, the fundamental physical origins of experimentally measured effects are still subject to debate. The difficulties encountered in the establishment of a clear link between the effects observed in technologies and the fundamental mechanisms are partly due to the very short (of the order of the femtosecond to the picosecond for an atomic collision for example) characteristic timescales of the dynamic process at stake. Indeed, experiments cannot cover dynamic process of so small characteristic times. This is the reason why, in this PhD thesis, we resort to numerical modelling to understand the links between basic physical mechanisms and deleterious effects witnessed in technologies and thus predict the response to atomic displacements effects of materials used in microelectronic applications. Aiming at this ultimate purpose, a multiscale simulation approach has been developed, allowing simulating the entire process of atomic displacements: particle-matter interactions with Monte Carlo techniques, collision cascades propagation using Molecular Dynamics, healing of the damaged structures with a kinetic- Monte Carlo code and finally the electronic characterization of defects thought to be responsible for devices degradation with ab initio methods. All the mentioned steps of this approach, except the last one, have been addressed in this thesis. In more details, lots of efforts have been undertaken to improve the models and methodologies employed in the second molecular dynamics step, regarding the stochastic aspects of cascades as well as the inclusion of electronic effects. Concerning this last aspect, a method based on ab initio Time-Dependent Density Function Theory calculations of electronic stopping power is employed. The results of the studies carried out with the objective of improving the second step of Molecular Dynamics are presented in this thesis. In addition, the three first steps of the global simulation approach are applied to Si, Ge and Si-Ge alloys, and obtained results are presented and discussed in the manuscript., Les domaines de l'ingénierie spatiale et nucléaire requièrent le développement et l'utilisation de composants opto et microélectroniques spécifiques. Or, pour des applications dans les domaines cités, les composants sont immergés dans des environnements fortement radiatifs et sont donc soumis à des flux importants de particules énergétiques qui dégradent leur fonctionnement en induisant la formation de charges libres par ionisation de la matière ainsi que la création de défauts cristallins par déplacements atomiques. Ce dernier mécanisme est le sujet de la présente thèse. D'un point de vue technologique, les effets des déplacements atomiques sont assez bien connus. Par exemple, on sait qu'ils sont responsables d'une forte augmentation du courant d'obscurité mesuré dans les capteurs d'images, ou de la perte de puissance maximale délivrée par les cellules photovoltaïques. En revanche, les origines physiques fondamentales des effets mesurés technologiquement sont encore sujettes à débat. Les difficultés rencontrées quant à l'établissement du lien entre la physique et les effets observés dans les technologies résident en partie dans la durée extrêmement courte des temps caractéristiques (de la femtoseconde à la picoseconde pour une collision atomique par exemple) des phénomènes dynamiques en jeu dans les premiers instants de la dégradation d'un composant, rendant impossible ou extrêmement compliquée la réalisation d'expériences. C'est la raison pour laquelle, dans cette thèse, nous avons recours à la simulation numérique afin de mieux comprendre le lien entre phénomènes physiques et effets observés et ainsi prédire la réponse des matériaux utilisés en microélectronique aux effets de déplacements atomiques. Une chaîne de simulation multi-échelle, décrite dans ce manuscrit, a été développée en ce sens, permettant de simuler tout le processus de déplacements atomiques : l'interaction particule-matière en Monte Carlo, la propagation de la cascade de collisions dans la matière en Dynamique Moléculaire, la guérison des structures endommagées en Monte Carlo-cinétique et enfin la caractérisation ab initio de l'activité électronique des défauts suspectés comme responsables de la dégradation de composants. Toutes les étapes, excepté la dernière, ont été adressées dans cette thèse. Plus spécifiquement, nous nous sommes appliqués à améliorer la seconde étape de Dynamique Moléculaire en insistant sur le caractère stochastique des cascades de collisions et sur l'inclusion des effets électroniques. En particulier sur ce dernier aspect, une méthode basée sur des calculs ab initio de Théorie de la Fonctionnelle de la Densité Dépendante du Temps est utilisée. Les résultats des études effectuées dans le but d'améliorer l'étape de Dynamique Moléculaire sont décrits dans la thèse. De plus, les trois premières étapes de la chaîne de simulation sont appliquées à Si, Ge et aux alliages Si-Ge, et les résultats obtenus présentés dans le manuscrit.

National audience; Power electronic converters are widely used in different applications requiring high reliability and availability. In order to address these requirements, the power modules have been enhanced to include features like redundancy, through fault tolerant switching cells, which allows to guarantee continuity of service. These evolved features are performed by adding electronics protections, using components like diodes, fuses, thyristors, to allow the connection of a back-up leg.In this thesis, two power electronics integration issues are studied through design simulations and realization in order to provide more compact and secured power modules. First, fuses made of thin copper layer deposited on silicon power diodes, used in fault tolerant switching cells, are designed and simulated using finite elements methods. The idea behind is to produce auto-secured components, able to perform quick fault isolation, with very low fuses break-up energies. The second subject of this work concerns the study and development of new fully monolithic integrated switching cells on the same silicon chip. More specifically, the work deals with the integration of an inverter leg composed of IGBT (type N and P) and VDMOS (type N and P) components. For power conversion applications, the use of P-type power devices is very rare as compared to N-type power devices. This is mainly due to the poor on-state characteristics of P-type power devices as com! pared to their N-type counterparts. However, the association of P-type and N-type transistors, for specific applications, can make easier the monolithic integration in one chip of the phase leg.In order to validate the suggested integration approaches, 10A/200V fuses were designed and realized by uniform copper electrolytic growth, with micrometric resolution, on silicon substrate. In order to thermally isolate the fuses constrictions from the silicon substrate, a buffer layer of epoxy has been introduced between them. The material also allows to protect the silicon chip from breakdown due to plasma arc during the fuses cut-off. When the constrictions evaporate, the fuses have to sustain the rated voltage, without important leakage current. In order to ensure this feature, a thin nitride layer is added between the fuses and the silicon substrate. Power modules provided silicone gel showed interesting results regarding the passivation of vaporized metallic particles during fuses cut-off. A generic electrothermal design approach using Comsol™ has been used to design 3D fuses models. The different fuses designs have been optimized according to ! their maximum allowed temperature and occupied surface. The serial and parallel configuration is the most compact fuses design, with an I2T ([A2.s]) at least five times lower compared to commercially available fuses. Once the design experimentally validated, the process is updated and reported on vertical power diodes. The proposed switching cells integration based on IGBT and VDMOS components consists on mutualizing the common backside regions of the two components in one single chip. Compared to the former work regarding converter leg integrations, this approach does not require any isolating through wall, which eases the realization process. The components design relies on an electrothermal constrain of 50 W/cm2. For a total crystal surface of 1 cm2 and for a provided cyclic ratio, the nominal current is calculated according to the electrothermal constrain. TCAD Sentaurus™ simulations, under very short turn-on times, have been conducted in order to validate the integra! tion approach. Electrothermal transient simulations have been ! realized on a short-circuit converter leg in order to study the components behavior. A solution combining an IGBT and small power Mosfet is proposed and validated to avoid latch-up phenomenon during short-circuit occurrence.; Les convertisseurs de puissance sont aujourd’hui largement déployés dans plusieurs applications du quotidien qui requièrent un grand niveau de sécurité, de fiabilité et de disponibilité. Afin de répondre à ces exigences, il a fallu fonctionnaliser les modules de puissances avec des cellules de commutation à tolérance de panne et la possibilité de faire de la redondance, afin de pouvoir continuer a opérer même en cas de défaut. Ces fonctions évoluées sont assurées par le rajout de protections électroniques, des composants tels que des fusibles, des composants de puissance auxiliaires, pour permettre la connexion de bras secours.Dans cette thèse, on traite deux thématiques d’intégration d’électronique de puissance, dans l’idée de proposer des solutions d’intégration plus poussées, qui aspirent à rendre les convertisseurs de puissance, plus sécurisés et plus compacts. Dans un premier temps, on s’intéresse à l’intégration de fusibles de manière monolithique sur des composants de puissance verticaux qui composent les cellules de commutations à tolérance de panne. Cette approche permettrait de produire des composants auto-sécurisés, capable d’isoler le défaut rapidement, sans le propager. La seconde thématique de cette thèse, concerne la proposition et l’étude de nouvelles architectures de cellules de commutations complètement monolithique, réalisées verticalement sur une seule puce silicium. On s’intéresse notamment à l’intégration de bras de convertisseurs composés de transistors IGBT (type P et N) et VDMOS (type P et N). L’utili! sation de composants type P reste limité dans les structures de convertisseurs de puissance. Néanmoins, la démarche d’intégration monolithique sur une seule puce, avec d’autres composants de type N, reste très intéressante pour des applications spécifiques.Pour valider ces approches d’intégration proposées, des fusibles 10A/200V ont étés dimensionnés et réalisés par croissance électrolytique conforme avec une résolution micrométrique sur puce silicium. Une zone tampon en époxy a été introduite localement dessous les constrictions fusibles pour isoler thermiquement ces dernières du substrat silicium. Ce matériau permet aussi de protéger la puce d'une ablation par le plasma d'arc. La tenue en tension latérale a été renforcée par une couche de nitrure à l'interface fusible – puce. Il a aussi été montré que le gel silicone présent dans les modules de puissance permettait d'absorber efficacement et de passiver dans le volume les vapeurs métalliques issues de la fusion des constrictions. Une approche générique de dimensionnement électrothermique 3D de ces fusibles a été menée sous Comsol™. Les principales architectures ont été optimisées sous contraintes de température ! et de surface d'implantation. La meilleure d'entre-elles, basée sur un agencement série – parallèle présente un gain en compacité et en sensibilité I2Tp cinq fois meilleurs que ceux du commerce. Une fois le fonctionnement validé, ce processus a été adapté et reporté sur des composants diodes verticales.L’approche d’intégration de nouvelles cellules de commutation consiste à mutualiser des couches communes en face arrière des composants IGBT et VDMOS, pour les intégrer sur une même puce silicium. En comparaison des travaux précédents sur l’intégration de bras complet, cette approche ne requiert pas de mur isolant traversant, ce qui rend la réalisation moins complexe. Le dimensionnement des composants est conditionné par une contrainte électrothermique de 50 W/cm2. Pour une surface totale de silicium de 1 cm2 et pour un rapport cyclique donné, le courant nominal passant dans le bras est calculé en respect de la contrainte électrothermique imposée. Pour valider l’approche d’intégration, des simulations TCAD Sentaurus™, pour des temps de commutations courts sur un bras IGBT et VDMOS ont étés réalisées. Les résultats de l’intégration discrète et monolithique de l’association IGBT et VDMOS sont comparées. Des sim! ulations électrothermiques transitoires de bras en court-circuit ont étés également étudiées. Une solution combinant un IGBT et un Mosfet basse tension à canal préformé est proposée et validée pour éviter les phénomènes de latch-up en court-circuit.

National audience; This PhD thesis brings two contributions to the field of System Control: the firstone deals with the attitude control of a generic fully actuated rigid object rotatingin space; the second one concerns methods of analysis and synthesis of controllersfor Linear Time Varying systems.The first contribution develops in detail the modeling of the tracking of a theoreticallyfeasible attitude trajectory performed by this generic rotating object, usingthe unit quaternion to model the attitude. The rotational motion is intrinsicallynonlinear (trigonometric), with singularities related to its periodicity, implying thenon existence of a Linear Time Invariant controller able to make the closed loopsystem globally stable. By taking into account these specificities, the synthesis ofnonlinear controllers enabling to obtain an almost global asymptotic stability ofthe closed loop system is then developed. Perspectives to improve this result withintegrators to cancel out static and drag errors are finally proposed.The question of tuning these non-linear controllers to simultaneously meet severalperformance criteria leads to the second contribution: the opportunity to extendto Linear Time Varying systems the notions of pole placement and input/outputperformances analysis of Linear Time Invariant systems. The proposed methodconcerns systems with time varying parameters bounded in a convex set describedby a polytope. It allows to write the performance analysis problems in the formof Differential Linear Matrix Inequalities, then to convert them into Linear MatrixInequalities for the static state feedback synthesis. For this last result, two formulationsare proposed: the first one with a Lyapunov certificate common to all therequirements; the second one with an added S-variable which allows to simultaneouslysearch for several Lyapunov certificates, one for each performance requirementof the multi-objective problem.This synthesis result is eventually applied to the attitude control problem.; Cette thèse de doctorat apporte deux contributions au champ de l’Automatique :la première aborde le contrôle d’attitude d’un objet rigide quelconque complètementcommandé tournant dans l’espace ; la seconde concerne des méthodes d’analyse etde synthèse de contrôleur pour les systèmes Linéaires Variant dans le Temps.La première contribution développe en détail la modélisation du suivi d’unetrajectoire d’attitude théoriquement réalisable par un objet rigide en rotation, enutilisant le quaternion unitaire pour modéliser son attitude. Le mouvement de rotationest intrinsèquement non linéaire (trigonométrique), avec des singularités liéesà sa périodicité, impliquant la non existence de contrôleur linéaire invariant dans letemps en mesure de rendre le système en boucle fermée globalement stable. En prenanten compte ces spécificités, la synthèse de contrôleurs non linéaires permettantd’obtenir une stabilité asymptotique presque globale de la boucle fermée est ensuitedéveloppée. Des perspectives pour améliorer ce résultat avec des intégrateurs pourannuler les erreurs statiques et de traînage sont finalement proposées.De la question du réglage de ces contrôleurs non linéaires pour respecter simultanémentplusieurs critères de performances, découle la seconde contribution :l’opportunité d’étendre aux systèmes Linéaires Variant dans le Temps les notionsde placement de pôles et d’analyse de performances entrées/sorties des systèmesLinéaires Invariant dans le Temps. La méthode proposée concerne les systèmes auxparamètres variant dans le temps bornés dans un ensemble convexe décrit par unpolytope. Elle permet d’écrire les problèmes d’analyse de performances sous formed’Inégalités Linéaires Matricielles Différentielles, puis de les convertir en InégalitésLinéaires Matricielles pour la synthèse de contrôleurs par retour d’état statique.Pour ce dernier résultat, deux formulations sont proposées : la première avec uncertificat de Lyapunov commun à toutes les exigences ; la seconde avec l’ajout d’uneS-variable permet de rechercher simultanément plusieurs certificats de Lyapunov,un pour chaque exigence de performance du problème multi-objectif.Ce résultat de synthèse est finalement appliqué au problème du contrôle d’attitude.

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.

National audience; Thermite materials allow, once ignited, to release a great amount of chemical energy, stored in metastable structures where coexist an oxidizing material (typically a metal oxide) and a reducing material (typically aluminum). Thermite nanolaminates, alternative layer of oxidizer and fuel, offer a highly controllable architecture and have been incorporated into a variety of micro-pyrotechnic devices commonly used in micro-electromechanical systems (MEMS) to produce pyroMEMS. Over the two last decades, Al/CuO nanolaminates have drawn particular attention due to their high reactivity and gas generation ability. But, despite the active research dedicated to nanothermites over the two last decades, the literature specifically dedicated to aging issues is rare and exclusively concerns nanothermites in the form of mixed powders. In this context, the LAAS-CNRS and the CEA investigate Al/CuO nanolaminates aging in an original manner, allowing for effcient in silico screening of structures modification and ensuing performances alteration when the Al/CuO thermite nanolaminates are subject to long-term storage at the ambient temperature and upon annealing. Concretely, within this phD thesis, representative types of Al/CuO nanolaminates structures are considered, and their aging analyzed, notably in terms of interfacial layer thickness evolution and energetic reservoir consumption. This aging effect (temperature out of any other chemistry associated with the storage environment) on both initiation time and combustion performances (ignition and combustion) of various structures is investigated. In complement to simulations, Al/CuO nanolaminates structures were fabricated, and some of them were annealed as prescribed by the proposed aging model to support the theoretical predictions.This work permits for the first time to unravel the kinetics of the reactant and product layer thicknesses (including Al, CuO, Cu2O, Al2O3) of reacting sputter-deposited Al/CuO nanolaminates upon annealing at low temperature (ambient to 500 °C). It represents an important progress for the community of thermites, not only thanks to the data collected on the aging of Al/CuO nanolaminates, but also as it presents an original methodology that can be applied to other thermite materials.; Les thermites permettent, une fois initiées, de générer une grande quantité d’énergie chimique, stockée dans des structures métastables dans lesquelles coexistent des un oxydant (typiquement un oxyde métallique) et un réducteur (typiquement l’aluminium). Les thermites nanolaminés, empilements successifs de couches d’oxydant et de réducteur, offrent une architecture hautement contrôlable et ont été incorporées à une variété de dispositifs micro-pyrotechniques couramment utilisés dans les systèmes micro-electromécaniques (micro-electromechanical systems - MEMS) afin de produire des pyroMEMS. Au cours des deux dernières décennies, les nanolaminés Al/CuO ont particulièrement attiré l’attention en raison de leur réactivité élevée et de leur capacité à générer du gaz. Cependant, malgré les nombreux travaux dédiés aux nanothermites durant cette période, la littérature spécifiquement consacrée aux problèmes de vieillissement est rare et concerne exclusivement les nanothermites sous forme de poudres.Dans ce contexte, le LAAS-CNRS et le CEA ont étudiés le vieillissement des nanolaminés Al/CuO, et ce en réalisant des images in silico des modifications structurelles responsables des altérations de performances observées lorsque les nanolaminés sont sujets à un stockage sur le long terme à température ambiante et après recuit.Concrètement, dans cette thèse, différentes types structures nanolaminés Al/CuO sont considérées, et leur vieillissement analysé, particulièrement en termes d’évolution de l’épaisseur des interfaces et de consommation du réservoir énergétique. Cet effet du vieillissement (vieillissement thermique) sur le délai d’initiation et les performances de combustion de diverses structures est étudié. En complément des simulations, des nanolaminés Al/CuO ont été produits, et certains ont été recuits tels que prescrit par le modèle de vieillissement proposé afin de valider les prédictions théoriques.Ce travail a permis pour la première fois, d‘éclaircir la cinétique de l’évolution des couches de réactifs et produits (incluant Al, CuO, Cu2O, Al2O3) de nanolaminés Al/CuO recuits à relativement basses températures (ambiante à 500 °C). Il s’agit d’un progrès important pour la communauté des thermites, non seulement grâce aux données collectées sur le vieillissement des nanolaminés Al/CuO, mais également car il propose une méthodologie pouvant être appliquée à d’autres types de thermites.

Psoriasis is a chronic inflammatory skin disease that affects 2-3% of the world's population. It is characterized by an abnormal proliferation of keratinocytes, dilation of dermal blood vessels and an infiltration of inflammatory cells into the skin. Although effective, the side effects of anti-psoriatic treatments limit their long-term use. A Poly(PhosphorHydrazone) dendrimer capped with AzaBisPhosphonate groups, called ABP, has previously been shown to have anti-inflammatory properties both in vitro and in animal models of chronic inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis and multiple sclerosis. The aim of our study is to assess and optimize the therapeutic potential of ABP dendrimer as a new approach for psoriasis therapy. We have shown that ABP dendrimer applied topically in physiological buffer, without specific formulation, significantly reduced the inflammation induced by imiquimod in mice. However, the therapeutic efficacy of the ABP dendrimer for the topical treatment of psoriasis should be improved. The barrier properties of the stratum corneum and physicochemical properties of the ABP dendrimer both contribute to limit its skin penetration and therefore its therapeutic efficacy by topical route. In order to maximize its therapeutic effects, we have formulated the dendrimer in an innovative delivery system, sugar-derived tricatenar catanionic vesicles. These catanionic vesicles, developed in our team, are formed from a bilayer of two opposite charges surfactants. In addition to their biocompatibility, these catanionic vesicles have previously demonstrated their ability to promote skin penetration of active ingredients when their bilayer is in fluid state. After optimization of dendrimer formulation in catanionic vesicles, we obtained stable vesicles capable of encapsulating up to 80% of the dendrimer. We have also shown that the insertion of the dendrimer into the vesicular bilayer makes it fluid at skin temperature. Our studies in vitro have successfully shown that the formulation of dendrimer in catanionic vesicles allows deep skin penetration of the dendrimer into the viable epidermis and dermis. Finally, in order to assess the anti-psoriatic efficacy of the formulation in vivo, experiments were conducted on a murine model of psoriasis induced by imiquimod. Altogether, our results highlight the potential of this innovative formulation to deliver dendrimer to the deeper skin layers for the treatment of psoriasis.; Le psoriasis est une dermatose inflammatoire chronique qui affecte 2 à 3% de la population mondiale. Les lésions psoriasiques sont caractérisées par une prolifération anormale des kératinocytes, une dilatation des vaisseaux sanguins dermiques et une infiltration de cellules inflammatoires dans la peau. Malgré l’efficacité des traitements anti-psoriasiques, leurs effets secondaires limitent leur utilisation à long terme. Plusieurs études réalisées dans nos équipes ont montré qu’un dendrimère de type Poly(PhosphorHydrazone) à terminaisons AzaBisPhosphonates, nommé ABP, présente des propriétés anti-inflammatoires in vitro et dans des modèles animaux de maladies inflammatoires chroniques, telles que la polyarthrite rhumatoïde et la sclérose en plaque. L’objectif de notre étude est d'évaluer et d’optimiser le potentiel thérapeutique de l’ABP comme une nouvelle approche pour le traitement du psoriasis. Nous avons montré que l’administration topique de l’ABP dans un tampon physiologique, sans formulation particulière, réduit significativement l’inflammation induite par l’imiquimod chez les souris. Toutefois, l'efficacité thérapeutique du dendrimère ABP pour le traitement topique du psoriasis doit être améliorée. En effet, la structure complexe et les propriétés de barrière du stratum corneum, mais aussi les propriétés physico-chimiques du dendrimère ABP limitent sa pénétration cutanée et donc son efficacité thérapeutique par voie topique. Afin de maximiser ses effets thérapeutiques, nous avons formulé le dendrimère dans un système de vectorisation innovant, des vésicules catanioniques tricaténaires dérivées de sucre. Ces vésicules catanioniques, développées dans notre équipe, sont formées d’une bicouche de deux tensioactifs de charges opposées. Outre leur biocompatibilité, ces vésicules catanioniques ont déjà démontré leur capacité à promouvoir la pénétration cutanée d’actifs quand leur bicouche est à l’état fluide. Après l’optimisation de la formulation du dendrimère dans les vésicules catanioniques, nous avons obtenu des vésicules stables et capables d’encapsuler jusqu’à 80 % du dendrimère. Nous avons également montré que l’insertion du dendrimère dans la membrane des vésicules la rend fluide à la température de la peau. Nos études in vitro sur différents modèles de peaux ont montré que la formulation du dendrimère dans les vésicules catanioniques permet une pénétration cutanée profonde du dendrimère. Enfin, afin d’évaluer l’efficacité anti-psoriasique de la formulation in vivo, des expériences ont été menées sur le modèle murin de psoriasis induit par l’imiquimod. L’ensemble de nos résultats mettent en avant l’efficacité de la formulation dans la délivrance du dendrimère dans les couches cutanées profondes pour le traitement du psoriasis.

As robots begin to enter our daily lives, we need advanced knowledge representations and associated reasoning capabilities to enable them to understand and model their environments. Considering the presence of humans in such environments, and therefore the need to interact with them, this need comes with additional requirements. Indeed, knowledge is no longer used by the robot for the sole purpose of being able to act physically on the environment but also to communicate and share information with humans. Therefore knowledge should no longer be understandable only by the robot itself, but should also be able to be narrative-enabled. In the first part of this thesis, we present our first contribution with Ontologenius. This software allows to maintain knowledge bases in the form of ontology, to reason on them and to manage them dynamically. We start by explaining how this software is suitable for \acrfull{hri} applications. To that end, for example to implement theory of mind abilities, it is possible to represent the robot's knowledge base as well as an estimate of the knowledge bases of human partners. We continue with a presentation of its interfaces. This part ends with a performance analysis, demonstrating its online usability. In a second part, we present our contribution to two knowledge exploration problems around the general topic of spatial referring and the use of semantic knowledge. We start with the route description task which aims to propose a set of possible routes leading to a target destination, in the framework of a guiding task. To achieve this task, we propose an ontology allowing us to describe the topology of indoor environments and two algorithms to search for routes. The second knowledge exploration problem we tackle is the \acrfull{reg} problem. It aims at selecting the optimal set of piece of information to communicate in order to allow a hearer to identify the referred entity in a given context. This contribution is then refined to use past activities coming from joint action between a robot and a human, in order to generate new kinds of Referring Expressions. It is also linked with a symbolic task planner to estimate the feasibility and cost of future communications. We conclude this thesis by the presentation of two cognitive architectures. The first one uses the route description contribution and the second one takes advantage of our Referring Expression Generation contribution. Both of them use Ontologenius to manage the semantic Knowledge Base. Through these two architectures, we present how our contributions enable Knowledge Base to gradually take a central role, providing knowledge to all the components of the architectures., L'arrivée des robots dans notre vie quotidienne fait émerger le besoin pour ces systèmes d'avoir accès à une représentation poussée des connaissances et des capacités de raisonnements associées. Ainsi, les robots doivent pouvoir comprendre les éléments qui composent l'environnement dans lequel ils évoluent. De plus, la présence d'humains dans ces environnements et donc la nécessité d'interagir avec eux amènent des exigences supplémentaires. Ainsi, les connaissances ne sont plus utilisées par le robot dans le seul but d'agir physiquement sur son environnement mais aussi dans un but de communication et de partage d'information avec les humains. La connaissance ne doit plus être uniquement compréhensible par le robot lui-même mais doit aussi pouvoir être exprimée. Dans la première partie de cette thèse, nous présentons Ontologenius. C'est un logiciel permettant de maintenir des bases de connaissances sous forme d'ontologie, de raisonner dessus et de les gérer dynamiquement. Nous commençons par expliquer en quoi ce logiciel est adapté aux applications d'interaction humain-robot (HRI), notamment avec la possibilité de représenter la base de connaissances du robot mais aussi une estimation des bases de connaissances des partenaires humains ce qui permet d'implémenter les mécanismes de théorie de l'esprit. Nous poursuivons avec une présentation de ses interfaces. Cette partie se termine par une analyse des performances du système ainsi développé. Dans une seconde partie, cette thèse présente notre contribution à deux problèmes d'exploration des connaissances: l'un ayant trait au référencement spatial et l'autre à l'utilisation de connaissances sémantiques. Nous commençons par une tâche de description d'itinéraires pour laquelle nous proposons une ontologie permettant de décrire la topologie d'environnements intérieurs et deux algorithmes de recherche d'itinéraires. Nous poursuivons avec une tâche de génération d'expression de référence. Cette tâche vise à sélectionner l'ensemble optimal d'informations à communiquer afin de permettre à un auditeur d'identifier l'entité référencée dans un contexte donné. Ce dernier algorithme est ensuite affiné pour y ajouter les informations sur les activités passées provenant d'une action conjointe entre un robot et un humain, afin de générer des expressions encore plus pertinentes. Il est également intégré à un planificateur de tâches symbolique pour estimer la faisabilité et le coût des futures communications. Cette thèse se termine par la présentation de deux architectures cognitives, la première utilisant notre contribution concernant la description d'itinéraire et la seconde utilisant nos contributions autour de la Génération d'Expression de Référence. Les deux utilisent Ontologenius pour gérer la base de connaissances sémantique. À travers ces deux architectures, nous présentons comment nos travaux ont amené la base de connaissances a progressivement prendre un rôle central, fournissant des connaissances à tous les composants du système.

Throughout interplanetary space, plasma particles and magnetic fields play an endless game of re-shaping themselves and exchanging energy. A key process in this regard is magnetic reconnection. The complex dynamics resulting from this process is responsible for particle acceleration and entry into the Earth’s magnetosphere, potentially dangerous for people and machinery, and is the basic subject of this thesis. In the first part of the work, I focus on the local shape of magnetic configurations. To this aim, I devise a technique to retrieve relevant local characteristics of magnetic configurations, which I apply to multi-spacecraft data, demonstrating its efficacy. In the second part of the thesis I discuss how energy is exchanged among its different forms in the neighbourhood of a reconnection site using a numerical simulation. I show in particular how different energy conversions are statistically related to one another and to local features of the system.; Dans l’espace interplanétaire, particules chargées et champs magnétiques sont en continu sujet à des remodelages et échanges d’énergie. Un processus clé dans ce contexte est la reconnexion magnétique. La dynamique complexe résultant de ce processus est responsable de l’accélération des particules et de leur entrée dans la magnétosphère terrestre, ce qui est potentiellement dangereux pour les personnes et la technologie, et constitue le sujet de cette thèse. Dans la première partie de mon travail, je me concentre sur la structure locale du champ magnétique. J’ai conçu une technique pour déterminer les caractéristiques locales de la configuration du champ magnétique, et je l’applique à des données multi-satellites, démontrant son efficacité. Dans la deuxième partie de la thèse, j’étudie comment l’énergie est échangée entre ses différentes formes, près d’un site de reconnexion magnétique avec une simulation numérique. Je montre en particulier comment les différentes conversions d’énergie sont statistiquement liées les unes aux autres et aux caractéristiques locales du système.

Uncertainty quantification in a safety analysis study can be conducted by considering the uncertain inputs of a physical system as a vector of random variables. The most widespread approach consists in running a computer model reproducing the physical phenomenon with different combinations of inputs in accordance with their probability distribution. Then, one can study the related uncertainty on the output or estimate a specific quantity of interest (QoI). Because the computer model is assumed to be a deterministic black-box function, the QoI only depends on the choice of the input probability measure. It is formally represented as a scalar function defined on a measure space. We propose to gain robustness on the quantification of this QoI. Indeed, the probability distributions characterizing the uncertain input may themselves be uncertain. For instance, contradictory expert opinion may make it difficult to select a single probability distribution, and the lack of information in the input variables affects inevitably the choice of the distribution. As the uncertainty on the input distributions propagates to the QoI, an important consequence is that different choices of input distributions will lead to different values of the QoI. The purpose of this thesis is to account for this second level uncertainty. We propose to evaluate the maximum of the QoI over a space of probability measures, in an approach known as optimal uncertainty quantification (OUQ). Therefore, we do not specify a single precise input distribution, but rather a set of admissible probability measures defined through moment constraints. The QoI is then optimized over this measure space. After exposing theoretical results showing that the optimization domain of the QoI can be reduced to the extreme points of the measure space, we present several interesting quantities of interest satisfying the assumption of the problem. This thesis illustrates the methodology in several application cases, one of them being a real nuclear engineering case that study the evolution of the peak cladding temperature of fuel rods in case of an intermediate break loss of coolant accident.; La quantification des incertitudes lors d'une étude de sûreté peut être réalisée en modélisant les paramètres d'entrée du système physique par des variables aléatoires. Afin de propager les incertitudes affectant les entrées, un modèle de simulation numérique reproduisant la physique du système est exécuté avec différentes combinaisons des paramètres d'entrée, générées suivant leur loi de probabilité jointe. Il est alors possible d'étudier la variabilité de la sortie du code, ou d'estimer certaines quantités d'intérêt spécifiques. Le code étant considéré comme une boîte noire déterministe, la quantité d'intérêt dépend uniquement du choix de la loi de probabilité des entrées. Toutefois, cette distribution de probabilité est elle-même incertaine. En général, elle est choisie grâce aux avis d'experts, qui sont subjectifs et parfois contradictoires, mais aussi grâce à des données expérimentales souvent en nombre insuffisant et entachées d'erreurs. Cette variabilité dans le choix de la distribution se propage jusqu'à la quantité d'intérêt. Cette thèse traite de la prise en compte de cette incertitude dite de deuxième niveau. L'approche proposée, connue sous le nom d'Optimal Uncertainty Quantification (OUQ) consiste à évaluer des bornes sur la quantité d'intérêt. De ce fait on ne considère plus une distribution fixée, mais un ensemble de mesures de probabilité sous contraintes de moments sur lequel la quantité d'intérêt est optimisée. Après avoir exposé des résultats théoriques visant à réduire l'optimisation de la quantité d'intérêt aux point extrémaux de l'espace de mesures de probabilité, nous présentons différentes quantités d'intérêt vérifiant les hypothèses du problème. Cette thèse illustre l'ensemble de la méthodologie sur plusieurs cas d'applications, l'un d'eux étant un cas réel étudiant l'évolution de la température de gaine du combustible nucléaire en cas de perte du réfrigérant.

International audience; The 2016 Zika virus (ZIKV) outbreak in the Americas has been characterized by an increased association frequency of fetal neuropathological abnormalities. To have a comprehensive and accurate knowledge of key elements of the clinically observed neurologic dysfunctions in Zika-infected babies, ZIKV transmission from mother to fetus needs to be deeply studied. Thus, it is important to determine the role of both virus-targeted cells and tissues within the mother-fetus interface. Cellular tropism and mechanisms of ZIKV transmission from mother to the fetus during early pregnancy still remain unknown on many aspects. To improve the characterization of the maternal-fetal ZIKV transmission, we have set up an ex vivo model using an organ culture approach with a light-invasive sampling from the first trimester of pregnancy samples. Thus, here we provide evidence that circulating epidemic ZIKV strains from Latin America widely target and destroy reproductive tissues, including the decidua basalis, fetal placenta, and umbilical cord. In addition, we show that ZIKV is able to differentially replicate in a large range of both maternal and fetal cells, including decidual fibroblasts and macrophages, fetal trophoblast and Hofbauer cells, as well as umbilical cord mesenchymal stem cells. This primary and broad ZIKV cellular tropism and the resulting abundant cytopathic-induced tissue effects during the first trimester of pregnancy show the upstream path of clinically observed congenital damages.

International audience; One central question surrounding the biosynthesis of fatty acids and polyketide-derived natural products is how the 4 0-phosphopantetheinyl transferase (PPTase) interrogates the essential acyl carrier protein (ACP) domain to fulfill the initial activation step. The triggering factor of this study was the lack of structural information on PPTases at physiological pH, which could bias our comprehension of the mechanism of action of these important enzymes. Structural and functional studies on the family II PPTase PptAb of Mycobacterium abscessus show that pH has a profound effect on the coordination of metal ions and on the conformation of endogenously bound coenzyme A (CoA). The observed conformational flexibility of CoA at physiological pH is accompanied by a disordered 4 0-phosphopantetheine (Ppant) moiety. Finally, structural and dynamical information on an isolated mycobacterial ACP domain, in its apo form and in complex with the activator PptAb, suggests an alternate mechanism for the post-translational modification of modular megasynthases.

International audience; An antikinetoplastid pharmacomodulation study was conducted at position 6 of the 8-nitroquinolin-2(1H)-one pharmacophore. Fifteen new derivatives were synthesized and evaluated in vitro against L. infantum, T. brucei brucei, and T. cruzi, in parallel with a cytotoxicity assay on the human HepG2 cell line. A potent and selective 6-bromo-substituted antitrypanosomal derivative 12 was revealed, presenting EC50 values of 12 and 500 nM on T. b. brucei trypomastigotes and T. cruzi amastigotes respectively, in comparison with four reference drugs (30 nM ≤ EC50 ≤ 13 μM). Moreover, compound 12 was not genotoxic in the comet assay and showed high in vitro microsomal stability (half life >40 min) as well as favorable pharmacokinetic behavior in the mouse after oral administration. Finally, molecule 12 (E° = −0.37 V/NHE) was shown to be bioactivated by type 1 nitroreductases, in both Leishmania and Trypanosoma, and appears to be a good candidate to search for novel antitrypanosomal lead compounds.

The aim of the COMPER project is to design models and tools to implement a competency-based approach to support learning in a personalized way. Bringing together researchers in computer science, humanities and social sciences, teachers and educational designers, this project aims to propose a model for the representation of competency repositories that will make it possible to link the pedagogical activities proposed to learners to competencies, in order to develop a competency profile for each learner. These profiles will be used to personalize learning activities and learning paths, and to help learners to regulate their learning, including motivational levers. The project is based on 3 experimental fields of different levels (school and middle school, high school, university), involving competences of varied granularity in different disciplines, in order to evaluate the genericity of the models and tools proposed. The project's contributions aim to provide answers to three major research questions: - Will having a competency framework improve the visualization tools proposed for regulating learners' learning objectives, the self-training activities they will be able to use to achieve these objectives, the computerized processes for diagnosing their competencies and those for personalizing learning? - Will the exploitation of the learner's traces of activities make it possible to improve the whole learning process by providing increased assistance to the various actors? What forms of support can be built from the traces to promote understanding of learning processes, and improvement of proposed tools and processes (visualization, personalization)? - What will be the benefit for the learners of these different tools and processes, in terms of learning and gaining autonomy?; Le but du projet COMPER est de concevoir des modèles et des outils permettant de mettre en oeuvre une approche par compétences pour accompagner l’apprentissage de manière personnalisée. Rassemblant des chercheurs en informatique, en SHS et des praticiens, ce projet vise à proposer un modèle de représentation de référentiels de compétences qui permettra de lier aux compétences les activités pédagogiques proposées aux apprenants, afin d’élaborer pour chacun d'eux un profil de compétences. Ces profils seront exploités pour personnaliser les activités et les parcours d’apprentissage, ainsi que pour aider l’apprenant à réguler son apprentissage, en incluant des leviers motivationnels. Le projet s’appuie sur 3 terrains d’expérimentations de niveaux différents (école et collège, lycée, université), mettant en jeu des compétences de granularité variée dans des disciplines différentes, afin d’évaluer la généricité des modèles et outils proposés. Les contributions du projet visent à apporter des éléments de réponse à trois grandes questions de recherche : - Le fait de disposer d’un référentiel de compétences apportera-t-il une amélioration aux outils de visualisation proposés pour la régulation des objectifs d’apprentissage des apprenants, aux activités d’auto-formation qu’ils pourront utiliser pour atteindre ces objectifs, aux processus informatiques de diagnostic de leurs compétences et à ceux permettant de personnaliser l’apprentissage ? - L’exploitation des traces d'activités de l’apprenant permettra-t-elle d’améliorer l’ensemble du processus d’apprentissage, en apportant une assistance accrue aux différents acteurs ? Quelles formes de soutien est-il possible de construire à partir des traces pour favoriser la compréhension des processus d’apprentissage, et l’amélioration des outils et processus informatiques (visualisation, personnalisation) proposés ? - Quel sera le bénéfice pour les apprenants de ces différents outils, en termes d’apprentissage et de gain d’autonomie ?

In France, the National Strategy for Ecological Transition towards Sustainable Development (SNTEDD) aims to give everyone the power to act for a new model of society more sober and combining economic progress, ecological and human. The sharing and accessibility of knowledge about environmental health is therefore a crucial step in enabling citizens to better understand and act sustainably on a daily basis; to reduce the risks of exposure to persistent pollutants such as (eco) toxic metals. However, innovative digital teaching tools such as MOOCs make it possible to massively inform the general public because they are accessible: frequent free of charge, attractive content and ergonomic use. In addition, they promote the consideration of the otherness of learners. That is why this communication concerns the creation of the MOOC "TEAM" entitled "Acting together to reduce the presence of toxic metals in our plate-Environmental transfers of metallic contaminants" intended for everyone, from high school, and totally accessible according to the European criteria of the Directive (EU) 2016/2102. Indeed, the French Sign Language (LSF), subtitles and a voiceover are included in the videos, for efficient training respectively of deaf or hard of hearing learners through a very visual learning, or visually impaired people. In addition, the LSF based on the visual and taking into account the 3 dimensions of the space facilitates the understanding of complex and / or abstract processes. In addition, a work was done to take into account the visually impaired and blind people with a work on the contrasts, the sharing of scripts, as well as a restitution of the information essential to the understanding of the oral course. Active pedagogy is implemented because it promotes the engagement, reflection and critical thinking of learners. Scientific concepts are thus approached from concrete examples of cases of pollution described in the media; learners are led to seek information and develop actions related to their daily practices of gardening, DIY, consumption ... The precise objectives of MOOC-TEAM developed by an interdisciplinary teaching team and multi actors (teachers, researchers, educational engineers, Koena company) are: 1-Creation of widely accessible educational resources on persistent metallic contaminants, while promoting interdisciplinary research work: continuum training-research-development and popular science. 2-Openness to society and voluntary inclusion of the deaf and visually impaired in the French education system for a more creative and supportive society, enhancing the value of otherness. 3-Pedagogical experimentation by example and the use of the LSF and visual aids to improve the learning of all on the complex subject of topical environmental health and ecological transition., En France, la Stratégie Nationale de Transition Ecologique vers un Développement Durable (SNTEDD) ambitionne de donner à chacun le pouvoir d'agir pour un nouveau modèle de société plus sobre et qui associe progrès économique, écologique et humain. Le partage et l'accessibilité des savoirs sur la santé environnementale est donc une étape cruciale pour permettre aux citoyens de mieux comprendre et agir durablement au quotidien ; pour réduire les risques d'exposition aux polluants persistants tels les métaux (éco)toxiques. Or, les outils pédagogiques numériques innovants tels que les MOOC permettent d'informer massivement le grand public car ils sont accessibles : gratuité fréquente, contenus attractifs et utilisation ergonomique. De plus, ils favorisent la prise en compte de l'altérité des apprenants. C'est pourquoi, cette communication concerne la création du MOOC « TEAM » intitulé « Agir ensemble pour réduire la présence de métaux toxiques dans notre assiette-Transferts environnementaux des contaminants métalliques » destiné à tous, à partir du lycée, et totalement accessible selon les critères européens de la directive (UE) 2016/2102. En effet, la langue des signes française (LSF), des sous-titres et une voix off sont inclus dans les vidéos, pour une formation efficiente respectivement des apprenants sourds ou malentendants par un apprentissage très visuel, ou encore des personnes malvoyantes. De plus, la LSF basée sur le visuel et la prise en compte des 3 dimensions de l'espace facilite la compréhension des processus complexes et/ou abstraits. Par ailleurs, un travail a été fait pour la prise en compte des personnes malvoyantes et aveugles avec un travail sur les contrastes, le partage des scripts, ainsi qu'une restitution des informations essentielles à la compréhension du cours à l'oral. La pédagogie active est mise en oeuvre car elle favorise l'engagement, la réflexion et l'esprit critique des apprenants. Les concepts scientifiques sont ainsi abordés à partir d'exemples concrets de cas de pollutions décrits dans les médias ; les apprenants sont amenés à rechercher des informations et à développer des actions en lien avec leurs pratiques quotidiennes de jardinage, bricolage, consommation…Les objectifs précis du MOOC-TEAM développé par une équipe pédagogique interdisciplinaire et multi acteurs (enseignants, chercheurs, ingénieurs pédagogiques, entreprise Koena) sont les suivants : 1-Création de ressources pédagogiques largement accessibles sur les contaminants métalliques persistants, tout en valorisant des travaux de recherche interdisciplinaires : continuum formation-recherche-développement et vulgarisation scientifique. 2-Ouverture à la société et inclusion volontaire des sourds et malvoyants dans le système éducatif français pour une société plus créative et solidaire, valorisant d'avantage l'altérité. 3-Expérimentation pédagogique par l'exemple et l'utilisation de la LSF et de supports visuels pour améliorer l'apprentissage de tous sur le sujet complexe d'actualité de la santé environnementale et de la transition écologique.

National audience

International audience; To study the antiparasitic 8-nitroquinolin-2(1H)-one pharmacophore, a series of 31 derivatives was synthesized in 1-5 steps and evaluated in vitro against both Leishmania infantum and Trypanosoma brucei brucei. In parallel, the reduction potential of all molecules was measured by cyclic voltammetry. Structure-activity relationships first indicated that antileishmanial activity depends on an intramolecular hydrogen bond (described by X-ray diffraction) between the lactam function and the nitro group, which is responsible for an important shift of the redox potential (+0.3 V in comparison with 8-nitroquinoline). With the assistance of computational chemistry, a set of derivatives presenting a large range of redox potentials (from -1.1 to -0.45 V) was designed and provided a list of suitable molecules to be synthesized and tested. This approach highlighted that, in this series, only substrates with a redox potential above -0.6 V display activity toward L. infantum. Nevertheless, such relation between redox potentials and in vitro antiparasitic activities was not observed in T. b. brucei. Compound 22 is a new hit compound in the series, displaying both antileishmanial and antitrypanosomal activity along with a low cytotoxicity on the human HepG2 cell line. Compound 22 is selectively bioactivated by the type 1 nitroreductases (NTR1) of L. donovani and T. brucei brucei. Moreover, despite being mutagenic in the Ames test, as most of nitroaromatic derivatives, compound 22 was not genotoxic in the comet assay. Preliminary in vitro pharmacokinetic parameters were finally determined and pointed out a good in vitro microsomal stability (half-life > 40 min) and a 92% binding to human albumin.

Ballstering belongs to the machine learning methods that aim to group in classes a set of objects that form the studied dataset, without any knowledge of true classes within it. This type of methods, of which k-means is one of the most famous representative, are named clustering methods.Recently, a new clustering algorithm "Fast Density Peak Clustering" (FDPC) has aroused great interest from the scientific community for its innovating aspect and its efficiency on non-concentric distributions. However this algorithm showed a such complexity that it can't be applied with ease on large datasets. Moreover, we have identified several weaknesses that impact the quality results and the presence of a general parameter dc difficult to choose while having a significant impact on the results. In view of those limitations, we reworked the principal idea of FDPC in a new light and modified it successively to finally create a distinct algorithm that we called Ballstering.The work carried out during those three years can be summarised by the conception of this clustering algorithm especially designed to be effective on large datasets. As its Precursor, Ballstering works in two phases: An estimation density phase followed by a clustering step. Its conception is mainly based on a procedure that handle the first step with a lower complexity while avoiding at the same time the difficult choice of dc, which becomes automatically defined according to local density. We name ICMDW this procedure which represent a consistent part of our contributions.We also overhauled cores definitions of FDPC and entirely reworked the second phase (relying on the graph structure of ICMDW's intermediate results), to finally produce an algorithm that overcome all the limitations that we have identified.; Ballstering appartient à la famille des méthodes de machine learning qui ont pour but de regrouper en classes les éléments formant la base de données étudiée et ce sans connaissance au préalable des classes qu'elle contient. Ce type de méthodes, dont le représentant le plus connu est k-means, se rassemblent sous le terme de "partitionnement de données" ou "clustering".Récemment un algorithme de partitionnement "Fast Density Peak Clustering" (FDPC) paru dans le journal Science a suscité un intérêt certain au sein de la communauté scientifique pour son aspect innovant et son efficacité sur des données distribuées en groupes non-concentriques. Seulement cet algorithme présente une complexité telle qu'il ne peut être aisément appliqué à des données volumineuses. De plus nous avons pu identifier plusieurs faiblesses pouvant nuire très fortement à la qualité de ses résultats, dont en particulier la présence d'un paramètre général dc difficile à choisir et ayant malheureusement un impact non-négligeable.Compte tenu de ces limites, nous avons repris l'idée principale de FDPC sous un nouvel angle puis apporté successivement des modifications en vue d'améliorer ses points faibles. Modifications sur modifications ont finalement donné naissance à un algorithme bien distinct que nous avons nommé Ballstering.Le fruit de ces 3 années de thèse se résume principalement en la conception de ce dernier, un algorithme de partitionnement dérivé de FDPC spécialement conçu pour être efficient sur de grands volumes de données. Tout comme son précurseur, Ballstering fonctionne en deux phases: une phase d'estimation de densité suivie d'une phase de partitionnement.Son élaboration est principalement fondée sur la construction d'une sous-procédure permettant d'effectuer la première phase de FDPC avec une complexité nettement amoindrie tout évitant le choix de dc qui devient dynamique, déterminé suivant la densité locale. Nous appelons ICMDW cette sous-procédure qui représente une partie conséquente de nos contributions.Nous avons également remanié certaines des définitions au cœur de FDPC et revu entièrement la phase 2 en s'appuyant sur la structure arborescente des résultats fournis par ICDMW pour finalement produire un algorithme outrepassant toutes les limitations que nous avons identifié chez FDPC.

The objective of these works was to put into practice the use of lanthanide-based multimodal nanoparticles (NPs) for biomedical imaging in general and mesenchymal cells (MSCs) tracking in particular. To that purpose, two types of NPs have been used, both presenting a gadolinium oxysulfide (Gd2O2S) matrix allowing magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography. The addition of dopant elements brings fluorescence properties: europium (Gd2O2S :Eu3+) is more appropriate for an in vitro examination whereas the combination ytterbium/thulium (Gd2O2S :Yb3+/Tm3+) is more appropriate for an in vivo examination through the up-conversion process.First, we have demonstrated the possibility of visualizing those NPs over-time in a living organism with complementary methods (MRI and fluorescence). The complete study of their biodistribution and ways of elimination allowed us to highlight a hepatobiliary metabolization associated with a slow feces excretion.The labeling of a wide variety of cell types (lines and primary cells from different species) has also pointed out their potential as a universal cell tracer.Thereafter, we focused our research on mesenchymal cells tracking in a cell therapy context. Short, medium and long term biocompatibility was validated via a series of analyses (MTT, neutral red, wound healing and differentiation) and the reliability of the tracer was confirmed by detailed study of the cell labeling.Finally, after developing a custom-made system dedicated to up-conversion imaging in small animals, we were able to perform over-time tracking of those labeled cells after injection in a solid organ. We achieved multimodal imaging of the MSCs with MRI, computed tomography and up-conversion.Altogether, these results underline the potential of these nanoparticles for long term imaging in preclinical and/or clinical studies.; L’objectif de ces travaux a été de mettre en pratique l’utilisation de nanoparticules multimodales (NPs) à base de lanthanides pour l’imagerie biomédicale en général et le suivi de cellules mésenchymateuses (MSCs) en particulier. Dans cette optique, deux types de NPs ont été utilisées, présentant toutes deux une matrice d’oxysulfure de gadolinium (Gd2O2S) permettant l’imagerie par résonnance magnétique (IRM) et la tomodensitométrie. L’ajout d’éléments dopants apporte des propriétés de fluorescence : l’europium (Gd2O2S :Eu3+), plus adapté à un examen in vitro et le couple ytterbium/thulium (Gd2O2S :Yb3+/Tm3+) à un examen in vivo grâce au phénomène de conversion ascendante de photons (up-conversion).Nous avons, dans un premier temps, démontré la possibilité de visualiser ces NPs au cours du temps au sein d’un organisme vivant par des méthodes complémentaires (IRM et fluorescence). L’étude complète de leur distribution et des voies d’élimination nous a permis de mettre en évidence une métabolisation hépatobiliaire associée à une lente excrétion dans les fèces.Le marquage d’un grand nombre de types cellulaires (lignées et cellules primaires d’espèces différentes) a également mis en avant leur potentiel en tant que traceur cellulaire universel. Nous avons par la suite concentré nos travaux sur le suivi de cellules mésenchymateuses dans un contexte de thérapie cellulaire. La biocompatibilité cellulaire à court, moyen et long terme a été validée par une série d’analyses (MTT, rouge neutre, wound healing, différenciation) et la fiabilité du traceur a été confirmée par l’étude approfondie du marquage cellulaire.Enfin, après mise au point d’un système personnalisé dédié à l’imagerie par up-conversion chez le petit animal, nous avons pu réaliser le suivi de ces cellules marquées, au cours du temps après injection dans un organe solide. Nous avons alors été en mesure de visualiser les MSCs par imagerie multimodale : IRM ; tomodensitométrie et fluorescence par up-conversion.L’ensemble de ces résultats met en avant le potentiel de ces nanoparticules pour l’imagerie à long terme dans des études précliniques et/ou cliniques.

In the space industry, the current industrial design method for screw connections involves the use of simplified numerical models in which the connections are modeled by 6 linear springs. Several improvements of the current approach are suggested in this work. For this, non-linear models of real behavior of screw connections are developed. Priority is given to the shear model because this type of loading is the main cause of slip. The study focuses on an isolated connection. The contacts behavior is modeled by a coupled phenomenological / constitutive approach which allows to take the roughness of the contact surfaces into account. The development of new analytical models allows to build a new design method for screw connections. This new method is confronted to the current one on real application cases, which include a quasi-static case of double shear plates, a thermal case of a bimetallic specimen and a dynamic case of space equipment type. Each case includes a dedicated test bench, a detailed numerical model and an industrial numerical model. In conclusion, perspectives are given in the light of the results obtained in this work.; Dans l'industrie spatiale, la méthode de dimensionnement actuelle des liaisons vissées implique l’utilisation de modèles numériques simplifiés, dans lesquels les liaisons sont modélisées par 6 ressorts linéaires. Plusieurs améliorations de la méthode actuelle sont proposées dans ces travaux. Pour cela, des modèles de comportements réels non-linéaires des liaisons vissées sont développés. La priorité est donnée à la sollicitation de cisaillement car elle est la principale cause de glissement des pièces. L’étude se focalise sur une liaison isolée. Le comportement des contacts est modélisé par une approche couplée phénoménologique / constitutive qui permet de prendre en compte le caractère rugueux des surfaces de contacts. Le développement des modèles analytiques permet de mettre en place une nouvelle méthode de dimensionnement des liaisons vissées. Cette nouvelle méthode est confrontée à la méthode actuelle sur des cas d'application concrets, dont un cas quasi-statique de plaques en double cisaillement, un cas thermique de type bilame et un cas dynamique de type équipement spatial. Chaque cas d’étude comprend un banc d’essais dédié, un modèle numérique détaillé et un modèle numérique industriel. En conclusion, des perspectives sont données au regard des résultats obtenus dans ces travaux.

This thesis deals with the modelling and control of anesthesia from a theoretical and formal angle. The general anesthesia of a patient during an operation consists for the anesthesiologist in checking the hypnotic and analgesic state of the patient (avoid over or under dosage) by adjusting the perfusion of analgesic and/or hypnotics substances based on clinical indicators such as BIS for hypnosis or pupillary surface variation for analgesia. This manuscript consists of three parts. The rst denes the concepts and key words used in the eld of anesthesia, presents an introduction to the modelling and control of anesthesia from the viewpoint of a control systems engineering, recalls the characteristics and constraints of control of the anesthesia systems and establishes a state of the art of works of the literature. The second part concerns the control of hypnosis which is performed in two phases : induction and maintenance. In the rst phase (induction), a minimal time control is calculated to bring the patient from his awakening state to the neighbourhood of a target equilibrium corresponding to an objective of the BIS. Once the patient state is close to the target state, the second phase (maintenance) consists in ensuring that the patient state remains in an invariant set where the BIS is guaranteed between 40 and 60 and possibly follows constant references . In this phase, the synthesis of the control laws (state feedback and dynamic output feedback) takes into account the saturation of the control, the positivity of the system, the variability of the patients, ... In the third part,we begin by proposing a novel indicator for the depth of analgesia and modelling the variation of the pupillary surface. Taking into account the quantication of the measures of this indicator, we propose the synthesis of a dynamic output feedback control. Then, a stability analysis is carried out taking into account the sampling of the measures.; Cette thèse traite de la modélisation et la commande de l'anesthésie sous un angle théorique et formel. L’anesthésie générale d'un patient au cours d'une opération consiste pour le médec! in anesthésiste à contrôler l'état d’endormissement! et d'analgésie du patient (éviter un sur ou un sous dosage) en ajustant la perfusion des substances analgésiques et/ou hypnotiques en fonction d'indicateurs cliniques tels que le BIS pour l'hypnose ou la variation de la surface pupillaire pour l'analgésie.La thèse se compose de trois parties. La première définit les concepts et mots clés utilisés dans le domaine de l'anesthésie, présente une introduction à la modélisation et la commande de l'anesthésie d'un point de vue de l'ingénierie des systèmes, rappelle les caractéristiques et contraintes de la commande des systèmes d'anesthésie et établit un état de l'art des travaux de la littérature. La seconde partie concerne la commande de l'hypnose qui est effectuée en deux phases : induction puis maintenance. Dans la première phase (induction) une commande en temps minimal est calculée pour ramener le patient de son état de réveil vers le voisina! ge d'un point cible correspondant à un objectif du BIS. Une fois l'état du patient proche de l'état cible, la deuxième phase (maintenance) consiste à garantir que l'état du patient reste dans un ensemble où le BIS est garanti entre 40 et 60 et, éventuellement, suit des références constantes. Dans cette phase, la synthèse des lois de commandes (de type retour d'état et retour de sortie dynamique) prend en compte la saturation de la commande, la positivité du système, la variabilité des patients, ...Dans la troisième partie, on commence par la proposition d'un nouvel indicateur pour la profondeur de l'analgésie et d'une modélisation de la variation de la surface pupillaire. Compte tenu de la quantification de la mesure de cet indicateur, on propose la synthèse d'un retour de sortie dynamique. Ensuite, on fait une analyse de stabilité prenant en compte l'échantillonnage de la mesure.

The research presented in this thesis is part of the general research conducted at the LAAS-CNRS by successive teams led by G.Blasquez, G.Sarrabayrouse, A.M.Gué, and which the title perfectly sums up. Thus, after a brief presentation of the approach used to generate, understand and identify the mechanisms of 1 / f noise generation in MOS devices, a work on developing MOS dosimeters has ensured a kind of continuity between research And industrial applications. An important part of this synthesis is devoted to a particular family of so-called 'membrane' sensors, in this case sensors for measuring biofilms and pressure. A kind of technological continuity links the two subjects treated, and the results obtained in terms of modeling and realization make them indispensable tools in any integration approach of microsystems. The third part is devoted to research on microfluidics and its applications in fields as varied as those of biology, telecommunications, water analysis or the vertical integration of Integrated Circuits; Les travaux de recherches présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre général des recherches menées au LAAS-CNRS par les équipes successives animées par G.Blasquez, G.Sarrabayrouse, A.M.Gué, et que le titre résume parfaitement. Ainsi après une courte présentation de l’approche utilisée pour susciter, comprendre et identifier les mécanismes de génération du bruit en 1/f dans les dispositifs MOS, un travail de développement de dosimètres à MOS a permis d’assurer une sorte de continuité entre recherche et applications industrielles. Une partie importante de cette synthèse est consacrée à une famille particulière de capteurs, dits ‘à membrane’, en l’occurrence capteurs de mesure de biofilms et de pression. Une sorte de continuité technologique relie les deux sujets traités, et les résultats obtenus en termes de modélisation et de réalisation en font des outils indispensables dans toute approche d’intégration des microsystèmes. La troisième partie est consacrée à des travaux de recherche autour de la microfluidique et de ses applications dans des domaines aussi variés que ceux de la biologie, des télécommunications, de l’analyse de l’eau ou encore de l’intégration verticale de Circuits Intégrés.

In recent years, efforts of research and development for gas sensors converged to use nanomaterials to optimize performance. This new generation promises many advantages especially in miniaturization and reduction of energy consumption. Furthermore, the gas detection parameters (sensitivity, detection limit, response time ...) are improved due to the high surface/volume ratio of the sensitive part. Thus, this sensors can be integrated in ultrasensitive detection systems, autonomous, compact and transportable. In this thesis, we propose to use 3D semiconductor nanowires networks to create highly sensitive and selective gas sensors. The objective of this work is to provide a highly sensitive sensor, featuring a low detection limit (in the ppb range) and embeddable in CMOS devices. In addition process is generic and adaptable to many types of materials to discriminate several gas and converge to electronic nose. The first part of the dissertation is based on development of a large scale, reproducible, compatible with Si processing industry and conventional tools (CMOS), to obtain a sensor based on a 3D nanowire architecture. The device is composed by two symmetrical aluminum contacts at each extremity of the nanowires, including a top contact done by air bridge approach. The second part of this work presents the gas performances of components and working mechanisms associated. A very high response (30%) is obtained at 50 ppb of NO2, compare to the state of the art, 25% reached for 200 ppb. This approach can measure selectively very low concentrations of gas (

Resource constraint scheduling problems have been extensively studied in the literature. However, in most cases it is assumed that the activities have a fixed duration and require a constant amount of the resource throughout their execution. In this thesis, we propose to deal with a scheduling problem in which the tasks have a duration and a variable consumption consumption profile. This profile, which can vary as a function of time, is a decision variable of the problem on which the duration of the associated task depends. On the other hand, the consideration of linear and non-linear output functions for representing the use of resources complicates the problem and makes it possible to realistically model transfers of energy resources. For this NP-complete problem, we present several properties allowing to derive models and methods of resolution. These methods of resolution are divided into two parts. The first part shows the problem from the perspective of Constraint Programming and several methods derived from this paradigm are detailed including the development of energy thinking about the problem studied. The second part of the thesis is dedicated to approaches to Linear Programming and Mixed several models, including a continuous-time model based on the events, as well as theoretical analyzes and models of these enhancement techniques are presented. Finally, experiments come support the results presented in this manuscript.; Les problèmes d’ordonnancement à contraintes de ressource ont été largement étudiés dans la littérature. Cependant, dans la plupart des cas, il est supposé que les activités ont une durée fixe et nécessitent une quantité constante de la ressource durant toute leur exécution. Dans cette thèse, nous nous proposons de traiter un problème d’ordonnancement dans lequel les tâches ont une durée et un profil de consommation de ressource variables. Ce profil, qui peut varier en fonction du temps, est une variable de décision du problème dont dépend la durée de la tâche associée. Par ailleurs, la considération de fonctions de rendement linéaires et non linéaires pour la représentation de l’utilisation des ressources complexifie le problème et permet de modéliser de manière réaliste les transferts de ressources énergétiques. Pour ce problème NP-complet, nous présentons plusieurs propriétés permettant de dériver des modèles et méthodes de résolution. Ces méthodes de résolution sont divisées en deux parties. La première partie visualise ce problème du point de vue de la Programmation Par Contraintes et plusieurs méthodes dérivées de ce paradigme sont détaillées dont le développement du raisonnement énergétique sur le problème étudié. La seconde partie de la thèse est dédiée à des approches de Programmation Linéaire Mixte et plusieurs modèles, notamment un modèle à temps continu basé sur les événements, ainsi que des analyses théoriques et des techniques d’amélioration de ces modèles sont présentés. Enfin, des expérimentations viennent appuyer les résultats présentés dans ce manuscrit.

For several years the research team S4M focuses on a technological approach to SHM with the aim for monitoring of complex systems by intelligent sensors distributed: Smart Sensing. The S4M team led instrumentation complex structures work through the deployment of distributed monitoring systems and search for markers of aging by measuring and operating signals through deployed MEMS sensors. Different areas have already been addressed with the work conducted jointly with aircraft manufacturers. This research, conducted in partnership with the LMDC-INSA laboratory focuses on the concrete like material reinforced composite plates as heterogeneous structure requiring periodic or continuous monitoring. One of the challenges is to control preventive maintenance or oversizing trusted coefficients by providing a non-destructive testing method. Our research goal is to help in the search for a signature in the signals measured by piezo sensors in response to pulses generating propagation of mechanical waves reflecting an aging or damage to the beam structure of reinforced concrete.; Depuis plusieurs années l'équipe de recherche S4M se concentre sur une approche technologique de la SHM avec pour objectif la surveillance de systèmes complexes par des capteurs intelligents distribués: le smart sensing. L’équipe S4M conduit des travaux d’instrumentation de structures complexes au travers du déploiement de systèmes de surveillance distribués et de recherche de marqueurs de vieillissement par la mesure et l’exploitation de signaux via des capteurs MEMS déployés. Différents domaines ont déjà été adressés avec des travaux conduits conjointement avec des constructeurs aéronautiques. Ce travail de recherche, effectué en partenariat avec le laboratoire LMDC de l’INSA se focalise sur le matériau de type béton renforcé par des plaques composites, comme structure hétérogène nécessitant une surveillance périodique et/ou continue. Un des enjeux est de contrôler la maintenance préventive ou le surdimensionnement par des coefficients de confiance en proposant une méthode de contrôle non destructif. Notre objectif de recherche est de contribuer dans la recherche d’une ou de signature(s) dans des signaux mesurés par des capteurs piezo en réponse à des impulsions générant la propagation d‘ondes mécaniques témoignant un vieillissement ou un endommagement de la structure poutre en béton armé. Dans un premier temps, nous avons mené cette recherche avec la fabrication d’un banc d’essai « indoor » pour la génération de signaux et l’exploitation de mesures relevées par différents types de capteurs MEMS en réponse aux propriétés de propagation d’ondes mécaniques. La propriété de bande passante assez étendue, nous a conduits à exploiter des capteurs piezo reportées directement sur la structure à surveiller ou bien au travers de plaques métalliques jouant le rôle de filtre. L'objectif des travaux est de rechercher dans l’exploitation temporelle, fréquentielle et SNR de signaux une méthode capable d’identifier une modification de réponse corrélée à la modification de la structure en réponse à un endommagement. Au terme de ce travail de recherche, les résultats obtenus par les algorithmes ou méthodes proposées pour le suivi de marqueurs et signatures temporelles et fréquentielles, montrent la validité de nos approches d’architectures électroniques dans la transductions des propriétés intrinsèques de la structure après de l’introductions de différents phases d’endommagement, ces approches mises en œuvre permettent d'engager dès à présent la phase de transfert des méthodes vers le développement d’architectures de contrôle de santé embarquées dédiées au génie civil.

For several years the research team S4M focuses on a technological approach to SHM with the aim for monitoring of complex systems by intelligent sensors distributed: Smart Sensing. The S4M team led instrumentation complex structures work through the deployment of distributed monitoring systems and search for markers of aging by measuring and operating signals through deployed MEMS sensors. Different areas have already been addressed with the work conducted jointly with aircraft manufacturers. This research, conducted in partnership with the LMDC-INSA laboratory focuses on the concrete like material reinforced composite plates as heterogeneous structure requiring periodic or continuous monitoring. One of the challenges is to control preventive maintenance or oversizing trusted coefficients by providing a non-destructive testing method. Our research goal is to help in the search for a signature in the signals measured by piezo sensors in response to pulses generating propagation of mechanical waves reflecting an aging or damage to the beam structure of reinforced concrete., Depuis plusieurs années l'équipe de recherche S4M se concentre sur une approche technologique de la SHM avec pour objectif la surveillance de systèmes complexes par des capteurs intelligents distribués: le Smart Sensing. L'équipe S4M conduit des travaux d'instrumentation de structures complexes au travers du déploiement de systèmes de surveillance distribués et de recherche de marqueurs de vieillissement par la mesure et l'exploitation de signaux via des capteurs MEMS déployés. Différents domaines ont déjà été adressés avec des travaux conduits conjointement avec des constructeurs aéronautiques. Ce travail de recherche, effectué en partenariat avec le laboratoire LMDC de l'INSA se focalise sur le matériau de type béton renforcé par des plaques composites, comme structure hétérogène nécessitant une surveillance périodique et/ou continue. Un des enjeux est de contrôler la maintenance préventive ou le surdimensionnement par des coefficients de confiance en proposant une méthode de contrôle non destructif. Notre objectif de recherche est de contribuer dans la recherche d'une ou de signature(s) dans des signaux mesurés par des capteurs piezo en réponse à des impulsions générant la propagation d'ondes mécaniques témoignant un vieillissement ou un endommagement de la structure poutre en béton armé.

International audience

International audience

The purpose of this doctoral thesis is to study models and solution techniques based on optimal control approaches to address air traffic management problems. Motivated by the growth of air traffic volume, and by the advances in optimal control theory, this research works focus on analysing aircraft conflict avoidance problem. This study allows development of new approaches and algorithms to help air traffic controllers. In the framework of air traffic management, to ensure the minimum safety distances between aircraft, in tactical phases and en-route flight configurations, this thesis focusses on a subliminal velocity regulation strategy to perform the separation, while preserving the aircraft predefined trajectories. A numerical optimal control solution approach as the direct shooting method, wherein involves a total or partial discretization of the problem, transforms the initial problem into a large scale nonlinear programming problem. This kind of methods could generate large-size optimization problems which are numerically difficult to solve. Depending on the number of variables which involved, this approaches could be too expensive in terms of computation time. Moreover, the state-variables constraints of the problem lead to numerical difficulties, e.g., considering the indirect numerical shooting method. Tailored on aircraft conflict avoidance problems, a detection and a determination of a priori conflict zones allow the decomposition of the optimal control problem into sub-problems, easier to solve than the original one. Solving the off -zone sub-problems can be addressed using the Pontryagin maximum principle, which allows in this case directly the solution. A combination of direct numerical shooting method and application of conditions of Pontryagin’s maximum principle is proposed, and numerical experiments validate this approach., À travers une approche de contrôle optimal, cette thèse de doctorat propose une étude des modèles et des techniques de résolution dans un domaine d'application propre à la gestion du trafic aérien. Motivés par la croissance des flux aériens d'une part, et les développements en théorie du contrôle optimal d'autre part, ces travaux portent sur l'analyse du problème d'évitement de conflits aériens. Cette étude permet le développement de nouvelles approches et algorithmes en vue d'aider les contrôleurs aériens dans leur tâche. Ainsi, dans le cadre du trafic aérien, afin de préserver des distances minimales de sécurité entre avions, lors de phases tactiques et de configurations des vols en-route, notre recherche se focalise sur une stratégie de régulation subliminale en vitesse (variations très réduites), pour assurer la séparation entre avions, tout en conservant leur trajectoire prédéfinie. D'une part, une méthode de résolution numérique en contrôle optimal telle que la méthode directe de tir, impliquant une discrétisation totale ou partielle du problème, transforme le problème initial en un problème en programmation non linéaire de grande taille. Ce type de méthodes peut générer des problèmes d'optimisation de grande taille numériquement di_ciles à résoudre. Suivant le nombre de variables du problème, elles peuvent s'avérer trop coûteuse en termes de temps de calculs. D'autre part, les contraintes sur les variables d'états du problème posent des di_cultés de résolution, par exemple, pour l'usage d'une méthode numérique indirecte de tir. Développant les informations caractéristiques des conflits aériens, une détection et une détermination a priori des zones de conflits permettent alors la décomposition du problème présenté de contrôle optimal en sous-problèmes plus aisés à résoudre. La résolution des sous-problèmes hors-zones peut être abordée en utilisant les conditions du principe du maximum de Pontryagin, ce qui en permet une résolution e_cace. Une combinaison de méthodes numériques directes de tir et d'application des conditions du principe du maximum de Pontryagin est proposée, et des implémentations numériques valident ce type d'approche.

The purpose of this doctoral thesis is to study models and solution techniques based on optimal control approaches to address air traffic management problems. Motivated by the growth of air traffic volume, and by the advances in optimal control theory, this research works focus on analysing aircraft conflict avoidance problem. This study allows development of new approaches and algorithms to help air traffic controllers. In the framework of air traffic management, to ensure the minimum safety distances between aircraft, in tactical phases and en-route flight configurations, this thesis focusses on a subliminal velocity regulation strategy to perform the separation, while preserving the aircraft predefined trajectories. A numerical optimal control solution approach as the direct shooting method, wherein involves a total or partial discretization of the problem, transforms the initial problem into a large scale nonlinear programming problem. This kind of methods could generate large-size optimization problems which are numerically difficult to solve. Depending on the number of variables which involved, this approaches could be too expensive in terms of computation time. Moreover, the state-variables constraints of the problem lead to numerical difficulties, e.g., considering the indirect numerical shooting method. Tailored on aircraft conflict avoidance problems, a detection and a determination of a priori conflict zones allow the decomposition of the optimal control problem into sub-problems, easier to solve than the original one. Solving the off -zone sub-problems can be addressed using the Pontryagin maximum principle, which allows in this case directly the solution. A combination of direct numerical shooting method and application of conditions of Pontryagin’s maximum principle is proposed, and numerical experiments validate this approach.; À travers une approche de contrôle optimal, cette thèse de doctorat propose une étude des modèles et des techniques de résolution dans un domaine d'application propre à la gestion du trafic aérien. Motivés par la croissance des flux aériens d'une part, et les développements en théorie du contrôle optimal d'autre part, ces travaux portent sur l'analyse du problème d'évitement de conflits aériens. Cette étude permet le développement de nouvelles approches et algorithmes en vue d'aider les contrôleurs aériens dans leur tâche. Ainsi, dans le cadre du trafic aérien, afin de préserver des distances minimales de sécurité entre avions, lors de phases tactiques et de configurations des vols en-route, notre recherche se focalise sur une stratégie de régulation subliminale en vitesse (variations très réduites), pour assurer la séparation entre avions, tout en conservant leur trajectoire prédéfinie. D'une part, une méthode de résolution numérique en contrôle optimal telle que la méthode directe de tir, impliquant une discrétisation totale ou partielle du problème, transforme le problème initial en un problème en programmation non linéaire de grande taille. Ce type de méthodes peut générer des problèmes d'optimisation de grande taille numériquement di_ciles à résoudre. Suivant le nombre de variables du problème, elles peuvent s'avérer trop coûteuse en termes de temps de calculs. D'autre part, les contraintes sur les variables d'états du problème posent des di_cultés de résolution, par exemple, pour l'usage d'une méthode numérique indirecte de tir. Développant les informations caractéristiques des conflits aériens, une détection et une détermination a priori des zones de conflits permettent alors la décomposition du problème présenté de contrôle optimal en sous-problèmes plus aisés à résoudre. La résolution des sous-problèmes hors-zones peut être abordée en utilisant les conditions du principe du maximum de Pontryagin, ce qui en permet une résolution e_cace. Une combinaison de méthodes numériques directes de tir et d'application des conditions du principe du maximum de Pontryagin est proposée, et des implémentations numériques valident ce type d'approche.

The monitoring of water quality has been of great importance in recent decades in order to find solutions to control water contamination, largely driven by agricultural and industrial activities. Although conventional methods such as chromatography, are very accurate and sensitive tools, increasing interest has been placed on promising techniques that can be used on site, are low cost, and offer the ability to perform rapid analysis. The present work is devoted to the development of lab on a chip component to the analysis of the toxicity of water. It consists of a portable system for detecting on-site and offers the possibility of a double complementary detection: optical and electrochemical. As the part dedicated to the electrochemical sensor has been previously validated, this study focused on the implementation of an electrochemical biosensor based on the use of an alga, for the detection of pollutants in water. The detection basic principle consists in monitoring changes in the metabolic activity of algae induced by the presence of herbicides. The seaweed response is different for each concentration of herbicide in an examined sample. Two herbicides selected affect the photosynthetic activity of the algae and consequently, induce changes in the amount of electro-active species produced by the alga: O2, H2O2 and H3O + / OH-. Before the development of the final component type Lab on Chip, detection principles as well as the electrode materials that will be integrated, have been validated using a simpler type of component, which was achieved through the silicon manufacturing technologies and which was characterized by simpler procedures.A silicon chip containing an electrochemical micro incorporating three electrodes was established. Once validated detecting materials and previously selected settings were used in the manufacture of components on Lab Chip. The Lab-on-Chip components were then used for the biological tests to detect the herbicides of interest. Special attention has been placed on monitoring like O2 indicator of the presence of herbicide, because this element is the most representative of changes of metabolic activity. An inhibiting effect on photosynthesis, concentration dependent of the herbicide been demonstrated. Detection of herbicidal was performed with great sensitivity and a range of covering the boundary concentration Maximum acceptable taxed by the Canadian Government.; Le suivi de la qualité de l’eau a été d’une grande importance depuis ces dernières décennies afin de trouver des solutions de contrôler la contamination de l’eau, induite en grande partie par les activités agricoles et industrielles. Bien que les méthodes conventionnelles, comme la chromatographie, sont des outils très précis et sensibles, un intérêt grandissant a été placé sur des techniques prometteuses qui peuvent être utilisées sur site, sont bas coût, et offrent la possibilité d’effectuer des analyses rapides. Le travail présenté ici est dédié au développement de composant Laboratoire sur Puce pour l’analyse de la toxicité de l’eau. Il consiste en un système portable pour la détection sur site et offre la possibilité d’une double détection complémentaire : optique et électrochimique. Comme la partie dédiée au capteur électrochimique a préalablement été validée, cette étude est focalisée sur l’implémentation d’un biocapteur électrochimique basé sur l’utilisation d’une algue, pour la détection de polluants dans l’eau. Le principe basique de détection consiste au suivi de changements de l’activité métabolique d’algues induits par la présence d’herbicides. La réponse de l’algue est différente pour chaque concentration d’herbicide dans un échantillon examiné. Deux herbicides sélectionnés affectent l’activité photosynthétique de l’algue et par conséquent, induisent des modifications dans la quantité des espèces électroactives produites par l’algue : O2, H2O2 et H3O+/OH-. Avant le développement du composant final type Laboratoire sur Puce, les principes de détection aussi bien que les matériaux d’électrode qui vont être intégrés, ont été validés en utilisant un type de composant plus simple, qui a été réalisé grâce aux technologies de fabrication silicium et qui a été caractérisé par des procédures plus simples. Une puce sur silicium contenant un microsystème électrochimique intégrant trois électrodes a été mis en place. Une fois validés, les matériaux de détection et les configurations choisis précédemment ont été utilisés pour la fabrication des composants Laboratoire sur Puce. Les composants Laboratoire sur Puce ont été ensuite utilisés pour des tests biologiques afin de détecter les herbicides d’intérêt. Une attention spéciale a été placée sur le suivi de O2 comme indicateur de la présence d’herbicide, étant donné que cet élément est le plus représentatif de modifications de l’activité métabolique. Un effet d’inhibition sur la photosynthèse, dépendant de la concentration de l’herbicide a été démontré. La détection de l’herbicide a été réalisée avec une grande sensibilité et sur une gamme couvrant la limite de concentration maximale acceptable imposé par le gouvernement canadien.