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Les communications optiques basées sur la photonique sur silicium (SiP) sont au centre des récents efforts de recherche pour le développement des futures technologies de réseaux optiques à haut débit. Dans cette thèse, nous étudions le traitement numérique du signal (DSP) pour pallier aux limites physiques des modulateurs Mach-Zehnder sur silicium (MZM) opérés à haut débit et exploitant des formats de modulation avancés utilisant la détection cohérente. Dans le premier chapitre, nous présentons une nouvelle méthode de précompensation adaptative appelée contrôle d’apprentissage itératif par gain (G-ILC, aussi utilisé en linéarisation d’amplificateurs RF) permettant de compenser les distorsions non-linéaires. L’adaptation de la méthode G-ILC et la précompensation numérique linéaire sont accomplies par une procédure « hardware-in-the-loop » en quasi-temps réel. Nous examinons différents ordres de modulation d’amplitude en quadrature (QAM) de 16QAM à 256QAM avec des taux de symboles de 20 à 60 Gbaud. De plus, nous combinons les précompensations numériques et optiques pour contrevenir surmonter les limitations de bande-passante du système en régime de transmission haut débit. Dans le second chapitre, inspiré par les faibles taux de symbole du G-ILC, nous augmentons la vitesse de transmission au-delà de la limite de bande-passante du système SiP. Pour la première fois, nous démontrons expérimentalement un record de 100 Gbaud par 16QAM et 32QAM en transmission consécutive avec polarisation mixte. L’optimisation est réalisée sur le point d’opération du MZM et sur la DSP. Les performances du G-ILC sont améliorées par égalisation linéaire à entrées/sorties multiples (MIMO). Nous combinons aussi notre précompensation non-linéaire innovante avec une post-compensation. Par émulation de la polarisation mixte, nous réalisons un taux net de 833 Gb/s avec 32QAM au seuil de correction d’erreur (FEC) pour une expansion en largeur de bande de 20% et 747 Gb/s avec 16QAM (une expansion en largeur de bande de 7% du FEC). Dans le troisième chapitre, nous démontrons expérimentalement un algorithme de précompensation numérique basé sur une table de consultation (LUT) unidimensionnelle pour compenser les non-linéarités introduites à l’émetteur, e.g. réponse en fréquence non-linéaire du MZM en silicium, conversion numérique-analogique et amplificateur RF. L’évaluation est réalisée sur un QAM d’ordre élevé, i.e. 128QAM et 256QAM. Nous examinons la diminution en complexité de la LUT et son impact sur la performance. Finalement, nous examinons la généralisation de la méthode de précompensation proposée pour des jeux de données différents des données d’apprentissage de la table de consultation. / Optical communications based on silicon photonics (SiP) have become a focus of the recent research for future high speed optical network technologies. In this thesis, we investigate digital signal processing (DSP) approaches to combat the physical limits of SiP Mach-Zehnder modulators (MZM) driven at high baud rates and exploiting advanced modulation formats with coherent detection. In the first section, we present a novel adaptive pre-compensation method known as gain based iterative learning control (G-ILC, previously used in RF amplifier linearization) to overcome nonlinear distortions. We experimentally evaluate the G-ILC technique. Adaptation of the G-ILC, in combination with linear digital pre-compensation, is accomplished with a quasireal- time hardware-in-the-loop procedure. We examine various orders of quadrature amplitude modulation (QAM), i.e., 16QAM to 256QAM, and symbol rates, i.e., 20 to 60 Gbaud. Furthermore, we exploit joint digital and optical linear pre-compensation to overcome the bandwidth limitation of the system in the higher baud rate regime. In the second section, inspired by lower symbol rate G-ILC results, we push the baud rate beyond the bandwidth limit of the SiP system. For the first time, we experimentally report record-breaking 16QAM and 32QAM at 100 Gbaud in dual polarization back-to-back transmission. The optimization is performed on both MZM operating point and DSP. The G-ILC performance is improved by employing linear multiple input multiple output (MIMO) equalization during the adaptation. We combine our innovative nonlinear pre-compensation with post-compensation as well. Via dual polarization emulation, we achieve a net rate of 833 Gb/s with 32QAM at the forward error correction (FEC) threshold for 20% overhead and 747 Gb/s with 16QAM (7% FEC overhead). In the third section, we experimentally present a digital pre-compensation algorithm based on a one-dimensional lookup table (LUT) to compensate the nonlinearity introduced at the transmitter, e.g., nonlinear frequency response of the SiP MZM, digital to analog converter and RF amplifier. The evaluation is performed on higher order QAM, i.e., 128QAM and 256QAM. We examine reduction of LUT complexity and its impact on performance. Finally, we examine the generalization of the proposed pre-compensation method to data sets other than the original training set for the LUT.

Le tamoxifène (TAM) est le premier agent antioestrogénique ciblé pour le cancer du sein ayant fait son apparition sur le marché, où il est toujours le modulateur sélectif du récepteur estrogénique (SERM) le plus vendu pour le traitement et la prévention du cancer du sein hormonodépendant. Dû à la présence d'importants effets secondaires, le développement d'autres modulateurs devient alors une nécessité. Grâce à une synthèse stéréosélective d'alcènes tétrasubstitués précédemment développée dans notre laboratoire, nous proposons la synthèse d'analogues du tamoxifène qui comporteront un atome de fluor en remplacement du groupement éthyle, que nous appellerons fluoroxifènes.

Au cours des dernières années, la photonique intégrée sur silicium a progressé rapidement. Les modulateurs issus de cette technologie présentent des caractéristiques potentiellement intéressantes pour les systèmes de communication à courte portée. En effet, il est prévu que ces modulateurs pourront être opérés à des vitesses de transmission élevées, tout en limitant le coût de fabrication et la consommation de puissance. Parallèlement, la modulation d’amplitude multi-niveau (PAM) est prometteuse pour ce type de systèmes. Ainsi, ce travail porte sur le développement de modulateurs de silicium pour la transmission de signaux PAM. Dans le premier chapitre, les concepts théoriques nécessaires à la conception de modulateurs de silicium sont présentés. Les modulateurs Mach-Zehnder et les modulateurs à base de réseau de Bragg sont principalement abordés. De plus, les effets électro-optiques dans le silicium, la modulation PAM, les différents types d’électrodes intégrées et la compensation des distorsions par traitement du signal sont détaillés.Dans le deuxième chapitre, un modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées est présenté. La segmentation des électrodes permet la génération de signaux optiques PAM à partir de séquences binaires. Cette approche permet d’éliminer l’utilisation de convertisseur numérique-analogique en intégrant cette fonction dans le domaine optique, ce qui vise à réduire le coût du système de communication. Ce chapitre contient la description détaillée du modulateur, les résultats de caractérisation optique et de la caractérisation électrique, ainsi que les tests systèmes. De plus, les tests systèmes incluent l’utilisation de pré-compensation ou de post-compensation du signal sous la forme d’égalisation de la réponse en fréquence pour les formats de modulation PAM-4 et PAM-8 à différents taux binaires. Une vitesse de transmission de 30 Gb/s est démontrée dans les deux cas et ce malgré une limitation importante de la réponse en fréquence suite à l’ajout d’un assemblage des circuits radiofréquences (largeur de bande 3 dB de 8 GHz). Il s’agit de la première démonstration de modulation PAM-8 à l’aide d’un modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées. Finalement, les conclusions tirées de ce travail ont mené à la conception d’un deuxième modulateur Mach-Zehnder aux électrodes segmentées présentement en phase de test, dont les performances montrent un très grand potentiel. Dans le troisième chapitre, un modulateur à réseau de Bragg à deux sauts de phase est présenté. L’utilisation de réseaux de Bragg est une approche encore peu développée pour la modulation. En effet, la réponse spectrale de ces structures peut être contrôlée précisément, une caractéristique intéressante pour la conception de modulateurs. Dans ces travaux, nous proposons l’ajout de deux sauts de phase à un réseau de Bragg uniforme pour obtenir un pic de transmission dans la bande de réflexion de celui-ci. Ainsi, il est possible d’altérer l’amplitude du pic de transmission à l’aide d’une jonction pn. Comme pour le deuxième chapitre, ce chapitre inclut la description détaillée du modulateur, les résultats des caractérisations optique et électrique, ainsi que les tests systèmes. De plus, la caractérisation de jonctions pn à l’aide du modulateur à réseau de Bragg est expliquée. Des vitesses de transmission PAM-4 de 60 Gb/s et OOK de 55 Gb/s sont démontrées après la compensation des distorsions des signaux. À notre connaissance, il s’agit du modulateur à réseau de Bragg le plus rapide à ce jour. De plus, pour la première fois, les performances d’un tel modulateur s’approchent de celles des modulateurs de silicium les plus rapides utilisant des microrésonateurs en anneau ou des interféromètres Mach-Zehnder. / In recent years, silicon photonics has developed quickly. Modulators coming from this technology show potentially interesting characteristics for short reach communication systems. In fact, these modulators are expected to reach high transmission speeds, while limiting the fabrication cost and the systems power consumption. At the same time, pulse amplitude modulation (PAM) is promising for this type of systems. Thus, this work focuses on the development of silicon modulators for the transmission of PAM signals. In the first chapter, the necessary theoretical concepts to silicon modulators designing are presented. Mach-Zehnder modulators and Bragg grating modulators are the main focus of this section. Moreover, the theory surrounding electro-optical effects in silicon, PAM modulation, integrated electrodes and digital signal processing is detailed. In the second chapter, a segmented Mach-Zehnder modulator is presented. The electrodes segmentation enables optical PAM signals generation using binary signaling. This approach eliminates the need for an external digital-to-analog converter by integrating this function in the optical domain, in order to try to lower the communication system cost. This chapter contains a detailed modulator description, optical and electrical characterization results and system tests. Furthermore, the system tests include the application of pre-compensation and post-compensation to the signal by equalizing its frequency response for PAM-4 and PAM-8 modulation formats at different binary rates. A transmission speed of 30 Gb/s is demonstrated in both cases, despite the limited frequency response obtained after the RF circuit packaging was added (8 GHz 3 dB bandwidth). This is the first PAM-8 modulation demonstration using a segmented Mach-Zehnder modulator. Finally, the conclusions from this work have led to a second segmented Mach-Zehnder modulator design currently under test, whose performances are showing great potential. In the third chapter, a dual phase-shift Bragg grating modulator is presented. The use of Bragg gratings for modulation is an approach still largely unexplored. Indeed, the spectral response of these structures can be precisely controlled; an interesting characteristic for modulators. In this work, we propose to add two phase-shifts to a uniform Bragg grating to create a sensitive transmission peak in its reflection band. Thus, the transmission peak amplitude can be changed with the help of a pn junction. Similarly to the second chapter, this chapter includes a detailed modulator description, optical and electrical characterization results and system tests. Additionally, the pn junction characterization using the Bragg grating modulator is explained. Transmission speed up to 60 Gb/s PAM-4 and 55 Gb/s OOK are demonstrated after the compensation of the signal distortions. To our knowledge, this is the fastest Bragg grating modulator demonstrated to the day. urthermore, for the first time, the performances of a Bragg grating modulator are approaching those of the typically faster micro-ring or Mach-Zehnder silicon modulators.

Le PAF (facteur d'activation des plaquettes) est un médiateur lipidique de l'inflammation très puissant impliqué dans plusieurs conditions pathophysiologiques.Le PAF agit principalement via un seul récepteur, le PAFR qui appartient à la famille des récepteurs couplés aux protéines G, les GPCRs. Le"two state model" assume que les GPCRs existent dans un état d'équilibre entre un état inactif (R) et un état actif (R*). L'isomérisation de R vers R* peut arriver de façon spontanée, c'est à dire indépendamment de la liaison d'un agoniste. Dans ces travaux de recherche, nous avons tenté de déterminer la propriété antagoniste et agoniste inverse des molécules orthostériques (WEB2086, PCA4248, FR49175, bromure d'octylonium, CV3988 et le Trans BTP dioxolane) à activer la voie des MAPK ainsi que le cycle biochimique des inositols phosphates dans la lignée cellulaire HEK 293 transfectée de façon stable avec le récepteur du PAF. De plus, l'activité potentiellement allostérique sur le PAFR de modulateurs synthétiques tels le THG-315, le THG-316 et MAREK a également été investiguée dans la même lignée cellulaire. Finalement, des surnageants d'hybridome 9H1/1C1, 9F5/1H4, 9F5/1H4, 9F5/1F8, 9F5/2B3 et 9F5/2E4 contenant des anticorps monoclonaux, dirigés tous contre un peptide qui équivaut à la région C-terminale de la troisième boucle extracellulaire du PAFR: GFQDSKfHQA ont également été utilisés, afin : (1) de déterminer le meilleur clone en terme d'affinité et de spécificité et (2) effectuer des tests pour savoir s'ils possèdent des propriétés agonistes ou antagonistes sur le PAFR. En conclusion, les résultats obtenus nous indiquent que : (1) l'efficacité des molécules orthostériques à antagoniser les réponses induites par le PAF dépend de leur nature et de leur concentration, (2) les modulateurs potentiellement allostériques utilisés ne modulent aucune des voies majoritairement connues pour être activées par le PAFR, et (3) qu'il n'y a aucun marquage spécifique du PAFR avec les surnageants d'hybridomes utilisés.

La photonique silicium est un domaine de recherche en pleine expansion depuis quelques années. Elle est envisagée comme une solution prometteuse pour le remplacement des interconnexions électriques par des liens optiques. A terme, l’intégration de l’optique et de l’électronique sur les mêmes puces doit permettre une augmentation des performances des circuits intégrés, et ainsi proposer des composants à hautes performances et à bas coût. Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur l’étude de la modulation optique autour de la bande interdite directe et à température ambiante des structures à puits quantiques Ge/SiGe, par effet Stark confiné quantiquement (ESCQ). Des simulations électriques et optiques ont été menées pour concevoir un modulateur fonctionnant à la longueur d’onde de 1.3μm. La fabrication et la caractérisation de ce dispositif a permis de démontrer une modulation efficace autour de 1.3μm avec des taux de modulation atteignant 6 dB avec un dispositif de 50 µm de long. Le second objectif de mon travail a été de concevoir un modulateur intégré sur une plateforme SOI, bénéficiant de structures passives performantes et compactes. La démonstration de l’ESCQ sur une structure à puits quantique Ge/SiGe épitaxiée sur un substrat homogène de 360 nm a ouvert la voie à cette intégration. Des simulations ont été menées pour démontrer la possibilité de réaliser un couplage vertical évanescent entre un guide optique SOI et la structure Ge/SiGe, et pour évaluer les performances de ce dispositif. Un procédé technologique de fabrication a ensuite été défini et toutes les étapes ont été optimisées pour la réalisation du modulateur intégré avec les guides d’onde. Principalement six étapes de lithographies électroniques, et quatre étapes de gravure sont nécessaires. Les résultats préliminaires obtenus avec ces dispositifs sont présentés. Les perspectives de ce travail de thèse concernent la réalisation de circuits intégrés photoniques complexes, intégrant modulateurs, photodétecteurs et structures passives sur le même circuit. / Silicon photonics has generated a great interest for several years, for applications from long-haul optical telecommunication to intra-chip interconnects. The ultimate integration of optics and electronics on the same chip would allow an increase of the integrated circuit performances at low cost. In this context, the work done during my Ph.D is focused on the study of optical modulation around the direct bandgap of Ge/SiGe quantum well structures, at room temperature, by Quantum Confined Stark effect (QCSE). Electrical and optical simulations have been used to design a modulator operating at 1.3μm. Such device has been fabricated and characterized, demonstrating an extinction ratio up to 6 dB using a 50 µm-long structure. The second objective of my work was to design and demonstrate a modulator integrated on SOI waveguide. The demonstration of an efficient QCSE in Ge/SiGe quantum wells grown on the top of a 360nm homogeneous virtual substrate has paved the way for such integration. Simulations were conducted to demonstrate the feasibility of an evanescent vertical coupling between an SOI optical waveguide and a Ge/SiGe active region and to evaluate the performance of this device. A technological process has then been proposed to fabricate the devices. All steps have been optimized for the fabrication of the modulator integrated with the waveguides. Mainly six electronic beam lithography and four etching steps were used. Preliminary experimental results obtained with such component are presented. This work paves the way to the demonstration of complex photonic integrated circuits, including modulators, photodetectors and passive structures on the same chip.

Les cancers représentent un problème majeur de santé public d'où la nécessité de rechercher de nouvelles classes de médicaments. Parmi les pistes pour développer de nouveaux traitements, deux ont retenu notre attention et celle de nos collaborateurs : la modulation de l’épissage par des composés comme le NVS-SM2, et l’inhibition de l’oncogène KRAS par des dérivés de produits naturels, les flavaglines. Dans ce contexte, nous avons développé la première synthèse robuste du NVS-SM2, qui peut satisfaire la demande globale de cet agent pour examiner en détail son potentiel thérapeutique dans différents types d’affection. En outre, la stratégie de synthèse rapportée ici pourrait être étendue à de nouveaux analogues de ce composé. D’autre part, nous avons synthétisé de nouvelles flavaglines qui sont en cours d'étude pour leurs effets sur l’inhibition de KRAS. Au cours de cette étude, nous avons découvert de nouvelles réactions, notamment une inversion de configuration d’amines induite par du chlorure de diméthylcarbamoyle. / Cancers represent a major public health problem hence the need to use new classes of medicines. Among the opportunities for developing new treatments, two have caught our attention and that of our collaborators: the modulation of splicing by compounds such as NVS-SM2, and the inhibition of the oncogene KRAS by derivatives of natural products, the flavaglines.In this context, we have developed the first robust synthesis of NVS-SM2, which can satisfy the global demand of this agent to examine in detail its therapeutic potential in different types of disorders. In addition, the synthetic strategy reported here could be extended to new analogues of this compound. Furthermore, we have synthesized new flavaglines that have been examined for their effects on KRAS inhibition. During this study, we discovered new reactions, including a dimethylcarbamoyl chloride-induced amine inversion of configuration.

Les moteurs moléculaires sont des protéines capables de produire une force : elles transforment l'énergie chimique de l'hydrolyse de l'ATP en énergie mécanique. Cette thèse se focalise sur l'étude d'une famille de moteurs moléculaires, les myosines, qui se déplacent le long des filaments d'actine et assurent d'importantes fonctions cellulaires.La myosine VI est une myosine très particulière car elle est la seule à se déplacer vers l'extrémité négative des filaments d'actine. Elle est produite dans la cellule sous forme auto-inhibée, inactive. Dans la cellule, son activité est également régulée par plusieurs protéines interagissant avec la queue C-terminale de la myosine VI. Ces protéines, présentes à des endroits précis de la cellule, recrutent la myosine VI et dictent l'action qu'elle doit effectuer. Des analyses de SAXS, de dispersion de la lumière, de microscopie, d'interaction et de mutagénèse ont permis de mieux comprendre le mécanisme régulant l'adoption de l'état auto-inhibé, ainsi que son activation par le calcium. L'interaction avec différents partenaires a été caractérisée. GIPC1, le partenaire le plus étudié, promeut de façon indirecte la dimérisation et l'activation de la myosine VI.Pendant ma thèse, j'ai également été impliqué dans deux autres projets qui s'inscrivent dans la logique du projet de thèse et qui ont mené à la publication de quatre articles. Deux chapitres, plus brefs, sont donc dédiés à ces projets. Le deuxième chapitre porte sur la régulation de l'activité de la myosine VII par ses partenaires cellulaires. Finalement, le troisième chapitre est dédié à l'étude de la modification allostérique de l'activité des myosines par des petites molécules. / Molecular motors are essential agents of force production in the cells: they convert the chemical energy released by the hydrolysis of ATP into mechanical work. This thesis focuses on myosins, a family of molecular motors responsible for actin-based motility. Myosin VI is unique among all of the myosin superfamily members in that it moves in the opposite direction of all other known myosins. Previous work revealed myosin VI tail ability to fold back, constituting a potential auto-inhibited state that prevents motor activity. Several myosin VI partners, binding to the C-terminal tail of the myosin, have been identified and shown to recruit the motor for different functions. In the first chapter of this thesis, the mechanism allowing the regulation of myosin VI activity has been studied using biochemical and biophysical analysis (SAXS, light scattering, microscopy, binding assays and mutagenesis). GIPC1, the most studied myosin VI partners, promotes myosin dimerization and activation. During my PhD, I have been also involved in two other projects, in line with my thesis project, that have led to the publication of four articles. Two shorter chapters are therefore devoted to these projects. The second chapter of my thesis explores myosin VII activity regulation by its cellular partners. Finally, the third chapter is devoted to the allosteric regulation of myosins activity by small molecules.

Les besoins en dispositifs opto/hyperfréquences, pour moduler les informations en transit sur les réseaux de télécommunications fibrés et hertziens, ont conduit au développement de matériaux organiques actifs en optique non linéaire, prometteurs en terme de performance mais limités par une faible stabilité dans le temps de leurs propriétés.<br />L'objectif de ce travail était de caractériser les propriétés optiques du polymère PGMA-DR1 (PIII), ainsi que d'étudier sa mise en forme et son intégration dans une structure guidante en vue de la réalisation d'un modulateur électro-optique.<br />La caractérisation de l'orientation des chromophores du PIII par génération de seconde harmonique a mis en évidence la capacité du matériau, après réticulation, à conserver ses propriétés sur une durée de plus d'un an. La structuration du polymère d'étude sous la forme d'un guide d'onde canal monomode, par un procédé de photolithographie et de gravure ionique réactive, nous a permis d'étudier ses propriétés de guidage, conduisant à des atténuations linéiques comprises entre 10 dB/cm et 3 dB/cm à 1,55 µm. De plus, des techniques alternatives de structuration du polymère par impression ont été étudiées. Les procédés d'emboutissage à chaud et de réplique par moulage permettent de simplifier la technologie de réalisation des guides. Finalement, la possibilité de réaliser in-situ l'étape d'orientation des chromophores, par procédé de poling en géométrie plan-plan, lors de la mise en forme du matériau a été démontrée.

Le traitement optique des données tomodensitométriques fournies par les systèmes d'exploration volumique pourrait permettre d'accélérer considérablement les algorithmes de génération d'images dans le but de répondre aux besoins des futurs systèmes de thérapie assistée. Dans ce document, deux architectures optiques, correspondant aux deux opérations de base dans ce domaine, sont présentées : un système de filtrage et un système de rétroprojection. Ils sont abordés sous l'aspect matériel, puis sous l'aspect algorithmique. Quelle que soit la fonction réalisée, un processeur optique est toujours constitué de sources de lumière, d'afficheurs et de capteur d'images. L'état de l'art de ces composants révèle une faiblesse au niveau des afficheurs (SLM). En particulier, les SLM à base de cristaux liquides ferroélectriques sont étudiés en détail (modélisation, simulation et caractérisation de produits existants). L'intérêt des systèmes optiques de traitement est examiné à la fois du point de vue du temps de calcul, en comparaison avec les technologies numériques classiques, et en terme de qualité de traitement. Pour cela, les deux systèmes sont étudiés, dans un premier temps en simulation à l'aide d'un modèle approprié, puis expérimentalement sur un prototype. Dans le cadre du processeur de filtrage, les résultats restent plutôt moyens. Le rapport signal à bruit (SNR) sur les images reconstruites est de l'ordre de 20 dB en simulation avec un modèle dans lequel la majorité des distorsions géométriques n'ont pas été prises en compte. Les résultats expérimentaux mettent encore mieux en avant les limites de la méthode. Le travail de la lumière cohérente semble être un obstacle important. En revanche, les résultats avec le processeur de rétroprojection sont plutôt encourageants. Le modèle, beaucoup plus complet, et les simulations montrent qu'il est possible d'obtenir des images de qualité comparable à celles obtenues par calcul numérique (plus de 50 dB de SNR), avec une accélération d'un à deux ordres de grandeur. Les résultats obtenus avec le prototype expérimental confirment le potentiel de cette architecture. Une extension de ce travail concernant la réalisation d'un processeur hybride dédié à des algorithmes plus complexes (ex : l'algorithme ASSR pour la reconstruction d'image des CT-scan) est également présentée à la fin de ce document.