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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.

L’antibiorésistance est un phénomène décrit depuis la découverte des premiers antibiotiques. Cependant, leur utilisation déraisonnée, à la fois en santé humain et vétérinaire, a favorisé l’émergence et l’installation de mécanismes de résistance à de nombreuses classes d’antibiotiques, dont les bêta-lactamines. Cette classe constitue le traitement de référence des infections à bacilles Gram-négatifs, comme Pseudomonas aeruginosa et Klebsiella pneumoniae. De nouvelles bêta-lactamines, comme l’association ceftolozane/tazobactam, ceftazidime/avibactam ou encore le cefiderocol, ont été développées pour être efficace sur les bactéries multi-résistantes. L’émergence de mécanismes de résistance spécifiques à ces molécules a malheureusement été décrite lors de leur utilisation clinique. De plus, de nombreux outils de diagnostics, comme le séquençage du génome entier, permettent d’identifier le ou les mécanismes potentiellement responsables de la résistance. Dans ce contexte, le but de cette thèse est d’utiliser des approches complémentaire de microbiologie, incluant de la biologie moléculaire, à des méthodes de modélisation de données, afin de caractériser des mutations responsables de résistance aux nouvelles bêta-lactamines. Dans une première partie, un couple de P. aeruginosa, initialement sensible au ceftolozane/tazobactam, puis devenu résistant sous traitement par cette association, a été spécifiquement étudié. Les mutations probablement responsables de la résistance ont été identifiées par séquençage génome entier (AmpC:p.G183D et AmpD:p.H157Y), puis reproduites dans une souche de référence (PAO1). Les données expérimentales ont montré une décorrélation entre les mesures de concentration minimal inhibitrice (CMI) et les résultats de courbes de bactéricidie (TKC). La modélisation semi-mécanistique pharmacocinétique/pharmacodynamique a permis de décrire de façon précise l’impact de chaque mutation, en incluant la contribution dans la résistance acquise (effet immédiat) et la résistance adaptative. Les outils utilisés lors de cette première partie ont permis l’obtention de résultats sur la sensibilité à l’imipénème et au ceftazidime/avibactam. Ces données sont importantes pour comprendre l’effet de mutations individuelles et associées sur la sensibilité aux antibiotiques, notamment dans le cadre du développement des antibiogrammes in silico. Dans une seconde partie, la résistance au cefiderocol apparue dans des souches cliniques de K. pneumoniae a été investiguée grâce à la mise en place de méthodes de séquençage de troisième génération au sein du laboratoire. La description de tous les mécanismes de résistance déjà présents a pu être réalisée, et une nouvelle mutation dans le gène fiu, jamais identifiée dans une souche clinique, a pu être mise en évidence.

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.

L’antibiorésistance, phénomène qui caractérise la capacité des bactéries à résister aux antibiotiques, constitue l’une des plus graves menaces de santé publique selon l’Organisation Mondiale de la Santé. En effet, les infections dues aux bactéries multi-résistantes pourrait devenir la principale cause de mortalité à l’horizon 2050. Afin de maintenir l’efficacité des traitements actuels et pour lutter contre l’émergence de nouvelles résistances, les antibiotiques sont de plus en plus utilisés en combinaison. Dans ce contexte, la modélisation PKPD permet d‘étudier, de développer et d’optimiser les traitements antibiotiques. Ce travail de thèse vise à démontrer l’intérêt de cet outil dans l’étude des combinaisons d’antibiotiques, au travers de deux études : 1. Une étude de développement d’un design optimisé de checkerboard, permettant de caractériser les combinaisons d’antibiotiques. Dans cette étude, il a été montré que le design rhombique permettait caractériser efficacement les interactions PD entre antibiotiques utilisés en combinaison, tout en réduisant considérablement la charge de travail expérimental. Le design proposé était particulièrement adapté aux études de screening des combinaisons d’antibiotiques. 2. Une étude de l’interaction PD entre la ceftazidime/avibactam et la colistine contre quatre souches cliniques de Klebsiella pneumoniae multi-résistantes. Dans cette étude, des expériences de time-kill in vitro ont été réalisées avec la ceftazidime/avibactam et la colistine seul et en combinaison, et l’interaction entre ces molécules a été caractérisée au cours du temps à l’aide d’une approche de modélisation PKPD.

Le domaine médical est un vaste domaine d’application de l’intelligence artificielle. Malgré les avancées récentes, il y reste une large marge d’innovation et d’amélioration face à des enjeux majeurs. L’apprentissage profond de son côté représente une perspective importante dans de multiples domaines et en particulier dans celui de l’imagerie médicale. Lors du déploiement de cette technique une restriction importante est liée aux données, leur disponibilité et leur confidentialité. Dans ce travail de thèse, nous proposons d’offrir aux experts médicaux de nouveaux outils pour utiliser l’apprentissage profond avec une quantité limitée de données. Nous soulignons également le danger de la pseudo-anonymisation et nous proposons un pipeline permettant une véritable anonymisation liée à l’identité du patient et à l’équipement d’acquisition.

Cette thèse vise à approfondir les applications des modèles de type Cahn-Hilliard en biologie et en traitement d'images. Dans la première partie, nous étudions dans un premier temps un modèle de Cahn-Hilliard pour les cellules gliales, nous prouvons l'existence d'une solution biologiquement pertinente et une stricte séparation des états purs en 1D et 2D. Nous considérons ensuite un modèle de Cahn-Hilliard-Oono et en déduisons des conclusions similaires. De plus, nous étudions un modèle couplé pour la transition proliférative à invasive des cellules de gliome hypoxiques, nous considérons les équations de type Cahn-Hilliard dans trois cas, et prouvons principalement l'existence de solutions globales en temps, en particulier, nous étudions la permanence de la tumeur, et donnons quelques simulations numériques dans certains cas. Dans la deuxième partie, nous étudions un modèle de Cahn-Hilliard pour la segmentation d'images, le caractère bien-posé a été abordé, étant donné que la solution pourrait être non bornée quand le temps tend vers l’infini, nous considérons un modèle de Cahn-Hilliard-Oono pour pouvoir effectuer des simulations numériques qui illustrent les résultats théoriques. Nous étudions ensuite le comportement asymptotique des modèles de type Cahn-Hilliard-Oono à terme non linéaire cubique et terme non linéaire logarithmique, plus précisément, l'existence d'attracteurs de dimension finie.

Tout corps épais immergé dans un écoulement provoque, sous certains régimes, la formation de structures tourbillonnaires. La dynamique de ces structures peut alors interagir avec celle du corps lorsque ce dernier possède, typiquement, une certaine flexibilité de mouvement et/ou une fréquence propre de résonance. On parle alors d’interaction fluide-structure (IFS), phénomène largement rencontré en pratique et pouvant être à l’origine de vibrations significatives. Parmi les mécanismes d’ IFS largement étudiés, celui de vibrations induites par vortex (VIV), observé dans le cas d’un cylindre circulaire monté de manière élastique et soumis à un écoulement uniforme, est le plus documenté (Williamson & Govardhan 2008). Cette configuration, bien qu’académique, est repré- sentative d’un nombre important de procédés d’ingénierie pour lesquels les vibrations peuvent être considérées comme néfastes (échangeurs thermiques, colonne montante offshore, etc) ou, au contraire, comme source d’inspiration pour l’élaboration de dispositifs d’extraction d’énergie (Bernistas et al. 2008, Lee et al. 2019). Ce manuscrit propose un nouveau dispositif de cylindre oscillant monté de manière élastique sur paliers à air et alliant une solution mécatronique pour l’émulation de différentes valeurs d’amortissement et de raideur. Le dispositif permet également la mise en rotation alternée ou non du cylindre autour de son axe principal. Cette étude s’inscrit dans le cadre d’un projet financé par la Région Nouvelle-Aquitaine et visant, à long terme, au contrôle du mécanisme de VIV dans un contexte d’extraction d’énergie propre. Le travail, présenté dans cette thèse, concerne : (1) la description du dispositif, (2) la validation de la solution mécatronique, (3) l’analyse fine de la réponse en amplitude et fréquence du système oscillant pour un amortissement négligeable et une raideur donnée, ainsi que de la dynamique du sillage en fonction du régime de l’écoulement, (4) l’effet de l’amortissement et de la raideur sur l’efficacité énergétique du dispositif, et enfin (5) une analyse de l’effet de la fréquence et de l’amplitude de rotation du cylindre sur la plage, dite de synchronisation fluide-structure. L’ensemble des essais a été mené en canal hydraulique à l’Institut Pprime (Poitiers). Les analyses réalisées ont fait appel à des techniques de visualisation par bulles d’hydrogène et de vélocimétrie à images de particules (PIV), ainsi qu’à des outils de post-traitement, tels que l’analyse en moyenne de phase ou encore la décomposition aux valeurs propres (POD). Les résultats obtenus laissent entrevoir de larges perspectives à la fois pour la modélisation et le contrôle des mécanismes de VIV.

Dès la mise en contact d’une surface solide avec un liquide des réactions physicochimiques, encore mal identifiées, sont à l’origine de la création de la double couche électrique (DCE). Quelle que soit la nature du couple solide/liquide, les charges produites dans cette réaction se répartiront en deux couches de polarité opposée : une dans le liquide et l’autre dans le solide. Une partie des charges présentes dans le liquide peuvent être facilement mises en mouvement par l’écoulement du liquide. Ce transport des charges électriques perturbe alors l’équilibre statique de la DCE et conduit vers un nouvel état, l’équilibre dynamique. Ce phénomène, appelé électrisation par écoulement, est particulièrement craint des industriels puisqu’il peut être à l’origine d’une accumulation de charge suffisante pour inciter des décharges électrostatiques. Ces décharges peuvent alors altérer durablement les propriétés des matériaux au sein des différents équipements. C’est dans ce contexte que l’Institut Pprime a développé, depuis de nombreuses années, une activité de recherche débouchant sur la mise au point de moyens de mesures originales tels que la « Petite boucle ». Cette boucle est constituée d’un circuit fermé de circulation de liquide dans laquelle est inséré un capteur parfaitement isolé électriquement. Ce capteur permet de quantifier l’ensemble des échanges électriques globaux se produisant à l’interface solide/liquide durant une mise en écoulement. Cependant, l’organisation locale des charges électriques s’accumulant au sein du solide tout le long de la canalisation n’a pas encore été quantifiée. L’objectif de ce travail de thèse est de développer une métrologie permettant d’établir une cartographie 1D, continu dans l’espace, de la distribution des charges électriques dans la partie chargée du solide diélectrique durant un écoulement. Le travail se décompose en deux grandes phases. La première phase correspond au développement et à la calibration du capteur permettant d’effectuer la mesure. Le principe de la mesure repose sur la génération d’un courant capacitif induit par la variation du potentiel d’interface lors du déplacement d’une électrode en vis-à-vis de l’interface à mesurer. La calibration est faite en dehors du dispositif expérimental à l’aide d’une interface avec un potentiel de référence parfaitement maîtrisée permettant d’estimer la sensibilité et la résolution du dispositif. L’analyse théorique du capteur, confortée par une étude paramétrique expérimentale, a permis d’établir et d’optimiser la sensibilité et la résolution de cette technique. Durant la seconde phase, le capteur est introduit sur le dispositif expérimental en face du canal d’écoulement. Les premières mesures prises à l’interface solide/liquide ont permis de conforter en partie les attentes théoriques. La distribution du potentiel dans le premier tiers de la canalisation est hétérogène et présente un pic maximal selon les conditions expérimentales. Ces mesures ont également montré que l’augmentation de la vitesse d’écoulement et l’isolation de la veine aggravent la montée en potentiel. Des mesures à différents instants de l’écoulement ont aussi permis de suivre temporellement le développement progressif de l’amplitude du potentiel depuis l’équilibre électrostatique initial. Toutes ces mesures ont été également validées par des mesures de potentiel discret dans l’espace selon des méthodes plus conventionnelles.

Bien qu’un consensus sur les conséquences du balancement des bras dans la marche humaine semble s’établir, ce n’est pas encore le cas pour ses causes. Ceci est principalement dû à la difficulté de dissocier les parties passives et actives de la génération du balancement des bras, notamment liée à la complexité de l’identification des paramètres nécessaires à la modélisation du corps humain. L’hypothèse que l’étude de la bipédie d’un robot humanoïde, plus simple, pourrait apporter des éléments de réponse à la problématique est le point de départ de cette thèse. Par ailleurs, une optimisation dimensionnelle des bras des robots humanoïdes permettrait d’améliorer la performance dynamique de leur marche et constituerait une aide à la conception. La conduite de ces deux études nécessite de disposer d’un modèle de dynamique directe et inverse permettant la modification à la volée des paramètres inertiels et géométriques afin de pouvoir qualifier leurs impacts. Compte tenu de son utilisation dans les contextes d’identification et d’optimisation, l’évaluation d’un tel modèle doit être la plus rapide possible pour considérer de grands nombres de configurations dans des temps de simulation raisonnables et ainsi pouvoir accorder de la confiance aux valeurs obtenues. Un algorithme de génération de modèles dynamiques symboliques pour les structures polyarticulées ouvertes répondant à ces exigences a donc été écrit et testé sur plusieurs exemples dont deux sont présentés dans cette thèse : • La figure du passement filé effectuée par une gymnaste à la barre, dont la réalisation est très sensible à la finesse du modèle et à la précision des calculs, afin d’évaluer la fidélité du modèle en comparaison à une référence mesurée optoélectroniquement. • La marche du robot humanoïde ORHRO, équipé en simulation de bras aux paramètres modifiables, afin d’étudier le balancement des bras généré passivement par le déplacement de la partie locomotrice ainsi que l’impact de ce balancement sur des critères de stabilité et de déterminer les valeurs optimales des paramètres de conception. Cet algorithme de modélisation dynamique d’arborescence a montré son efficacité à modéliser et simuler des mouvements dynamiques sur des architectures complexes et variées permettant son utilisation dans la synthèse de mouvement et l’optimisation dimensionnelle de mécanismes.

Le Plio-Pléistocène a connu des changements climatiques et écosystémiques cruciaux qui coïncident avec des événements clefs au cours de l'évolution humaine, notamment en Afrique orientale. Dans ce contexte, les implications temporelles, écologiques et comportementales de la transition de l’alimentation des hominidés vers une consommation de tissus animaux assistée par des outils peuvent être étudiées plus avant. Dans la région du Turkana, la formation Shungura, datée entre 3,6 Ma à 1 Ma, bien que riche en faune et en artefacts, n'a jamais été étudiée d'un point de vue zooarchéologique. Cette thèse examine les contextes taphonomiques et paléoenvironnementaux des assemblages de vertébrés contemporains des sites d'occupation humaine dans cette formation. Mon objectif était d'aborder les comportements de subsistance des hominidés anciens, le contexte écologique de l'Oldowayen et de localités acheuléennes récemment découvertes. La première partie se concentre sur les évaluations taphonomiques réalisées tout au long de la séquence de Shungura. Après une analyse préliminaire, l'identification et la description de diverses marques ont été documentées. La formation de Shungura constitue un terrain d'essai parfait pour discriminer divers agents de modification de la surface des os (BSM). Des méthodes zooarchéologiques classiques et la morphométrie géométrique ont été combinées pour traiter de la forte équifinalité entre les BSM anthropiques et non-anthropiques. Les BSM fossiles ont été comparés à des échantillons expérimentaux comprenant des marques de décarnisation anthropiques, des marques de piétinement et des marques de crocodiliens et de carnivores. Pour la caractérisation des morphologies des BSM, j'ai utilisé une approche basée sur l’analyse de Fourier elliptique (EF). Les analyses approfondies des BSM ont révélé que les crocodiles sont des agents actifs dans tous les membres de la formation, étant particulièrement abondants dans les membres C et G. L'activité anthropogénique a été confirmée dans les membres F, G, L. Alors qu'un débat subsiste sur la différenciation des BSM, en particulier dans des contextes où coexistent à la fois des crocodiles et des hominidés, l’approche basée sur l'EF a été en mesure de discriminer efficacement les deux. De même, j’ai été en mesure d'identifier efficacement les activités de boucherie des hominidés dès 2,3 Ma. La deuxième partie de la thèse présente les données paléoenvironnementales entourant l'émergence de l'Oldowan à Shungura (2,3 Ma) en combinant la taphonomie, des données sur la composition de la faune, ainsi que de l'analyse texturale 3D des micro-portraits dentaires (DMTA). Cette partie examine les assemblages fauniques en relation avec les occurrences archéologiques du membre F. J'ai appliqué la DMTA à 5 tribus de bovidés provenant de deux localités fouillées formées immédiatement avant l'apparition de l'Oldowayen. Les résultats de la DMTA montrent des différences intra-locales au sein des Aepycerotini et des Alcelaphini. La DMTA a identifié un comportement alimentaire de consommation de graminées à L 398, alors qu'à OMO 33 ces taxons tendent vers un comportement alimentaire mixte. Les tribus de bovidés de chaque unité des membres E et F ont également été analysées afin de comparer les signaux fauniques au fil du temps, et spatialement entre localités au sein du membre F. Les données sur les bovidés au niveau du membre indiquent qu'il y a eu une évolution vers plus d'aridité et d'ouverture dans le membre F. Les données sur la faune et la DMTA ont fourni des informations supplémentaires sur la façon dont les paléohabitats ont varié à travers les paysages à une résolution temporelle relativement précise. Pour F-0, j'ai observé à la fois une augmentation significative de l'abondance des Alcelaphini et des divergences alimentaires entre les taxons sympatriques. Ainsi, mes résultats suggèrent une variabilité écologique à l'échelle locale dans le membre F plus marquée que dans le membre E.