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Protection microarchitecturale d’un coeur de processeur RISC-V
No full textThis manuscript focuses on the implementation of a secure microarchitecture for a RISC-V processor core against side-channel attacks on cache memories (CSCA). The proposed solution ranges from the detection of malicious contexts to the dynamic deployment of countermeasures on the cache memory. The proposed approach is based on the integration of a hardware dynamic code transformation unit based on a micro-decoding technique in order to deploy countermeasures dynamically, while offering a certain degree of flexibility at the hardware level. First, the implementation of a hardware microarchitecture observation system, based on the dynamic insertion of instructions into the execution flow, is presented. An application of this system to attack detection is also presented, along with its evaluation. In addition, a strategy for the dynamic deployment of countermeasures on the microarchitecture has been studied. This involves deploying countermeasures as needed, i.e., when a threat is detected. Two solutions for securing the cache memory are proposed: a technique based on adding randomness to cache addressing and the implementation of a hybrid memory hierarchy including auxiliary memory in parallel with the cache to secure access to sensitive data during execution.Ce manuscrit porte sur l’implémentation d’une microarchitecture sécurisée d’un cœur de processeur RISC-V contre les canaux auxiliaires sur les mémoires cache (CSCA). La solution proposée s’étend de la détection de contextes malveillants au déploiement dynamique de contre-mesures sur la mémoire cache. L’approche proposée re- pose sur l’intégration d’une unité de transformation du code dynamique matérielle basée sur une technique de micro-décodage afin de déployer les contre-mesures dynamiquement, tout en offrant une certaine flexibilité à l’échelle du matériel. En premier lieu, l’implémentation d’un système matériel d’observation de la microarchitecture, basé sur l’insertion dynamique d’instructions dans le flot d’exécution, est présenté. Une application de ce système à la détection d’attaques est également présentée ainsi que son évaluation. En outre, une stratégie de déploiement dynamique de contre-mesures sur la microarchitecture a été étudiée. Il s’agit de déployer au besoin, donc en cas de détection d’une menace, des contre-mesures. Deux solutions de sécurisation de la mémoire cache sont proposées : une technique basée sur l’ajout d’aléa sur l’adressage du cache et l’implémentation d’une hiérarchie mémoire hybride incluant une mémoire auxiliaire en parallèle du cache pour sécuriser l’accès aux données sensibles à l’exécution
Optimisation multi-échelles par intelligence artificielle des propriétés mécaniques et piézo-électriques d’un nanocomposite utilisé pour fabriquer un contrôleur actif aéronautique
No full textThis thesis is part of the ANR EMBIA project, which aims to develop an innovative electroactive skin for aircraft wings to reduce fuel consumption during takeoff. The designed composite combines a polyvinylidene fluoride (PVDF) matrix reinforced with graphene nanoribbons (GnR) and lead zirconate titanate (PZT-5A), a high-performance piezoelectric ceramic. A micromechanical approach based on the Mori–Tanaka model, complemented by finite element simulations in ABAQUS, was used to evaluate the electroelastic and viscoelectroelastic properties. Results show that GnR alone is insufficient, while PZT-5A reinforcement significantly enhances performance. The modeling and multi-objective optimization of a bimorph actuator made of PVDF/GnR/PZT-5A using a genetic algorithm (MOGA) identified optimal material and geometric configurations suited for advanced aeronautical applications.Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR EMBIA, visant à concevoir une peau électroactive innovante pour les ailes d’avion, capable de réduire la consommation de carburant au décollage. Le composite développé associe une matrice de PVDF à des nanorubans de graphène (GnR) et au zirconate-titanate de plomb (PZT-5A). Le modèle micromécanique de Mori–Tanaka et des simulations éléments finis sous ABAQUS ont permis d’évaluer les propriétés électroélastiques et viscoélectroélastiques. Les résultats montrent que le renfort PZT-5A améliore les performances. L’optimisation d’un actuateur bimorphe PVDF/GnR/PZT-5A par algorithme génétique multi-objectifs (MOGA) a permis d’identifier des compromis géométriques et matériels adaptés aux exigences aéronautiques
Colonisation néonatale par bactéries résistantes aux antibiotiques dans les pays à bas et moyens revenus
No full textIn low- and middle-income countries (LMICs), bacterial infections are a major cause of neonatal mortality, partly attributable to antibiotic resistance. These infections are preceded by a phase of colonization, which could be targeted by preventive strategies. This thesis aims to better understand neonatal colonization by resistant bacteria in LMICs in terms of prevalence, risk factors, and sources of acquisition.The first part of this work is based on a systematic review of the literature focusing on three resistant pathogens: third-generation cephalosporin-resistant Enterobacterales (3GC-R-E), carbapenem-resistant Enterobacterales (CRE), and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Colonization by these pathogens, which are major causes of neonatal infections, showed high prevalence in LMICs: 48.2% for 3GC-R-E in hospitalized neonates (18.2% in the community), 6.3% for CRE in hospital (1.0% in the community), and 3.1% for MRSA (2.2% in the community). Meta-analysis of risk factors identified hospital birth, neonatal antibiotic therapy, and prolonged rupture of membranes as associated with 3GCR-E colonization.The second part examines the contribution of maternal digestive carriage to early neonatal acquisition (<72 hours) of extended-spectrum beta-lactamase-producing Enterobacterales (ESBL-E). A total of 499 mother-infant pairs were enrolled in Madagascar and Cambodia and provided stool samples. Within each pair, ESBL-E sequences were compared phylogenetically to identify identical clones, and plasmid content was also analyzed. The distribution of ESBL-producing species differed, with a higher proportion of Klebsiella spp. and Enterobacter spp. in neonates compared to mothers. Only 16.5% of neonatal colonization was attributable to maternal digestive carriage, challenging the commonly assumed predominance of maternal origin and highlighting the role of other sources, notably nosocomial. Multinomial logistic regression showed that primiparity and the rainy season were associated with maternal-origin acquisition, while cesarean section, neonatal resuscitation, and the rainy season were linked to non-maternal acquisition.The third part explores other maternal and household sources. A longitudinal study in Madagascar monitored digestive colonization by 3GC-R-E in neonates, household members (67 households), breast milk, nipples, and mattresses during the first month of life. Seventy percent of neonates were colonized at least once, compared to nearly all household members, 55% of mattresses, 42% of nipples, and 46% of milk samples. An Andersen-Gill survival model showed that neonatal antibiotic therapy was associated with nipple colonization, while inconsistent hand hygiene and systematic nipple cleaning were associated with milk contamination. Shared clones between milk/nipple and infant suggest transmission via breastfeeding. However, exclusive breastfeeding was protective against neonatal colonization, supporting the promotion of breastfeeding.This work highlights the extent and specific features of neonatal colonization. The findings suggest that improving hygiene, both in maternity wards and at home, could help reduce this phenomenon. Identifying context-specific sources to target and conducting interventional trials will be essential to inform effective public health strategies.Dans les pays à revenu faible ou intermédiaire (PRFI), les infections bactériennes sont une cause majeure de mortalité néonatale, mortalité en partie attribuable à la résistance aux antibiotiques. Ces infections sont précédées d'une phase de colonisation, potentiellement accessible à des stratégies de prévention. Cette thèse vise à mieux comprendre la colonisation néonatale par des bactéries résistantes dans les PRFI, en termes de prévalence, facteurs de risque et sources d'acquisition.Le 1er volet de la thèse repose sur une revue systématique de la littérature portant sur trois pathogènes résistants : les Enterobacterales résistantes aux céphalosporines de 3e génération (C3G-R-E), celles résistantes aux carbapénèmes (CRE), et Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM). La colonisation par ces pathogènes, principaux responsables des infections néonatales, présentait une prévalence élevée dans les PFRI : 48,2% pour les C3G-R-E chez les nouveau-nés hospitalisés (18,2% hors hôpital), 6,3% pour les CRE à l'hôpital (1,0% hors hôpital), et 3,1% pour le SARM (2,2% hors hôpital). La méta-analyse des facteurs de risque a identifié 3 facteurs associés à la colonisation par C3G-R-E : naissance à l'hôpital, antibiothérapie néonatale et rupture prolongée des membranes.Le 2e volet s'intéresse à la part du portage digestif maternel dans l'acquisition néonatale précoce (< 72 heures) d'Enterobacterales productrices de béta-lactamase à spectre étendu (E-BLSE). 499 couples mère-enfant à Madagascar et au Cambodge ont été inclus et ont eu un prélèvement de selles. Au sein de chaque couple, les séquences des E-BLSE ont été comparées par phylogénie pour identifier des clones, puis les plasmides ont été comparés. Tout d'abord, Les espèces bactériennes productrices de BLSE montraient une distribution différente, avec une proportion plus élevée de Klebsiella spp. et d'Enterobacter spp. chez les nouveau-nés comparés aux mères. De plus, seulement 16,5% des colonisations néonatales étaient attribuables au portage digestif maternel. Ces résultats, remettant en question la prédominance de l'origine maternelle souvent évoquée dans la littérature, soulignent l'importance d'autres sources, notamment nosocomiales. Une régression logistique multinomiale a montré que la primiparité et la saison humide étaient associées à l'acquisition d'origine maternelle, tandis que la césarienne, la réanimation néonatale et la saison humide favorisaient l'acquisition d'origine non maternelle.Enfin, la 3e partie explore les autres sources maternelles que digestives ainsi que les autres sources potentielles d'acquisition au sein du foyer. Une étude longitudinale menée à Madagascar a permis d'analyser, au cours du premier mois de vie du nouveau-né, la colonisation digestive par C3G-R-E chez les membres de 67 foyers, ainsi que du lait maternel, du mamelon et du matelas. 70% des nouveau-nés étaient colonisés au moins une fois, contre près de 100% des autres membres du foyer, 55% des matelas, 42% des mamelons et 46% du lait. Un modèle de survie de type Andersen-Gill a montré que l'antibiothérapie néonatale était associée à la colonisation du mamelon, tandis qu'une hygiène des mains non systématique et un nettoyage systématique du mamelon l'étaient pour le lait maternel. Des clones partagés entre lait/mamelon et nourrisson suggèrent une transmission par l'allaitement. Cependant, l'allaitement exclusif était un facteur protecteur contre la colonisation néonatale, suggérant un rôle limité de cette voie de transmission, et renforçant l'importance de promouvoir l'allaitement maternel.Ces travaux mettent en lumière l'ampleur et les spécificités de la colonisation néonatale. Nos résultats suggèrent qu'un renforcement de l'hygiène, en maternité comme à domicile, pourrait réduire ce phénomène. L'identification des sources à cibler selon le contexte, et la conduite d'essais interventionnels seront indispensables à l'élaboration de politiques de santé publique efficaces
Apprentissage profond pour la détection d'exoplanètes en imagerie à haut contraste
No full textThe thesis addresses the challenge of detecting and characterizing exoplanets through direct imaging, a technique hindered by the extreme contrast and small angular separation between stars and planets. To overcome these issues, this work introduces three hybrid approaches that combine statistical modeling with deep learning, leveraging large datasets from high-contrast imaging surveys. The deep PACO method integrates a local statistical model of the nuisance component with a convolutional neural network, improving detection and characterization performance over classical algorithms. MODEL&CO further advances this by learning a unique model across a large multi-observations datasets, enabling robust detection even in challenging conditions. ExoMILD introduces a multi-scale, multi-spectral statistical framework that exploits spatial symmetries, achieving superior sensitivity and unbiased parameter estimation. Extensive testing on semi-synthetic and real datasets demonstrates significant gains in contrast and robustness, particularly at small separations. The approaches are designed to generalize across diverse observing conditions and are well-suited for future large-scalesurveys. Overall, the thesis establishes a new generation of deep learning-based tools for exoplanet imaging, enabling more sensitive and reliable exploration of planetary systems.Cette thèse aborde le problème de la détection et de la caractérisation des exoplanètes par imagerie directe, dont la difficulté principale réside le contraste extrême couplé à la faible séparation angulaire entre étoiles et planètes. Pour dépasser ces obstacles, ce travail propose des trois approches hybrides combinant modélisation statistique et apprentissage profond, en tirant parti de grandes bases de données issues des relevés d’imagerie à haut contraste. La méthode deep PACO intègre un modèle statistique local de la nuisance à un réseau de neurones convolutifs, améliorant la détection et la caractérisation par rapport aux algorithmes classiques. MODEL&CO va plus loin en apprenant un modèle unique à partir d’un vaste jeu de données multi-observations, permettant une détection robuste même dans des conditions variables. ExoMILD introduit un cadre statistique multi-échelle et multi-spectral exploitant les symétries spatiales, atteignant une sensibilité supérieure et des estimations non biaisées des paramètres astronométriques. Des tests approfondis sur des jeux de données semi-synthétiques et réels montrent des gains significatifs en contraste et en robustesse, notamment à faible séparation angulaire. Les approches sont conçues pour se généraliser à une grande diversité de conditions d’observation et sont adaptées aux futurs relevés à grande échelle. Globalement, la thèse pose les bases d’une nouvelle génération d’outils d’imagerie d’exoplanètes fondés sur l’apprentissage profond, permettant une exploration plus sensible et fiable des systèmes planétaires
Suivi multi-objets dans des scénarios complexes : benchmark, analyse approfondie et représentations dépendantes des paires pour la similarité visuelle
No full textMulti-object tracking (MOT) aims to assign consistent identifiers to objects in a video sequence, even under occlusions, scale changes, and varying motion. Modern MOT systems often follow a detect-to-track paradigm, where objects are first detected in each frame and then associated over time using motion and visual cues. Motion cues typically rely on kinematic models such as Kalman filters, while visual cues compare object appearances using learned embeddings. In standard settings with high-frame-rate cameras, simple motion and appearance models are effective. However, in low-frame-rate or highspeed-motion scenarios, large inter-frame displacements make association unreliable, requiring more robust methods. This thesis highlights the shortcomings of both motion- and appearancebased association in the low-frame-rate setting. Focusing on visual cues, we first expose limitations of the re-identification (Re-ID) evaluation protocol and propose an alternative that better measures generalisation to unseen vehicle types. We then introduce DRnet and PCB, two pair-dependent representation approaches for recognition and re-identification, respectively, that generalise more effectively to unseen vehicle types. Finally, we revisit multi-object tracking, extensively benchmarking state-of-the-art methods across diverse datasets with challenges such as difficult motion, heavy occlusions, and target scale variation. We then focus on the best overall performer, DiffMOT, a diffusion-based approach for predicting non-linear motion, to better understand its limitations and identify directions for improvement. In summary, this thesis offers an extensive study of multi-object tracking and re-identification, proposes an alternative Re-ID evaluation protocol emphasising generalisation, introduces pairdependent representations that improve recognition and re-identification, and suggests ways to advance motion modelling.Le suivi multi-objets (MOT) vise à attribuer des identifiants cohérents aux objets dans une séquence vidéo, même en présence d'occlusions, de variations d' échelle et de mouvements changeants. Les systèmes MOT modernes suivent souvent un paradigme détecter puis-suivre, où les objets sont d'abord détectés dans chaque image puis associés au fil du temps en utilisant des indices de mouvement et d'apparence. Les indices de mouvement reposent typiquement sur des modèles cinématiques tels que les filtres de Kalman, tandis que les indices d'apparence comparent les objets à l'aide de descripteurs appris. Dans des conditions standard avec des caméras à haute fréquence d'images, des modèles simples de mouvement et d'apparence sont efficaces. Cependant, dans des scénarios à faible fréquence d'images ou à mouvements rapides, les déplacements importants entre images rendent l'association peu fiable, nécessitant des méthodes plus robustes. Cette thèse met en évidence les limites de l'association basée sur le mouvement et sur l'apparence dans le cadre de faible fréquence d'images
Observateurs optimaux dans des variétés – des formulations aux applications
No full textData assimilation is the process of optimally combining dynamical models with observational data in order to estimate the evolving state and parameters of a physical system. In the deterministic optimal observer framework, this is achieved by defining an observer: a modified version of the original dynamics, augmented with a gain term acting on the discrepancy between the observations and the model output. The optimal observer is then designed to minimize a criterion that penalizes deviations from the model dynamics and discrepancies with the observations. The aim of this thesis is to develop an optimal observer theory from a deterministic perspective, in the context of constrained physical systems. More specifically, we focus on cases where the constrained space admits a formulation as a Riemannian manifold. In the first part, we derive an exact formulation of the deterministic optimal observer on compact manifolds, extending the Mortensen observer originally defined in the Euclidean setting. Since such a formulation inherits the high computational cost and the curse of dimensionality of its Euclidean counterpart, we then develop approximation strategies that preserve the theoretical foundations of the optimal observer in Riemannian manifolds while reducing its computational burden. In particular, we propose and theoretically justify extensions of the Extended Kalman Filter (EKF) and the Unscented Kalman Filter (UKF) to the manifold setting, by approximating the value functions of the Mortensen observer with quadratic functions. We also develop an approximation of the fully space and time discretized Mortensen observer using dimension-reduction techniques, and in particular low-rank matrix representations of the associated expansion coefficients. For each proposed observer, we provide numerical illustrations on submanifolds of and Cartesian products thereof. Finally, we assess the established framework in a real-world application: the monitoring of wildland fire propagation. By endowing the abstract space of shapes with a Riemannian structure, we are able to design an observer for this front-propagation problem using observational data of shape type. This work thus bridges rigorous theoretical advances in observer design with practical strategies for data assimilation in a complex, constrained physical systems.L'assimilation de données est le processus consistant à combiner de manière optimale des modèles dynamiques avec des données d'observation afin d'estimer l'état et les paramètres d'un système physique. Dans le cadre déterministe de la théorie des observateurs optimaux, cela se fait en définissant un observateur : une version modifiée de la dynamique originale, en ajoutant un terme de gain agissant sur l'écart entre les observations et l'état simulé du modèle. L'observateur optimal est alors conçu pour minimiser un critère qui pénalise à la fois les écarts vis-à-vis de la dynamique du modèle et les écarts avec les observations. L'objectif de cette thèse est de développer une théorie des observateurs optimaux, d'un point de vue déterministe, dans le contexte des systèmes physiques contraints. Plus précisément, nous nous intéressons aux cas où l'espace contraint admet une formulation sous la forme d'une variété Riemannienne. Dans une première partie, nous développons une formulation exacte de l'observateur optimal déterministe sur des variétés compactes, prolongeant ainsi l'observateur de Mortensen initialement défini dans le cadre Euclidien. Comme une telle formulation hérite du coût computationnel élevé de son homologue Euclidien, nous développons ensuite des stratégies d'approximation qui préservent les fondements théoriques de l'observateur optimal tout en réduisant ce coût computationnel. Plus spécifiquement, nous proposons et justifions théoriquement des extensions du Extended Kalman Filter (EKF) et du Uscented Kalman Filter (UKF) au cadre des variétés, en approchant les fonctions valeur de l'observateur de Mortensen par des fonctionnelles quadratiques. Nous développons également une approximation de l'observateur de Mortensen discrétisé en espace et en temps, en recourant à des techniques de réduction de dimension, et en particulier à des représentations matricielles de faible rang des coefficients de l'approximation par éléments finis. Pour chaque observateur proposé, nous fournissons des illustrations numériques sur des sous-variétés de et sur des produits cartésiens de ces sous-variétés. Enfin, nous appliquons le cadre établi sur une application réelle : le monitorage de la propagation des feux de forêt. En dotant l'espace abstrait des formes d'une structure de variété Riemannienne, nous sommes en mesure de concevoir un observateur pour ce problème de propagation de fronts, sous réserve d'avoir des données observationnelles de type formes. Ce travail établit ainsi un pont entre des avancées théoriques rigoureuses en conception d'observateurs, et l'application pratique dans des systèmes physiques complexes et contraints
Data-driven approaches for the inference of geometric internal anatomy from external measurements.
No full textCan we predict the shape of the inside of the human body by only seeing the outside shape? This ambitious question has driven my research since I arrived as an Associate Professor at the University of Grenoble Alpes in the Morpheo INRIA team six years ago. During this time, I had the pleasure to co-supervise three PhDs, which allowed us to answer this question affirmatively and which, in turn, instead transformed it into:at what level of precision can we predict the inside of the human body shape by seeing only the outside shape? To answer this question, first of all, we had to look for databases in which we observe the inside and the outside of the human body shape. These data are not common, and we often revamped their original purpose. Since we often observe the interior and exterior with different modalities, we worked with manyof them: surface scans, motion capture markers, MRI, CT, biplanar radiography, and DXA. We were interested in how to segment the structures of interest, how to register them, and which representation to use to model them and make possible the inference of the interior from the exterior. For the representations, we could also explore many variants, including depth maps, meshes, low-dimensional spaces, articulated kinematic models, or implicit functions. The first contribution I present in the manuscript concerns the spine segmentation in CT images. This segmentation was beneficial in the second contribution that I present, where we inferred the 3D shape of the spine from surface observations in the context of Adolescent Idiopathic Scoliosis. I then present the work in which, from the surface of the whole body, we predict the shape and position of the complete skeleton. I end by showing that it is also possible to predict volumetric soft and bone tissues from the external envelope of the body. This work validates the observation that “there is a strong link between the shape and motion of the body and the geometries of the internal anatomy.”. I conclude the manuscript with future research leads that could allow us to extract more internal information from surface measurements.Can we predict the shape of the inside of the human body by only seeing the outside shape? This ambitious question has driven my research since I arrived as an Associate Professor at the University of Grenoble Alpes in the Morpheo INRIA team six years ago. During this time, I had the pleasure to co-supervise three PhDs, which allowed us to answer this question affirmatively and which, in turn, instead transformed it into: at what level of precision can we predict the inside of the human body shape by seeing only the outside shape? To answer this question, first of all, we had to look for databases in which we observe the inside and the outside of the human body shape. These data are not common, and we often revamped their original purpose. Since we often observe the interior and exterior with different modalities, we worked with many of them: surface scans, motion capture markers, MRI, CT, biplanar radiography, and DXA. We were interested in how to segment the structures of interest, how to register them, and which representation to use to model them and make possible the inference of the interior from the exterior. For the representations, we could also explore many variants, including depth maps, meshes, low-dimensional spaces, articulated kinematic models, or implicit functions. The first contribution I present in the manuscript concerns the spine segmentation in CT images. This segmentation was beneficial in the second contribution that I present, where we inferred the 3D shape of the spine from surface observations in the context of Adolescent Idiopathic Scoliosis. I then present the work in which, from the surface of the whole body, we predict the shape and position of the complete skeleton. I end by showing that it is also possible to predict volumetric soft and bone tissues from the external envelope of the body. This work validates the observation that "there is a strong link between the shape and motion of the body and the geometries of the internal anatomy.". I conclude the manuscript with future research leads that could allow us to extract more internal information from surface measurements. iv RÉSUMÉ Peut-on prédire l'intérieur de la forme du corps humain en voyant seulement la forme extérieure ? Cette est la question qui a animé mes recherches depuis mon arrivée en tant que Maitre de Conférences à l'Université Grenoble Alpes, dans l'équipe projet Morpheo, il y a 6 ans. Pendant ce temps, j'ai eu le plaisir de co-encadrer 3 thèses, qui ont permis de répondre à cette question affirmativement et qui, à leur tour, l'ont plutôt transformée en : à quel niveau de précision peut-on prédire l'intérieur de la forme du corps humain en voyant seulement la forme extérieure ? Pour répondre à cette question, tout d'abord, nous avons dû chercher des bases de données dans lesquelles on observe l'intérieur et l'extérieur de la forme du corps humain. Ces données ne sont pas courantes, et nous avons souvent dû faire preuve d'originalité en détournant des bases de données de leur but initial. Comme l'intérieur et l'extérieur s'observent souvent avec des modalités différentes, nous en avons manipulé un grand nombre : scans surfaciques, marqueurs de capture du mouvement, imagerie IRM, CT, radiographie biplanaire et DXA. Nous nous sommes intéressés à comment segmenter les structures d'intérêt, à sa mise en correspondance ainsi qu'aux représentations pour les modéliser et faire possible l'inférence de l'intérieur à partir de l'extérieur. Côté modélisation, nous avons aussi exploré un grand nombre de variantes, qui incluent des cartes de profondeur, des maillages, des espaces de faible dimensionalité, des modèles cinématiques ou biomécaniques articulés et encore des fonctions implicites. La première contribution que je présente dans le manuscrit porte sur la segmentation de la colonne vertébrale dans de l'imagerie CT. Cette segmentation nous a été fort utile lors de la deuxième contribution que je présente, où nous avons inféré la forme 3D du rachis à partir d'observations surfaciques dans le cadre de la Scoliose Idiopathique de l'Adolescent. Je présente ensuite les travaux dans lesquels, à partir de la surface du corps entier, nous prédisons la forme et la position du squelette complet et je finis par montrer qu'il est possible aussi de prédire la localisation volumique des tissus mous et osseux à partir de l'enveloppe externe du corps. Ces travaux valident l'observation que "la forme et le mouvement du corps sont fortement liés aux géométries de l'anatomie internes". Je conclus le manuscrit avec des pistes où des futures recherches pourraient permettre d'extraire davantage d'informations internes à partir de mesures surfaciques.</div
Mécanisme et quantification de la photodésorption VUV : de glaces modèles à des analogues de glaces interstellaires
No full textMore than 300 molecules, from the simplest species to complex organic compounds, have been detected in the gas phase of the interstellar medium (ISM). In cold and dense regions (T<110 K), these species condense onto dust grains, forming icy mantles that act as molecular reservoirs. Yet, a fraction of them is still observed in the gas phase. This persistence cannot be explained by thermal desorption alone and requires non-thermal mechanisms, among which ultraviolet (VUV) photon-induced desorption plays a central role. A quantitative understanding of this process is crucial for astrochemical models aiming to reproduce observations from large telescopes (ALMA, NOEMA, JWST), but it remains limited by the scarcity of laboratory data covering the relevant energies and by the complexity of interstellar ices. This thesis aims to characterize and quantify VUV photon-induced desorption, from simple model systems (CO, CO2) to mixtures representative of astrophysical ices (H2O, CO2, CO). The methodology combines (i) photon-energy-dependent studies using the VUV DESIRS beamline (7-14eV) at the SOLEIL synchrotron, and (ii) fixed-energy studies with a pulsed VUV laser source at the MONARIS laboratory (~8eV). Desorption yields are measured using quadrupole mass spectrometry, while laser-REMPI-time-of-flight coupling is employed to probe the internal and kinetic energies of desorbed molecules. The first focus is a detailed study of CO photodesorption at 15 K, with the laser tuned to bands of the A-X transition (7.8eV or 8.5 eV) of solid CO. Molecules desorb without vibrational excitation and with little rotational or translational energy (a few hundred meV). Correlations between translational and rotational energies are observed and discussed. The energy distributions are in excellent agreement with results from quantum molecular dynamics simulations, validating the proposed indirect desorption model. The second focus investigates the influence of flux and fluence on CO2 photodesorption. CO2 photodesorption follows a DIET (Desorption Induced by Electronic Transition) mechanism, independent of flux and correlated with bulk chemistry. In contrast, the photodesorption of photoproducts CO and O2 shows a strong flux dependence, reflecting surface chemistry involving the diffusion of “hot” oxygen atoms. This distinction highlights the need to couple photodesorption and photochemistry to understand the evolution of interstellar ices. At high fluxes, competing pathways (O+O→O2, O+CO→CO2) reduce the overall efficiency, emphasizing the need for caution when extrapolating to the low astrophysical flux regime. Finally, the thesis explores more realistic systems: layered ices of CO or CO2 on H2O, followed by binary and ternary mixtures of H2O:CO2:CO. Beyond the major species, the photodesorption of organic molecules (HCO, H2CO, H3CO, HCOOH) is detected; in some cases, the yields of H2CO rival those of H2O or CO2, underlining that photodesorption actively contributes to the molecular complexity of the interstellar gas. “Astrophysical” yields, integrated over different UV fields (ISRF, secondary UV), are proposed for several species, providing direct constraints for models. These results demonstrate the limitations of using yields measured from pure ices. By providing a detailed experimental characterization of VUV photodesorption yields and mechanisms in ices of increasing complexity, this thesis establishes the quantitative foundations needed to interpret observations of cold ISM regions and to understand how interstellar ices contribute to the emergence of molecular complexity in the Universe.Plus de 300 molécules, des plus simples à des molécules organiques complexes ont été détectées dans les phase gazeuses du milieu interstellaire (MIS). Dans les régions froides et denses (T<110 K), ces espèces, se condensent sur les grains de poussière et forment des manteaux de glace, véritables réservoirs moléculaires. Pourtant, une fraction d'entre elles est observée en phase gazeuse. Ce maintien ne peut s'expliquer par la seule désorption thermique et implique des mécanismes non thermiques, parmi lesquels la photodésorption induite par le rayonnement ultraviolet lointain (VUV). Comprendre quantitativement ce processus est essentiel pour pour les modèles astrochimiques qui visent à reproduire les observations de grands télescopes (ALMA, NOEMA, JWST), mais reste limité par le manque de données de laboratoire couvrant les énergies pertinentes et par la complexité des glaces interstellaires. Cette thèse vise à caractériser et quantifier la photodésorption induite par photons VUV, depuis des systèmes modèles purs (CO, CO2) jusqu'à des mélanges représentatifs des glaces astrophysiques (H2O, CO2, CO). La méthodologie combine (i) des études en fonction de l'énergie de photons avec la ligne VUV DESIRS (7-14 eV) du synchrotron SOLEIL et (ii) des études à énergie fixe avec une source laser VUV pulsée au laboratoire MONARIS (~8eV). Les rendements sont mesurés par spectrométrie de masse quadripolaire, et le couplage laser-REMPI-temps de vol permet de sonder l'énergie interne et cinétique des molécules désorbées. Un premier axe concerne l'étude détaillée de la photodésorption de CO à 15 K, avec un laser accordé sur des bandes de la transition A-X (7.8 eV ou 8.5 eV) du CO solide. Les molécules désorbent sans excitation vibrationnelle et avec peu d'énergie rotationnelle et translationnelle (quelques centaines de meV). Des corrélations observées entre les énergies de translation et de rotation sont discutées. Les distributions d'énergie sont en excellents accord avec celles issues de simulations de dynamiques moléculaires quantiques, ce qui valide le modèle de désorption indirect proposé. Le second axe étudie l'influence du flux et de la fluence sur la photodésorption de CO2. La photodésorption de CO2 suit un mécanisme DIET (Desorption Induced by Electronic Transition), indépendante du flux et corrélée à la chimie du volume. En revanche, la photodésorption de CO et O2 photoproduits dépend fortement du flux et traduit une chimie de surface impliquant la diffusion d'atomes d'oxygène « chauds ». Cette distinction souligne l'importance de coupler photodésorption et photochimie pour comprendre l'évolution des glaces interstellaires. À haut flux, des voies concurrentes (O+O→O2, O+CO→CO2) limitent l'efficacité globale, appelant à une extrapolation prudente vers les faibles flux astrophysiques. Enfin, la thèse explore des systèmes plus réalistes : systèmes en couches de CO ou CO2 sur H2O puis mélanges binaires et ternaires H2O:CO2:CO. Outre les espèces majeures, la photodésorption d'espèces organiques (HCO, H2CO, H3CO, HCOOH) est mise en évidence ; dans certains cas, les rendements de H2CO rivalisent avec ceux de H2O ou CO2, soulignant que la photodésorption contribue activement à la complexité moléculaire du gaz interstellaire. Des rendements « astrophysiques », intégrés sur différents champs UV (ISRF, UV secondaire), sont proposés pour plusieurs espèces, fournissant des contraintes directes aux modèles. Ces résultats démontrent l'impossibilité d'utiliser des rendements mesurés sur des glaces pures. En fournissant une caractérisation expérimentale détaillée des rendements et mécanismes de photodésorption VUV dans des glaces de complexité croissante, cette thèse établit des bases quantitatives indispensables pour interpréter les observations des régions froides du MIS et comprendre comment les glaces interstellaires participent à l'émergence de la complexité moléculaire dans l'Univers
Instrument de spectroscopie (sub-)millimétrique pour la détection des émissions volatiles du sol
No full textSoil is a dynamic, living medium that hosts diverse microorganisms responsible for nutrient cycling, plant growth promotion, pathogen suppression, and stress resilience. Among the products of microbial metabolism are volatile organic compounds (VOCs), which serve as powerful indicators of soil quality and health. However, conventional VOC detection techniques remain underutilized, largely due to the low rate of compound identification. This research investigates the use of experimental rotational spectroscopy to enhance soil VOC detection by providing molecular structural information. To this end, a submillimeter-wave spectrometer was developed, specifically designed for the detection and identification of soil VOCs. The spectrometer, based on photomixing, was assembled, calibrated, and validated, with improvements proposed to enable accurate detection of gas mixtures. Additionally, the metabolomic characteristics of three environmental bacterial strains were examined, and their growth kinetics were measured in a common nutrient medium. On-demand production of bacterial VOC mixtures will contribute to validating the instrument for applications in environmental microbiology.Le sol est un milieu vivant dynamique qui abrite une diversité de micro-organismes responsables du cycle des nutriments, de la promotion de la croissance des plantes, de la suppression des agents pathogènes et de la résilience face aux stress. Parmi les produits du métabolisme des micro-organismes du sol figurent les composés organiques volatils (COVs), qui constituent de puissants indicateurs de la qualité et de la santé des sols. Toutefois, une analyse des techniques conventionnelles de détection des VOCs montre que leur potentiel reste sous-exploité, en grande partie en raison du faible taux d’identification des composés. Cette recherche explore l’utilisation de la spectroscopie rotationnelle expérimentale afin d’améliorer la détection des COV du sol en fournissant des informations sur la structure moléculaire. À cette fin, un spectromètre à ondessubmillimétriques a été développé, spécifiquement conçu pour la détection et l’identification des VOCs du sol. Le spectromètre, basé sur le photomélange, a été assemblé, calibré, et validé. Les points d’améliorations ont été proposé afin de permettre une détection précise des mélanges gazeuses. Par ailleurs, les caractéristiques métabolomiques de trois souches bactériennes environnementales ont été examinés, et leurs cinétiques de croissance ont été mesurées dans un milieu nutritif commun. La production à la demande de mélanges de COV bactériens contribuera à valider l’instrument pour un usage en microbiologie environnementale
Conception, caractérisation et évaluation de la sécurité des fonctions physiques non clonables
No full textAt a time when embedded system security is becoming a strategic concern, all hardware security primitives can become targets of physical attacks. Among these, fault injection attacks aim to disrupt the circuit’s operation in order to extract sensitive data or gain unauthorized access. Laser fault injection is one of the most powerful techniques in this field: for example, using an infrared laser, it is possible to change the state of a flip-flop or corrupt instructions during their read from Flash memory. Beyond these logical effects, lasers also induce significant thermal effects that can permanently affect the circuit’s behavior.In this context, this thesis focuses on thermal attacks, whether localized (by laser beam) or global (by heating the entire circuit). The main objective of the thesis is to model and experimentally characterize the impact of temperature on hardware security primitives, particularly ring oscillator PUFs (RO-PUFs), in order to assess their vulnerability level against such disturbances. This thesis also includes the development of countermeasures to enhance the robustness of circuits against thermal attacks. Finally, the feasibility of attacks on fully powered-off targets will be studied, aiming to evaluate the current limits of threat models.À l’heure où la sécurité des systèmes embarqués devient un enjeu stratégique, toutes les primitives de sécurité matérielles peuvent devenir la cible d’attaques physiques. Parmi celles-ci, les attaques par injection de fautes visent à perturber le fonctionnement du circuit afin d’extraire des données sensibles ou d’obtenir un accès non autorisé. L’injection de fautes par laser est l’une des techniques les plus puissantes dans ce domaine : elle permet, par exemple, à l’aide d’un laser infrarouge, de modifier l’état d’une bascule ou de corrompre des instructions lors de leur lecture en mémoire Flash. Au-delà de ces effets logiques, les lasers induisent également des effets thermiques importants, pouvant affecter durablement le comportement du circuit.Dans ce contexte, cette thèse s’intéresse aux attaques thermiques, qu’elles soient localisées (par faisceau laser) ou globales (par chauffage de l’ensemble du circuit). L’objectif principal de la thèse est de modéliser et caractériser expérimentalement l’impact de la température sur des primitives de sécurité matérielle, en particulier les PUFs à oscillateurs en anneau (RO-PUFs), afin d’évaluer leur niveau de vulnérabilité face à de telles perturbations. Cette thèse inclut aussi le développement de contremesures pour renforcer la robustesse des circuits face aux attaques thermiques. Enfin, la faisabilité d’attaques sur des cibles totalement hors tension sera étudiée, dans le but d’évaluer les limites actuelles des modèles de menace