UPThèses

Pour différentes raisons, la 5G domine actuellement l'actualité technologique. Les capacités de la 5G en termes de largeur de bande et de temps réel constitues un énorme potentiel sociétal en permettant pléthore d'applications nouvelles et inattendues. En effet, la bande de fréquence des ondes millimétriques se caractérise par une largeur de bande disponible qui peut prendre en charge des systèmes sans fil à haut débit pour les futurs systèmes de radiocommunication, y compris les systèmes cellulaires de cinquième génération et au-delà. Les fréquences d'exploitation des ondes millimétriques nécessitent généralement une plus grande ouverture d'antenne pour améliorer le bilan de liaison. Ces antennes se présentent généralement sous la forme de réseaux phasés, permettant la formation de faisceaux. Dans ce contexte, ce travail présente la conception et la mise en œuvre d'un déphaseur actif à 19,5 GHz pour la formation de faisceaux. Le circuit proposé est basé sur une architecture originale utilisant un oscillateur commandé en tension verrouillé par injection (ILVCO en Anglais) associé à un filtre polyphase suivi d'un circuit de sélection de phase et de son signe. La phase souhaitée dans la plage de ± 45° est synthétisée avec le circuit proposé en modifiant la tension de commande Vcntr de l’ILVCO pour un réglage fin et en modifiant les deux signaux de commandes du sélecteur de phase et de signe (S0, S2) pour un réglage grossier, ce qui engendre une variation de phase linéaire de 360°. D'après les résultats de la simulation post-layout, la plage de réglage de la fréquence d’oscillation libre du VCO varie de 17,89 GHz à 20,16 GHz. En outre, avec une puissance injectée de -8,5 dBm et une fréquence de 19,5 GHz, le déphaseur proposé consomme 20,47 mA sous une tension d'alimentation de 1,3 V. De plus, la puissance de sortie moyenne sur 50 Ω est de -15,58 dBm. Le circuit complet a une taille de 1,58 mm2, y compris les pads, et il est intégré sur un process BiCMOS SiGe:C 0,13 μm. Enfin, les résultats obtenus montrent que le déphaseur actif proposé s’avère un candidat potentiel pour les systèmes à réseau phasé utilisés pour la formation de faisceaux dans les applications 5G.

Les intermédiaires fluorés ont de nombreuses applications notamment dans la synthèse de molécules plus élaborées pour l'industrie agrochimique et pharmaceutique d'une part, et la fabrication de batteries Li-ion d'autre part. La voie catalysée à partir des analogues chlorés qui est la plus éco-efficiente, requiert l'utilisation d'HF comme agent de fluoration et un catalyseur aux propriétés appropriées. Celles-ci sont dépendantes de la molécule chlorée. Par exemple, MgF₂ massique est le catalyseur le plus actif pour la transformation de la 2-chloropyridine. Cependant, quelle que soit la méthode de synthèse, la surface spécifique reste faible sous flux d'HF. Il a été montré que le solvant, l'utilisation des microondes ou d'un agent structurant lors de la synthèse ne permettait pas ou peu d'améliorer les performances catalytiques du catalyseur MgF₂. En revanche, les meilleurs résultats sont obtenus en imprégnant le magnésium sur du nanodiamant comme support (activité multipliée par environ 3). Les conditions opératoires de fluoration du 1,1,2-trichloroéthane (T112) en 2-chloro-1,1-difluoroéthane (F142), (molécule d'intérêt pour le domaine des batteries Li-ion) ont été établies : c'est-à-dire une température de 220°C et un excès d'HF correspondant à un rapport molaire HF/T112 de 6. La comparaison des performances de divers systèmes catalytiques à base de chrome supporté sur nanodiamant, a montré que la meilleure sélectivité en F142 est observée en présence du nanodiamant seul. Enfin, la faisabilité de la fluoration du bis(chlorosulfonyl)imide (HCSI) en bis(fluorosulfonyl)imide (HFSI) (autre molécule d'intérêt pour les batteries Li-ions), en phase gazeuse, a été démontrée . Dans ce cas précis, la présence d'un catalyseur n'est pas requise puisqu'une sélectivité de 100% en composé fluoré est observé à 160°C après une heure de réaction et en présence d'un excès d'HF.

Dans le milieu médical, les spécialistes en neuroscience utilisent une représentation 3D du cortex cérébral pour évaluer l’étendue d’une lésion, ou pour détecter des maladies neurodégénératives telles qu’Alzheimer ou la sclérose en plaques. Dans ce contexte, la 3D offre une visualisation globale de l’anatomie voire permet le recours à la simulation. Néanmoins, les représentations 3D utilisées sont majoritairement sous la forme de grille de voxels en raison des systèmes d’acquisition (scanners, IRM, etc.). La résolution de la grille n’est pas forcément adaptée car elle induit une visualisation en « marches d’escalier » et approxime tout calcul géométrique, comme la mesure du volume d’une tumeur, à la taille des voxels. Pour obtenir une représentation plus fine, il est possible d’utiliser des maillages 3D mais les méthodes standards actuelles n’arrivent pas à représenter correctement les lésions et ne vérifient pas la cohérence des voisinages entre les différents tissus anatomiques afin de valider la reconstruction (substance blanche, substance grise, liquide céphalo-rachidien…). Par ailleurs, les modèles ne prévoient pas l’incorporation d’informations non géométriques pourtant utiles aux spécialistes. Dans les travaux décrits dans cette thèse, nous proposons un modèle dédié à l’étude du cerveau (en particulier les tumeurs cérébrales). Ce modèle est suffisamment riche pour permettre de regrouper les données anatomiques et toutes les informations issues du contexte d’application, par exemple en spectroscopie par résonance magnétique (SRM), les concentrations des métabolites. Dans un premier temps, nous présentons une nouvelle méthode de reconstruction qui produit un maillage volumique représentant les tissus cérébraux, enrichi par des informations de sémantique (appartenance à un tissu) et topologiques. Ces dernières sont décrites dans notre modèle par les cartes généralisées. Notre méthode utilise un ensemble de contraintes de cohérence définies en 3D, et exploite les connaissances et informations médicales pour guider la reconstruction. Dans un deuxième temps, nous utilisons ce modèle pour une application de visualisation et de représentation de données acquises par SRM. Cela permet notamment d’interpréter les données spectroscopiques à la lueur des types de tissus couverts et de leur métabolisme normal. Enfin, nous étudions les possibilités d’exploitation de notre principe de reconstruction dans de nouveaux cadres applicatifs (par exemple, données d’acquisition de tomographie pour l’horlogerie).

Dans un contexte énergétique incertain, l’idée de récupérer un flux de chaleur perdu en courant électrique apparait séduisante : c’est le principe de la thermoélectricité. Ce travail de thèse a pour objectif de montrer que les défauts qui influencent les propriétés physiques peuvent être utilisés pour les moduler et ainsi améliorer les performances des matériaux thermoélectriques, dont leur facteur de mérite (ZTm = S²/ρκ ). Les défauts ont été introduits via un processus hors équilibre, couramment utilisé dans l’industrie du semi-conducteur, appelé implantation ionique. Des films minces de ScN ont ainsi été implantés à différents taux d’endommagement et l’effet des ions a été examiné à travers différentes techniques de caractérisation permettant d’analyser en détail l’évolution des propriétés structurales et thermoélectriques. Les résultats montrent que quel que soit l’ion considéré, la génération de défauts induit systématiquement une diminution importante de la conductivité thermique (κ). Cependant, dans le ScN l’implantation provoque également un changement du mode de conduction électrique, de type métallique à semi-conducteur. Ce changement est imputé à des défauts de type ponctuel qui induisent des états localisés proches du niveau de Fermi, entrainant alors un mode de conduction par sauts (VRH). Ces défauts guérissent dès 400 K, laissant place à un autre type de défauts dits complexes qui sont notamment responsables de l’augmentation de la résistivité (ρ) mais également de l’amélioration du coefficient Seebeck (S). Ainsi, après implantation le ZTm du ScN peut être amélioré jusqu’à 150%. Des recuits thermiques post-implantation montrent une évolution des défauts et une guérison de l’endommagement simultanément, permettant ainsi de restaurer la résistivité tout en préservant un effet sur la conductivité thermique. L’implantation ionique apparait donc comme une technique adaptée pour moduler les propriétés des matériaux thermoélectriques.

Cette thèse est divisée en deux parties indépendantes. La première partie se situe dans le contexte de l’analyse théorique et numérique de quelques généralisations de Cahn-Hilliard et Allen-Cahn équations. Tout d’abord, nous considérons une équation de Cahn-Hilliard avec un terme de prolifération et dotée de conditions aux limites de Neumann. Un tel modèle a, en particulier, des applications en biologie. Nous commençons par prendre un terme non linéaire régulier. Nous prouvons l’existence et le caractère unique de la solution locale (dans le temps) au problème. Ensuite, nous considérons un terme logarithmique non linéaire. Nous prouvons l’existence d’une solution locale (dans le temps) biologiquement pertinente au problème. De plus, nous donnons une condition qui assure l’existence d’une solution globale (dans le temps). On donne des simulations numériques qui confirment les résultats théoriques obtenus. Ensuite, nous étudions une équation d’Allen-Cahn basée sur un équilibre de microforce et un paramètre d’ordre sans contrainte, nous ajoutons un terme source à l’équation. Nous considérons d’abord le terme source, g(s) = βs, et obtenir l’existence, l’unicité et la régularité des solutions. Nous prouvons que, sur des intervalles de temps finis, les solutions convergent vers celles de l’équation de Cahn-Hilliard-Oono lorsqu’un petit paramètre va à zéro puis à celles de l’équation originale de Cahn-Hilliard lorsque β → 0 +. Ensuite, nous considérons un autre terme source et obtenons des résultats similaires. Dans ce cas, nous prouvons que les solutions convergent vers celles d’une équation de Cahn-Hilliard sur des intervalles de temps finis lorsqu’un petit paramètre va à zéro. Nous donnons enfin quelques simulations numériques qui confirment les résultats théoriques. Dans la deuxième partie de cette thèse, trois modèles mathématiques stochastiques sont développés pour la propagation de la maladie à coronavirus (COVID-19). Ces modèles prennent en compte les caractéristiques particulières connues de cette maladie tels que l’existence de cas infectieux non détectés et les différentes conditions sociales et infectieuses des personnes infectées. En particulier, ils comprennent une nouvelle approche qui considère la structure sociale, la fraction des cas détectés par rapport au nombre total réel de cas infectés, l’afflux de personnes infectées non détectées en provenance de l’extérieur des frontières, ainsi que la recherche des contacts et la période de quarantaine pour les voyageurs. Deux de ces modèles sont des modèles discrets d’espace temps-états discrets (l’un est simplifié et l’autre est complet) tandis que le troisième est un modèle intégro-différentiel stochastique temps-espace d’états continu obtenu par un passage formel à la limite du modèle discret simplifié proposé. D’un point de vue numérique, le cas particulier du Liban a été étudié et les données communiquées ont été utilisées pour estimer les paramètres complets du modèle discret, qui peuvent être intéressants pour estimer la propagation de la COVID-19 dans d’autres pays. Les résultats de simulation obtenus ont montré un bon accord avec les données rapportées. De plus, une analyse des paramètres est présentée afin de mieux comprendre le rôle de certains paramètres. Cela peut aider les décideurs politiques à décider de différentes mesures de distanciation sociale.

Les formations fossiles cénozoïques de l'Asie du Sud-Est témoignent d'une période très dynamique de l'évolution des mammifères. De nombreux clades de mammifères modernes sont originaires de cette région biogéographique ou y ont connu d'importantes radiations. Le principal objectif de ma thèse est de caractériser les contextes écologiques et environnementaux dans lesquels les radiations des primates anthropoïdes et hominoïdes ont eu lieu, en particulier en ce qui concerne la saisonnalité, la végétation, l’alimentation et le partage des niches. Pour ce faire, je me suis concentrée sur deux assemblages de mammifères fossiles du bassin central du Myanmar représentant deux périodes clés dans l'histoire de l'évolution des primates, l’Éocène moyen et le Miocène tardif. L'Éocène moyen est un exemple d’un monde de réchauffement global. La formation (Fm.) de Pondaung permette d'explorer la dynamique de l'écosystème dans l'assemblage faunique d'un habitat qui a soutenu un grand nombre de primates anthropoïdes primitifs différents. Les études précédentes se sont concentrées sur le climat et la végétation de l'environnement de Pondaung. J’ai non seulement travaillé sur les aspects climatique et environnementaux, mais également sur la structure des micro-habitats dans les différentes localités de la Fm. Pondaung et sur leur utilisation par les différents groupes taxonomiques. Sur la base de ce travail, j'ai pu déduire une flexibilité écologique pour certaines espèces de primates anthropoïdes, sur la base de leur présence dans différents micro-habitats. Le deuxième point central de mon travail sur la faune de Pondaung a concerné une reconstitution détaillée de la paléoécologie des anthracothères, et de la dynamique de compétition entre les cinq espèces présentes. Le deuxième assemblage de mammifères étudié apporte de nouveaux éléments pour mieux comprendre l’écologie évolutive des Ponginae en Asie du Sud-Est. Aujourd'hui, il n'existe qu'un seul genre (Pongo), dont la distribution géographique est fortement restreinte aux îles de Bornéo et de Sumatra. Du Miocène au Pléistocène, la diversité des espèces et leur aire de répartition géographique étaient beaucoup plus étendues. La Fm. d’Irrawaddy du Miocène tardif est un exemple de l'habitat du groupe frère des orangs-outans actuels, Khoratpithecus. J'ai caractérisé l'habitat de ce ponginé fossile en reconstituant sa saisonnalité, la structure de sa végétation et la dynamique de partage des niches. J'ai ensuite concentré mon travail sur la question d’une continuité écologique dans le clade des ponginés depuis le Miocène, en comparant les différents taxons d'Asie du Sud et du Sud-Est. Dans le cadre de cette thèse, j'ai utilisé deux approches analytiques différentes. Je présente ici l'analyse des isotopes stables (carbone et oxygène) et la modélisation des niches subséquentes des assemblages fossiles de l'Éocène et du Miocène du Myanmar. En outre, j’ai étudié les textures de micro-usure dentaire des ponginés pour obtenir un aperçu plus détaillé de leur écologie évolutive, en comparant les stratégies de subsistance des ponginés du Miocène à celles des orangs-outans du Pléistocène et des orangs-outans actuels. Grâce aux différentes approches de mon projet de thèse, j'ai pu montrer qu'il était possible de repousser les limites de la modélisation des niches par isotopes stables en utilisant un des isotopes différents qui représentent des caractéristiques écologiques et l’application des nouvelles approches d’écologie au contexte paléontologique. Un exemple est l'évaluation de la dynamique du potentiel de compétition dans l'assemblage d'anthracothères de la faune de Pondaung. Le travail sur les orangs-outans de la collection Selenka a été une autre façon pour moi de combler le fossé entre la paléontologie et les écologistes et biologistes travaillant sur les faunes de primates existantes en fournissant un ensemble de données qui ouvre de nouvelles directions de recherche dans les deux domaines.

La levure Candida albicans est responsable de nombreuses candidémies à travers le monde, avec une mortalité associée importante. Sa pathogénicité est en partie liée à sa capacité à former des biofilms, qui sont des communautés complexes et structurées de cellules sessiles enchassées au sein d'une matrice polymérique. Ce mode de vie complexifie l’approche thérapeutique, rendant les traitements inefficaces par défaut de pénétration dans le biofilm. Par conséquent, il est urgent de trouver de nouvelles molécules capables de traiter les candidoses liées aux biofilms. La capacité des plantes envahissantes à s'adapter à un nouvel environnement, à entrer en compétition avec la flore locale et à résister à de nouveaux prédateurs suggère la production de métabolites actifs, différents de ceux produits par les plantes natives. Par conséquent, les plantes invasives constituent une source à fort potentiel de composés actifs contre les biofilms. Pour cette étude, dix plantes invasives récoltées en France et en Indonésie ont été extraites à l'aide de solvants. Chaque extrait a été évalué pour ses activités antifongique et antibiofilm par la méthode en microdilutions et par mesure de l'activité métabolique. Les extraits EtOH et EtOH-H₂O des feuilles de Baccharis halimifolia et l'extrait EtOH des parties aériennes de Mimosa pudica ont inhibé à plus de 50% à 125 μg mL⁻¹ (p<0,05) le biofilm mature de C. albicans. Ces résultats ont conduit à approfondir les investigations par l'extraction de l'huile essentielle (HE) de B. halimifolia et le fractionnement de l'extrait EtOH des parties aériennes de M. pudica. L’HE obtenue a montré des CI50 de 4 et 74 µg mL⁻¹ contre la phase de maturation et les biofilms âgés de 24 h de C. albicans respectivement. D'autre part, la fraction acétate d'éthyle de l'extrait de M. pudica a également inhibé les biofilms âgés de 24 h de C. albicans de 53 % à 62,5 μg mL⁻¹. L'analyse par GC-MS de la composition chimique de l'HE a révélé que les sesquiterpènes oxygénés étaient majoritairement présents (62,02 %) avec comme principale molécule l'oxyde de β-caryophyllène (37 %). Cette molécule ainsi que trois autres composés commerciaux présents dans cette HE ont été évalués pour leur implication dans l'activité antibiofilm. L'oxyde d'aromadendrène-(2), l'oxyde de β-caryophyllène et le (±)-β-pinène ont montré des activités significatives contre la phase de maturation (IC₅₀=9 - 310 µmol L⁻¹) et les biofilms préformés de 24h (IC₅₀=38 - 630 µmol L⁻¹) de C. albicans. Des études ont également été menées contre C. glabrata, C. krusei et C. parapsilosis, mais C. albicans reste l'espèce la plus sensible à cette HE et à ses composés. L'oxyde de β-caryophyllène et l'oxyde d'aromadendrène-(2) ont montré une très faible cytotoxicité contre les cellules HeLa à la CIbiofilm50. La fraction active acétate d'éthyle de M. pudica n'a montré aucune cytotoxicité sur les cellules Vero et HeLa. Cette fraction agit sur la morphologie de C. albicans, comme révélé par microscopie électronique à balayage. Cette étude a mis en évidence pour la première fois le potentiel antibiofilm de B. halimifolia, de son HE et de certains de ses composés, ainsi que celui de la fraction acétate d'éthyle des parties aériennes de M. pudica, ouvrant ainsi des perspectives pour de nouvelles applications antimicrobiennes.

Cette thèse explore la manière dont l'intelligence artificielle peut diminuer l'énergie consommée dans les Data Center. L'intelligence artificielle est un vaste domaine de recherche très populaire. Ce domaine est souvent idéalisé, mais comment les nouveautés de la recherche peuvent-elles être appliquées à des cas d'utilisation réels ? Entre considérations physiques, théories mathématiques et technologies informatiques, cette thèse met en application différents domaines pour aider à déployer et améliorer les technologies récentes afin de répondre aux défis énergétiques actuels. La première partie de la thèse évalue les problèmes énergétiques et les technologies déployées dans les centres de données et les bâtiments de télécommunications. Les infrastructures d'information et de communication sont de gros consommateurs d'énergie et nécessitent des systèmes de climatisation spécifiques en raison des conditions de travail du matériel informatique. L'optimisation des systèmes de climatisation et de leur consommation est une préoccupation majeure dans la réduction de la consommation d'énergie. La deuxième partie de la thèse explore l'apprentissage statistique et probabiliste pour optimiser la consommation d'énergie. Elle se concentre principalement sur les modèles d'apprentissage par renforcement profond (Deep Reinforcement Learning) pour une prise de décisions automatisées basées sur les données. L'apprentissage profond est flexible dans la modélisation et peut s'adapter à de nombreux problèmes, ce qui est pratique lorsqu'une méthode doit être généralisée et industrialisée. La dernière partie décrit la mise en œuvre et l'application dans des environnements simples afin de soulever et de traiter les problèmes courants et de discuter de la manière d'adapter le modèle à la réalité. On sait qu'un grand nombre de projets de science des données sont très prometteurs mais ne sont pas mis en œuvre à cause des difficultés pratiques. Ce travail vise à faire un pas en avant dans l'introduction de l'IA dans des environnements sensibles tels que les centres de données.

Le but de cette thèse est d'étudier la réponse mécanique des films ultra-minces de MoS₂ à la contrainte de compression et de déterminer si la théorie de flambage des films minces peut s’appliquer aux matériaux 2D. Les films minces de MoS₂ sont transférés de leurs substrats de croissance au substrat de polyéther-éther-cétone dans l'eau à l'aide d'un processus d'ultrasonication où aucun revêtement sacrificiel n'est utilisé. Les échantillons sont déformés en imposant une déformation uni-axiale sur les substrats. La réponse concomitante du film sous la forme de rides droites a été observée et caractérisée par microscope à force atomique in-situ. La propagation et l'interaction des rides observées sont en accord avec les rides de films minces métalliques sous compression. Le module d’Young du film contraint a été déterminé en tirant parti des dépressions observées sur les bords des rides. L'évolution du cloquage est étudiée dans le cadre des équations de Föppl–von Kármán modifiés où l'influence de l'élasticité du substrat est prise en compte. Une comparaison des résultats expérimentaux avec le modèle Föppl–von Kármán révèle une augmentation de la déflexion maximale de la structure de cloquage des films contraints. La différence a été reliée au déplacement du film par rapport au substrat qui est imposé par le glissement et le cisaillement à la frontière entre la partie plane du film et la ride. Ce déplacement augmente à mesure que la compression appliquée sur le substrat augmente. et a également été lié à la réduction progressive de l'efficacité du transfert de contrainte du substrat au film dans sa partie plane. La contrainte de flambage critique élevée observée qui est liée à l'adhérence du film au substrat est discutée. Enfin, l'énergie d'adhésion du système film/substrat est déterminée à partir des paramètres de morphologiques des cloquages.

Les radars à ondes millimétriques sont indispensables dans la réalisation de fonctions de sécurité des véhicules et pour la conduite autonome, ce qui en fait l’un des domaines de recherche les plus en vogue actuellement. L’objectif principal de cette thèse est de mettre en œuvre un oscillateur à commande numérique (OCN) en bande K à faible bruit de phase avec une large bande d’accord en fréquence de plus de 20 % pour une boucle à verrouillage de phase entièrement numérique (ADPLL en anglais), qui sera ensuite appliquée aux radars automobiles à ondes continues modulées en fréquence (FMCW en anglais) de 76 à 81 GHz. Deux solutions différentes sont proposées : La première est un OCN à triple banques de capacités commutées (T-OCN), dont la banque de réglage grossier est principalement utilisée pour compenser les variations de PVT, tandis que les banques de réglage moyen et fin permettent de couvrir la largeur de bande de fréquence désirée, nécessitant ainsi un chevauchement des fréquences de plus de 15 % comme dans les OCN conventionnels. En outre, grâce à la nouvelle architecture de réglage fin proposée et basée sur la polarisation de la grille arrière, le T-OCN permet d’obtenir une résolution de fréquence fine de 1.38 MHz à une fréquence porteuse d’environ 20 GHz. La seconde est un OCN à double banque (D-OCN), qui s’appuie uniquement sur une banque de réglage fin à grand nombre d’éléments contrôlée sur 10-bit afin de générer des signaux modulés en fréquence. Cette approche originale nous permet de nous affranchir du problème de chevauchement et de calibration de la fréquence indispensable dans le cas des OCNs à plusieurs banques (plus de trois banques de réglage de fréquence, similaire au T-OCN), le rendant ainsi plus adapté à une utilisation dans le domaine des radars automobiles FMCW. Parallèlement, le D-OCN permet d’obtenir une résolution de fréquence fine de 2.1 MHz et une plage de réglage fin de 2 GHz en utilisant une nouvelle capacité MOM personnalisée de 973 aF. De plus, le T-OCN et le D-OCN sont tous les deux implémentés en technologie 22 nm FD-SOI, ce qui permet d’atteindre des performances en bruit de phase à l’état de l’art et inférieures à -110 dBc/Hz à 1 MHz de la porteuse sur l'ensemble de la plage de fréquences.