Dans cette thèse, une nouvelle manière de générer des nombres pseudo-aléatoires est présentée.La proposition consiste à mixer deux générateurs exitants avec des itérations chaotiquesdiscrètes, qui satisfont à la définition de chaos proposée par Devaney. Un cadre rigoureux estintroduit, dans lequel les propriétés topologiques du générateur résultant sont données. Deuxréalisations pratiques d’un tel générateur sont ensuite présentées et évaluées. On montre que lespropriétés statistiques des générateurs fournis en entrée peuvent être grandement améliorées enprocédant ainsi. Ces deux propositions sont alors comparées, en profondeur, entre elles et avecun certain nombre de générateurs préexistants. On montre entre autres que la seconde manièrede mixer deux générateurs est largement meilleure que la première, à la fois en terme de vitesseet de performances.Dans la première partie de ce manuscrit, la fonction d’itérations considérée est la négation vectorielle.Dans la deuxième partie, nous proposons d’utiliser des graphes fortement connexescomme critère de sélection de bonnes fonctions d’itérations. Nous montrons que nous pouvonschanger de fonction sans perte de propriétés pour le générateur obtenu. Finalement, une illustrationdans le domaine de l’information dissimulée est présentée, et la robustesse de l’algorithmede tatouage numérique proposé est évalué. / In this thesis, a new way to generate pseudorandom numbers is presented. The propositionis to mix two exiting generators with discrete chaotic iterations that satisfy the Devaney’sdefinition of chaos. A rigorous framework is introduced, where topological properties of theresulting generator are given, and two practical designs are presented and evaluated. It is shownthat the statistical quality of the inputted generators can be greatly improved by this way, thusfulfilling the up-to-date standards. Comparison between these two designs and existing generatorsare investigated in details. Among other things, it is established that the second designedtechnique outperforms the first one, both in terms of performance and speed.In the first part of this manuscript, the iteration function embedded into chaotic iterations isthe vectorial Boolean negation. In the second part, we propose a method using graphs havingstrongly connected components as a selection criterion.We are thus able to modify the iterationfunction without deflating the good properties of the associated generator. Simulation resultsand basic security analysis are then presented to evaluate the randomness of this new family ofpseudorandom generators. Finally, an illustration in the field of information hiding is presented,and the robustness of the obtained data hiding algorithm against attacks is evaluated.

La stéganographie est l’art de la dissimulation de l’information secrète dans un médium donné (cover) de sorte que le médium résultant (stégo) soit quasiment identique au médium cover. De nos jours, avec la mondialisation des échanges (Internet, messagerie et commerce électronique), s’appuyant sur des médiums divers (son, image, vidéo), la stéganographie moderne a pris de l’ampleur. Dans ce manuscrit, nous avons étudié les méthodes de stéganographie LSB adaptatives, dans les domaines spatial et fréquentiel (DCT, et DWT), permettant de cacher le maximum d’information utile dans une image cover, de sorte que l’existence du message secret dans l’image stégo soit imperceptible et pratiquement indétectable. La sécurité du contenu du message, dans le cas de sa détection par un adversaire, n’est pas vraiment assurée par les méthodes proposées dans la littérature. Afin de résoudre cette question, nous avons adapté et implémenté deux méthodes (connues) de stéganographie LSB adaptatives, en ajoutant un système chaotique robuste permettant une insertion quasi-chaotique des bits du message secret. Le système chaotique proposé consiste en un générateur de séquences chaotiques robustes fournissant les clés dynamiques d’une carte Cat 2-D chaotique modifiée. La stéganalyse universelle (classification) des méthodes de stéganographie développées est étudiée. A ce sujet, nous avons utilisé l’analyse discriminante linéaire de Fisher comme classifieur des vecteurs caractéristiques de Farid, Shi et Wang. Ce choix est basé sur la large variété de vecteurs caractéristiques testés qui fournissent une information sur les propriétés de l’image avant et après l’insertion du message. Une analyse des performances des trois méthodes de stéganalyse développées, appliquées sur des images stégo produites par les deux méthodes de stéganographie LSB adaptatives proposées, est réalisée. L’évaluation des résultats de la classification est réalisée par les paramètres: sensibilité, spécificité, précision et coefficient Kappa. / Steganography is the art of the dissimulation of a secret message in a cover medium such that the resultant medium (stego) is almost identical to the cover medium. Nowadays, with the globalization of the exchanges (Internet, messaging and e-commerce), using diverse mediums (sound, embellish with images, video), modern steganography is widely expanded. In this manuscript, we studied adaptive LSB methods of stéganography in spatial domain and frequency domain (DCT, and DWT), allowing of hiding the maximum of useful information in a cover image, such that the existence of the secret message in the stégo image is imperceptible and practically undetectable. Security of the message contents, in the case of its detection by an opponent, is not really insured by the methods proposed in the literature. To solve this question, we adapted and implemented two (known) methods of adaptive stéganographie LSB, by adding a strong chaotic system allowing a quasi-chaotic insertion of the bits of the secret message. The proposed chaotic system consists of a generator of strong chaotic sequences, supplying the dynamic keys of a modified chaotic 2D Cat map. Universal steganalysis (classification) of the developed methods of stéganography, is studied. On this question, we used the linear discriminating analysis of Fisher as classifier of the characteristic vectors of Farid, Shi and Wang. This choice is based on the wide variety of tested characteristic vectors that give an information about the properties of the image before and after message insertion. An analysis of the performances of three developed methods of steganalysis, applied to the produced stego images by the proposed adaptive methods of stéganography, is realized. Performance evaluation of the classification is realized by using the parameters: sensibility, specificity, precision and coefficient Kappa.

Dans ce travail de thèse, nous développons des méthodes de synchronisation des systèmes chaotiques pour les applications de transmission d'informations. La première méthode de synchronisation que nous proposons est basée sur les observateurs adaptatifs à entrées inconnues pour une classe des systèmes chaotiques présentant des incertitudes paramétriques et des perturbations dans leurs dynamiques et du bruit dans les signaux de sortie (bruit dans le canal de communication). La méthode développée repose sur les techniques adaptatives pour la compensation des non-linéarités et des incertitudes paramétriques et pour la restauration des messages transmis. Elle se base également sur les méthodes de synthèse d'observateurs à entrées inconnues pour supprimer l'influence des perturbations et du bruit. Ensuite, nous développons une deuxième méthode de synchronisation utilisant un observateur adaptatif à ``modes glissants" pour une classe des systèmes chaotiques présentant des entrées inconnues et dont les signaux de sortie sont bruités. La synthèse de l'observateur s'appuie sur la théorie des modes glissants, les techniques de synthèse d'observateurs singuliers et les techniques adaptatives dans le but d'estimer conjointement l'état et les entrées inconnues malgré la présence du bruit dans les équations de sortie. Cette approche de synchronisation est ensuite employée dans un nouveau schéma de communication chaotique sécurisée dont l'objectif est d'augmenter le nombre et l'amplitude des messages transmis, améliorer le niveau de sécurité ainsi que la robustesse aux bruits présents dans le canal de communication. En outre, le scénario de présence des retards de transmission est étudié en élaborant une troisième approche de synchronisation à base d'observateurs adaptatifs pour une classe des systèmes chaotiques de Lur'e avec des non-linéarités à pente restreinte et des signaux de sortie retardés. En se basant sur la théorie de Lyapunov-Krasovskii et en utilisant une hypothèse d'excitation persistante, l'observateur adaptatif proposé garantit la synchronisation maitre-esclave et la restauration des informations transmises malgré l'existence des retards de transmission. Les résultats théoriques obtenus dans ce travail de thèse sont vérifiés à travers des applications de transmission d'informations utilisant différents modèles des systèmes chaotiques tout en étudiant les différents scénarios et cas de figure pouvant se présenter en pratique et en analysant les aspects de sécurité de ces systèmes. / In this thesis, we develop synchronization methods of chaotic systems for information transmission applications. The first proposed method is based on adaptive unknown input observers for a class of chaotic systems subject to parametric uncertainties and perturbations in their dynamics and noise in outputs signals (Channel communication noise). The developed method is based on adaptive techniques to compensate nonlinearities to compensate nonlinearities and parametric uncertainties and to reconstruct the transmitted messages. Furthermore, this approach is based on unknown input observers design to reject the influence of perturbations and noise. Then, we develop a second synchronization method using an adaptive ``sliding mode” observer for a class of chaotic systems subject to unknown inputs and such that the output equations are subject to noise. The observer design is based on sliding modes theory, descriptor observers design and adaptive control in order to join state and unknown input estimation despite the presence of noise in output equations. The latter synchronization approach is then exploited in a new secured communication scheme where the objective is to increase the number and amplitude of the transmitted messages, improve the level of security and the robustness to noise present in the communication channel. Moreover, the case of presence of transmission time-delays was investigated and a synchronization approach based on adaptive observers for a class of Lur’e systems with slope restricted nonlinearities and delayed outputs. Based on the Lyapunov-Krasovskii theory and using a persistency of excitation property, the proposed adaptive observer ensures master-slave synchronization and the reconstruction of the transmitted messages despite the existence of transmission time-delays. The obtained theoretical results in this thesis are verified through transmission information applications using different models of chaotic systems in different scenarios and case-studies which may occur in practice. Cryptanalysis and security aspects of the proposed communication systems are also investigated.

Dans cette thèse nous proposons de développer un système d’imagerie ultrasonore innovante de micro- défauts basé sur l’utilisation conjointe de techniques d’acoustique non linéaire et du concept de "transducteur à cavité chaotique". Ce transducteur correspond à la combinaison d’une céramique piézoélectrique collée sur une cavité de forme chaotique et du principe de retournement temporel. La faisabilité et les performances de ce nouveau système sont explorées par des simulations numériques. Des paramètres optimaux d’utilisation pour une implémentation expérimentale sont proposés. Une grande partie des travaux menés dans le cadre de cette thèse se concentre sur le développement d’outils numériques permettant l’amélioration de telles techniques d’imagerie. Un schéma d’éléments finis de type Galerkin Discontinu (GD) est étendu à l’élastodynamique non linéaire. Un type de zone absorbante parfaitement adaptée, appelée "Nearly Perfectly Matched Layer" (NPML) a aussi été développé. Dans le cas de matériaux orthotropes, comme des problèmes de stabilité apparaissent, un mélange de NPML et de zone atténuante, dont on contrôle la proportion respective, est introduit afin de stabiliser les NPML. Une validation expérimentale du concept de "transducteur à cavité chaotique" pour la focalisation dans un milieu solide, réverbérant ou non, en utilisant une seule source est réalisée. Les méthodes de retournement temporel et de filtre inverse sont présentées et comparées. La démonstration expérimentale qu’un "transducteur à cavité chaotique" peut être utilisé conjointement avec les méthodes d’inversion d’impulsion afin de réaliser une image de non linéarités localisées est présentée / In this thesis we propose the development of an innovative micro-damage imaging system based on a combination of Nonlinear Elastic Wave Spectroscopy techniques and “chaotic cavity transducer” concept. It consists of a combination of a PZT ceramic glued to a cavity of chaotic shape with the time reversal principle. The feasibility and capabilities of these new ideas is explored by numerical simulations, and optimal operational parameters for experimental implementation are suggested based on the modelling support. A large part of the research work conducted in this thesis is concentrated on the development of numerical simulation tools to help the improvement of such nonlinear imaging methods. A nodal Discontinuous Galerkin Finite Element Method (DG-FEM) scheme is extended to nonlinear elasto-dynamic including source terms. A Perfectly Matched Layer absorbing boundary condition well adapted to the DG-FEM scheme, called Nearly Perfectly Matched Layer (NPML), is also developed. In the case of orthotropic material as stability problems appear, a mixture of NPML and sponge layer, with a controllable ratio of these two kinds of absorbing layers, is introduced. The experimental validation of “chaotic cavity transducer” to focalize in reverberant and non-reverberant solid media with only one source is made. Classical time reversal, inverse filter and 1 Bit time reversal process are discussed and compared. The experimental demonstration of the use of a “chaotic cavity transducer”, in combination with the pulse inversion and 1-bit methods, to obtain an image of localized nonlinearity is made. This opens the possibility for high resolution imaging of nonlinear defects

L'objectif de cette thèse était de développer des méthodes de synthèse d'observateurs offrant des conditions de synthèse non contraignantes. Trois méthodes ont été proposées et différentes classes de systèmes ont été traitées. La première est la méthode de transformation en système LPV basée sur l'utilisation du théorème des accroissements finis (DMVT). Cette technique, qui fournit des conditions de synthèse non restrictives, est étendue à plusieurs classes de systèmes non linéaires tels que les systèmes non différentiables, les systèmes à sorties non linéaires, les systèmes à entrées inconnues, les systèmes à retard et les systèmes à temps discret. La seule limitation liée à la méthode est le fait qu'elle n'est applicable que pour des non-linéarités à jacobiennes bornées. Afin de surmonter cette limitation, une deuxième méthode est obtenue en combinant la technique du DMVT avec une nouvelle structure d'observateurs de type Luenberger généralisés. Grâce à cette structure, de nouvelles conditions de synthèse sont établies. Ces conditions sont valables même si la jacobienne de la non-linéarité n'est pas bornée. Par ailleurs, une nouvelle méthode de synthèse d'observateurs spécifique aux systèmes à temps discret est également proposée. Cette méthode utilise la condition de Lipschitz conjointement avec la fonction de Lyapunov standard. Des améliorations, qui permettent d'obtenir des conditions de synthèse non contraignantes, sont ensuite proposées en faisant appel à une nouvelle fonction de Lyapunov plus générale (qui tient compte de la non-linéarité du système) et à un observateur de Luenberger généralisé (OLG) qui permet de réduire l'effet de la constante de Lipschitz. Enfin, les résultats obtenus sont validés par une application à la synchronisation et au cryptage/décryptage dans les systèmes de communications chaotiques

Cette thèse considère quatre systèmes physiques complexes pour lesquels il est exceptionnellement possible d’identifier des variables lentes qui contrôlent l'évolution à temps long du système complet. La séparation d'échelle de temps entre ces variables lentes et les autres variables permet d'utiliser la technique de moyennisation stochastique pour obtenir une dynamique effective pour les variables lentes. Cette thèse considère la possibilité de prédire les événements rares dans le système solaire. Nous avons étudié deux types d’événements rares. Le premier est un renversement possible de l'axe de rotation de la Terre en l'absence des effets de marée de la Lune. Le second est la désintégration de l'ensemble du système solaire interne suite à une instabilité dans l'orbite de Mercure. Pour chacun des deux problèmes, il existe des variables lentes non triviales, qui ne sont pas données par des variables physiques naturelles. La moyennisation stochastique a permis de découvrir le mécanisme physique qui conduit à ces événements rares et de donner, par une approche purement théorique, l'ordre de grandeur de la probabilité de ces phénomènes. Nous avons également montré que la déstabilisation de Mercure sur un temps inférieur à l'âge du système solaire obéit à un mécanisme d'instanton bien décrit par la théorie des grandes déviations. Le travail effectué dans cette thèse ouvre donc un nouveau champ d'action pour l'utilisation d'algorithmes de calcul d'événements rares. Nous avons utilisé pour la première fois les théorèmes de moyennisation stochastique dans le cadre de la mécanique céleste pour quantifier l'effet stochastique des astéroïdes sur la trajectoire des planètes. Enfin, une partie du travail porte sur un problème de turbulence géophysique: dans l'atmosphère de Jupiter, on peut observer des structures zonales (jets) à grande échelles évoluant beaucoup plus lentement que les tourbillons environnants. Nous montrons qu'il est pour la première fois possible d'obtenir explicitement le profil de ces jets par moyennisation des degrés de liberté turbulents rapides. / The present thesis describes four complex dynamical systems. In each system, the long-term behavior is controlled by a few number of slow variables that can be clearly identified. We show that in the limit of a large timescale separation between the slow variables and the other variables, stochastic averaging can be performed and leads to an effective dynamics for the set of slow variables. This thesis also deals with rare events predictions in the solar system. We consider two possible rare events. The first one is a very large variation of the spin axis orientation of a Moonless Earth. The second one is the disintegration of the inner solar system because of an instability in Mercury’s orbit. Both systems are controlled by non-trivial slow variables that are not given by simple physical quantities. Stochastic averaging has led to the discovery of the mechanism leading to those rare events and gives theoretical bases to compute the rare events probabilities. We also show that Mercury’s short-term destabilizations (compared to the age of the solar system) follow an instanton mechanism, and can be predicted using large deviation theory. The special algorithms devoted to the computation of rare event probabilities can thus find surprising applications in the field of celestial mechanics. We have used for the first time stochastic averaging in the field of celestial mechanics to give a relevant orders of magnitude for the long-term perturbation of planetary orbits by asteroids. A part of the work is about geophysical fluid mechanics. In Jupiter atmosphere, large scale structures (jets) can be observed, the typical time of evolution of which is much larger than that of the surrounding turbulence. We show for the first time that the mean wind velocity can be obtained explicitly by averaging the fast turbulent degrees of freedom.

Un code correcteur d'erreur ajoute de la redondance à un message afin de pouvoir corriger celui-ci lorsque des erreurs se sont introduites pendant la transmission. Les codes convolutifs sont des codes performants, et par conséquent, souvent utilisés. Le principe d'un code convolutif consiste à se fixer une fonction de transfert définie sur le groupe des entiers relatifs et à effectuer la convolution d'un message avec cette fonction de transfert. Ces codes ne protègent pas le message d'une interception par une tierce personne. C'est pourquoi nous proposons dans cette thèse, des codes convolutifs avec des propriétés cryptographiques, définis sur des groupes non-commutatifs. Nous avons tout d'abord étudié les codes définis sur le groupe diédral infini, qui, malgré de bonnes performances, n'ont pas les propriétés cryptographiques recherchées. Nous avons donc étudié ensuite des codes convolutifs en bloc sur des groupes finis, avec un encodage variable dans le temps. Nous avons encodé chaque message sur un sous-ensemble du groupe différent à chaque encodage. Ces sous-ensembles sont générés de façon chaotique à partir d'un état initial, qui est la clé du cryptosystème symétrique induit par le code. Nous avons étudié plusieurs groupes et plusieurs méthodes pour définir ces sous-ensembles chaotiques. Nous avons étudié la distance minimale des codes que nous avons conçus et montré qu'elle est légèrement plus petite que la distance minimale des codes en blocs linéaires. Cependant, nous avons, en plus, un cryptosystème symétrique associé à ces codes. Ces codes convolutifs non-commutatifs sont donc un compromis entre correction d'erreur et sécurité. / An error correcting code adds redundancy to a message in order to correct it when errors occur during transmission.Convolutional codes are powerful ones, and therefore, often used. The principle of a convolutional code is to perform a convolution product between a message and a transfer function, both defined over the group of integers. These codes do not protect the message if it is intercepted by a third party. That is why we propose in this thesis, convolutional codes with cryptographic properties defined over non-commutative groups. We first studied codes over the infinite dihedral group, which despite good performance, do not have the desired cryptographic properties. Consequently, we studied convolutional block codes over finite groups with a time-varying encoding. Every time a message needs to be encoded, the process uses a different subset of the group. These subsets are chaotically generated from an initial state. This initial state is considered as the symmetric key of the code-induced cryptosystem. We studied many groups and many methods to define these chaotic subsets. We examined the minimum distance of the codes we conceived and we showed that it is slightly smaller than the minimum distance of the linear block codes. Nevertheless, our codes have, in addition, cryptographic properties that the others do not have. These non-commutative convolutional codes are then a compromise between error correction and security.

L’objectif de cette thèse était de développer une méthode de synthèse de commande par retour d’état puis par observateurs offrant des conditions de synthèse non contraignantes dans le cas de systèmes non linéaires à temps discret. Dans cette méthode, est mise en exergue l’importance du choix de la description des systèmes sur l’étendue des résultats pouvant être obtenus lorsque la méthode d’étude de la stabilité est fixée. Ainsi l’utilisation des normes vectorielles comme fonction d’agrégation et du critère pratique de Borne et Gentina pour l’étude de la stabilité, associée à la description des systèmes par des matrices caractéristiques de forme en flèche de Benrejeb, a conduit à l’élaboration de nouvelles conditions suffisantes de stabilisation de systèmes dynamiques discrets non linéaires, formulées en théorèmes et corollaires. Ces résultats obtenus, sont ensuite exploités, avec succès, pour la formulation de nouvelles conditions suffisantes de vérification des propriétés de synchronisation pour les systèmes hyperchaotiques à temps discrets. Ensuite, le cas de synthèse d’observateur est validé dans deux types de transmission chaotique / The objective of this thesis was to develop a method for synthesizing control state feedback and observers by offering soft synthesis conditions in the case of nonlinear discrete-time systems. In this method, is highlighting the importance of choosing the systems description of the scope of what can be achieved when the stability study method is fixed. The use of of vector norms as an aggregation function and the practical Borne-Gentina criterion for stability study, associated to arrow form matrix of Benrejeb for system discription, lead to the development of new sufficient conditions for stabilization of nonlinear discrete dynamical systems, formulated as theorems and corollaries. These results are then used, with success, for the formulation of new sufficient conditions for checking properties of hyperchaotiques synchronization for discrete-time systems. Then, the synthesis of observer is validated in two types of chaotic transmission

Les systèmes dynamiques discrets, œuvrant en itérations chaotiques ou asynchrones, se sont avérés être des outils particulièrement intéressants à utiliser en sécurité informatique, grâce à leur comportement hautement imprévisible, obtenu sous certaines conditions. Ces itérations chaotiques satisfont les propriétés de chaos topologiques et peuvent être programmées de manière efficace. Dans l’état de l’art, elles ont montré tout leur intérêt au travers de schémas de tatouage numérique. Toutefois, malgré leurs multiples avantages, ces algorithmes existants ont révélé certaines limitations. Cette thèse a pour objectif de lever ces contraintes, en proposant de nouveaux processus susceptibles de s’appliquer à la fois au domaine du tatouage numérique et au domaine de la stéganographie. Nous avons donc étudié ces nouveaux schémas sur le double plan de la sécurité dans le cadre probabiliste. L’analyse de leur biveau de sécurité respectif a permis de dresser un comparatif avec les autres processus existants comme, par exemple, l’étalement de spectre. Des tests applicatifs ont été conduits pour stéganaliser des processus proposés et pour évaluer leur robustesse. Grâce aux résultats obtenus, nous avons pu juger de la meilleure adéquation de chaque algorithme avec des domaines d’applications ciblés comme, par exemple, l’anonymisation sur Internet, la contribution au développement d’un web sémantique, ou encore une utilisation pour la protection des documents et des donnés numériques. Parallèlement à ces travaux scientifiques fondamentaux, nous avons proposé plusieurs projets de valorisation avec pour objectif la création d’une entreprise de technologies innovantes. / Discrete dynamical systems by chaotic or asynchronous iterations have proved to be highly interesting toolsin the field of computer security, thanks to their unpredictible behavior obtained under some conditions. Moreprecisely, these chaotic iterations possess the property of topological chaos and can be programmed in anefficient way. In the state of the art, they have turned out to be really interesting to use notably through digitalwatermarking schemes. However, despite their multiple advantages, these existing algorithms have revealedsome limitations. So, these PhD thesis aims at removing these constraints, proposing new processes whichcan be applied both in the field of digital watermarking and of steganography. We have studied these newschemes on two aspects: the topological security and the security based on a probabilistic approach. Theanalysis of their respective security level has allowed to achieve a comparison with the other existing processessuch as, for example, the spread spectrum. Application tests have also been conducted to steganalyse and toevaluate the robustness of the algorithms studied in this PhD thesis. Thanks to the obtained results, it has beenpossible to determine the best adequation of each processes with targeted application fields as, for example,the anonymity on the Internet, the contribution to the development of the semantic web, or their use for theprotection of digital documents. In parallel to these scientific research works, several valorization perspectiveshave been proposed, aiming at creating a company of innovative technology.

Les systèmes « excitables » sont omniprésents dans la nature, le plus paradigmatique d'entre eux étant le neurone, qui répond de façon « tout ou rien » aux perturbations externes. Cette particularité étant clairement établie comme l'un des points clé pour le fonctionnement des systèmes nerveux, son analyse dans des systèmes modèles (mathématiques ou physiques) peut d'une part aider à la compréhension de la dynamique d'ensembles de neurones couplés et d'autre part ouvrir des voies pour un traitement neuromimétique de l'information. C'est dans cette logique que s'inscrit la préparation de cette thèse de doctorat. Dans ce mémoire, nous utilisons des systèmes basés sur des lasers à semiconducteur pour d'une part modéliser des systèmes excitables ou des ensembles de systèmes neuromimétiques couplés et d'autre part pour contrôler (grâce à l'optogénétique) des canaux ioniques impliqués dans l'émission de potentiels d'action par des neurones de mammifères. Le long du premier chapitre, nous présentons de manière synthétique les concepts dynamiques sur lesquels nous nous appuierons dans la suite du manuscrit. Par la suite, nous décrivons brièvement le contexte de ce travail du point de vue de la synchronisation, notamment de cellules excitables. Enfin, nous discutons le contexte applicatif potentiel de ces travaux, c’est-à-dire l'utilisation de systèmes photoniques dits « neuromimétiques » dans le but de traiter de l'information. Dans le chapitre 2, nous analysons tout d'abord du point de vue théorique et bibliographique le caractère excitable d'un laser à semiconducteur sous l'influence d'un forçage optique cohérent. Par la suite, nous détaillons nos travaux expérimentaux d'abord, puis numériques et théoriques, sur la réponse de ce système « neuromimétique » à des perturbations répétées dans le temps. Tandis que le modèle mathématique simplifié prévoit un comportement de type intégrateur en réponse a des perturbations répétées, nous montrons que le comportement est en fait souvent résonateur, ce qui confère à ce système la propriété étonnante d'émettre une impulsion seulement s'il reçoit deux perturbations séparées d'un intervalle de temps bien précis. Nous montrons également que ce système peut convertir des perturbations de différente intensité en une série d'impulsions toutes identiques mais dont le nombre dépend de l'intensité de la perturbation incidente. Dans le chapitre 3, nous analysons (de nouveau expérimentalement, puis numériquement et théoriquement) le comportement dynamique d'un réseau de lasers à semiconducteur couplés dans un régime de chaos lent-rapide. Nous nous basons sur une étude antérieure montrant qu'un seul de ces éléments peut présenter une dynamique neuromimétique (en particulier l'émission chaotique d'impulsions originant du phénomène de canard). De façon surprenante pour un système ayant un si grand nombre de degrés de liberté, nous observons une dynamique qui semble chaotique de basse dimension. Nous examinons l'impact des propriétés statistiques de la population considérée sur la dynamique et relions nos observations expérimentales et numériques à l'existence d'une variété critique calculable analytiquement pour le champ moyen et près duquel converge la dynamique grâce au caractère lent-rapide du système. Dans le chapitre 4 enfin, nous présentons une brève étude expérimentale de la réponse de cellules biologiques à des perturbations lumineuses. En effet, les techniques optogénétiques permettent de rendre des cellules (en particulier des neurones) sensibles à la lumière grâce au contrôle optique de l'ouverture et de la fermeture de canaux ioniques. Ainsi, après avoir étudié dans les chapitres précédents des systèmes optiques sur la base de considérations provenant de systèmes biologiques, nous amenons matériellement un système laser vers un système biologique. / Excitable systems are everywhere in Nature, and among them the neuron, which responds to an external stimulus with an all-or-none type of response, is often regarded as the most typical example. This excitability behaviour is clearly established as to be one of the underlying operating mechanisms of the nervous system and its analysis in model systems (being them mathematical of physical) can, from one hand, shed some light on the dynamics of neural networks, and from the other, open novel ways for a neuro-mimetic treatment of information. The work presented in this PhD thesis was realized in this perspective. In this dissertation we will consider systems based on semiconductor lasers both for modelling excitable systems or coupled neuromorphic networks and for controlling (in an optogenetic outlook) ionic channels that are involved in the emission of action potentials of neurons in mammals. During the first chapter, we will briefly present the dynamical concepts on which we will build our understanding for the rest of the manuscript. Thereafter, we will describe the context of this work from the point of view of synchronized systems, in particular excitable cells. Finally, we will discuss in this context the applications potential of this work, namely the possibility of using “neuromimetic” photonic systems as a was to treat information. In chapter 2 we will firstly analyse from a theoretical and bibliographical standpoint the excitable character of a laser with coherent injection. Later, we will firstly detail our results, firstly experimental and subsequently numerical and theoretical, on the response of this “neuromimetic” system to perturbations repeated in time. Whereas the simplified mathematical model envisions an integrator behaviour in response to repeated perturbations, we will show that the system often acts as a resonator, thus imparting the remarkable property of being able to emit a single pulse only if it receives two perturbations that are separated by a specific time interval. We will also illustrate how this system can convert perturbations of different intensity in a series of all identical pulses whose number depends on the intensity of the incoming perturbation. In the third chapter we will analyse, first experimentally and later numerically and theoretically, the dynamical behaviour of a network of coupled semiconductor lasers in a slow-fast chaotic regime. We will rely on a previous study documenting that a single such element can present a neuromimetic dynamics (in particular, the emission of chaotic pulses originating from a canard phenomenon). Surprisingly for a system having such a large number of degrees of freedom, we observe a dynamics which seems low dimensional chaotic. We will examine the impact of statistical properties of the selected population on the dynamics, and we will link our experimental and numerical observations to the existence of a slow manifold for the mean field, computable analytically, and towards whom the dynamics converges thanks to the slow-fact nature of the system. Finally, in chapter 4 we will present a short experimental study on the response of biological cells to light perturbations. Indeed, optogenetic techniques enables to render the cells (in particular neurons) sensitive to light due to the optical control of the opening and closing of ionic channels. Hence, after having studied in the previous chapters optical systems on the basis of observations derived from biological systems, we will physically transfer an optical system towards a biological one. Here we lay the groundwork of a photonic system which allows, with a moderate complexity, to realize cell measurements in response to spatially localized optical perturbations.