Un vidéomicroscope permettant un suivi en temps réel, crucial en biologie cellulaire, est souvent cher et encombrant. Mon projet de thèse vise à développer un vidéomicroscope miniaturisé. L'objectif est de permettre, à terme, une meilleure parallélisation des expériences, mais également de favoriser une intégration avec d'autres capteurs, en l'envisageant comme un élément d'un laboratoire sur puce. La voie de miniaturisation choisie est de supprimer les objectifs de grossissement pour observer les objets directement sur la surface sensible d'un capteur d'image selon un mode appelé « imagerie de contact ». Pour cela, les différents éléments du microsystème ont été choisis et conditionnés pour protéger l'électronique du capteur vis-à-vis des milieux de culture aqueux, et assurer des conditions physiologiques aux cellules d'intérêt. Puis, l'observation des cellules a été optimisée en référence aux images fournies par des microscopes classiques. Le suivi en temps réel d'événements cellulaires (mitose, motilité, apoptose,...) à l'aide de notre prototype a ensuite été démontré. Enfin, les différents composants du système optique ont été caractérisés dans le but de mieux comprendre le mécanisme de formation de l'image et de l'optimiser. La résolution de notre microsystème (11,2 µm) donne accès à la morphologie cellulaire : celle-ci est potentiellement améliorable en utilisant des pixels de plus petite taille. Une perspective intéressante pour la biologie cellulaire serait de pouvoir détecter des phénomènes luminescent ou fluorescent.

La reconfiguration dynamique partielle permet de placer dynamiquement les tâches d'une application dans des zones reconfigurables d'un FPGA. Cependant, la gestion dynamique des tâches impacte les communications du fait que les tâches ne sont pas toujours allouées au même endroit dans le FPGA. Ainsi, l'architecture d'interconnexions doit supporter une grande flexibilité et un large éventail de qualité de service (bande passante ou latence garantie). Dans cette thèse, plusieurs architectures d'interconnexion ont été étudiées et évaluées en fonction de leur compatibilité avec un système reconfigurable dynamiquement implémenté sur FPGA. Cette étude a conduit à proposer le réseau DRAFT qui supporte pleinement ce concept. Ce réseau utilise certaines spécificités des systèmes reconfigurables dynamiquement actuels pour réduire sa consommation de ressources. De plus, si certaines contraintes sont vérifiées, les performances ne sont pas affectées par l'allocation dynamique des tâches. Un générateur de réseaux, DRAGOON, est aussi présenté afin d'implémenter et de simuler le réseau DRAFT. Suivant la réalisation et la caractérisation du réseau DRAFT qui a été comparé à deux réseaux très populaires, son intégration au sein d'un système a été étudiée. C'est ainsi qu'une interface standard a été développée afin de faciliter l'interconnexion d'éléments tels que des processeurs. Etant donné le degré de complexité des parties matérielles d'un système reconfigurable, un OS est souvent utilisé pour en permettre l'abstraction. Ainsi, un service de communication permettant de réaliser des échanges entre les différents éléments d'un système tout en ayant une abstraction totale du réseau DRAFT a été conçu matériellement. Considérant les différentes contraintes liées à l'utilisation de DRAFT, le réseau OCEAN a été proposé. Ce réseau permet une simplification de l'interconnexion des éléments d'un système avec une très grande souplesse d'utilisation. Ce réseau est pour cela basé sur deux sous- réseaux, l'un étant dédié au transport des données tandis que l'autre en assure le contrôle. Le réseau OCEAN repose sur des chemins de communication créés dynamiquement en fonctions des besoins. Ce réseau dynamique vise plutôt une cible ASIC. L'ensemble des réseaux proposés ont été validés et caractérisés au travers d'expériences et d'implantations sur FPGA. Les résultats montrent une adéquation avec les besoins actuels, et le support efficace de la dynamicité des applications complexes. Le réseau OCEAN propose même une évolution pour de futures architectures dynamique.

Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit s'inscrit dans une dynamique d'intégration de matériaux non conventionnels en systèmes microfluidiques. Il vise à démontrer le potentiel du cPDMS, un matériau nanocomposite formé d'une matrice de polydiméthylsiloxane rendu conducteur par l'ajout de nanoparticules de carbone. Compatible avec les procédés technologiques habituels, le cPDMS peut être structuré dans une large gamme d'épaisseurs et de géométries mais présente surtout l'avantage de pouvoir être collé irréversiblement sur verre, PDMS et silicium. Son intégration est parfaitement étanche, rapide à mettre en oeuvre, et très économique. La première partie du manuscrit est consacrée à la caractérisation de ce matériau. Ses propriétés électriques et de surface, pouvant être critiques pour une utilisation en microfluidique, ont été particulièrement étudiées. Les champs électriques offrant de nombreuses possibilités pour réaliser des fonctions clés en microfluidique (détection, séparation, manipulation de fluides ou de particules), nous avons choisi d'évaluer l'intérêt d'électrodes de cPDMS dans deux types d'applications. Les aspects de détection ont d'abord été mis en évidence à l'aide de mesures électrochimiques. Cette méthode a permis à la fois de caractériser la surface du cPDMS tout en validant son utilisation potentielle pour des applications d'analyses électrochimiques. Dans la dernière partie du manuscrit, le matériau a été testé pour la manipulation de particules à travers l'observation de différents phénomènes électrocinétiques. Ceux-ci ont conduit à la mise au point de dispositifs microfluidiques (intégrant des lectrodes de cPDMS) dédiés à la lyse et à l'électrofusion de cellules.

Les cartes à puce jouent un rôle crucial dans de nombreuses applications que nous utilisons quotidiennement : paiement par carte bancaire, téléphonie mobile, titres de transport électroniques, etc. C'est dans ce contexte que la technologie Java Card s'est imposée depuis son introduction en 1996, réduisant les coûts de développement et de déploiement d'applications pour cartes à puce et permettant la cohabitation de plusieurs applications au sein d'une même carte. La communauté scientifique a rapidement démontré que la possibilité donnée à un attaquant d'installer des applications sur les cartes représente une menace. Mais dans le même temps, la sécurité des systèmes embarqués a également été un sujet d'étude très productif, révélant que des algorithmes cryptographiques considérés comme sûrs pouvaient être facilement cassés si leurs implémentations ne prenaient pas en compte certaines propriétés physiques des composants électroniques qui les accueillent. En particulier, une partie des attaques publiées repose sur la capacité de l'attaquant à perturber physiquement le composant pendant qu'un calcul est exécuté. Ces attaques par injections de fautes n'ont que très peu été étudiées dans le contexte de la technologie Java Card. Cette thèse étudie et analyse la sécurité des Java Cards contre des attaques combinant injections de fautes et installations d'applications malicieuses. Tout d'abord, nous présentons différents chemins d'attaques combinées et exposons dans quelle mesure ces attaques permettent de casser différents mécanismes sécuritaires de la plateforme. En particulier, notre analyse sécuritaire permet de démontrer que la propriété de sûreté du typage, l'intégrité du flot de contrôle, ainsi que le mécanisme d'isolation des applications peuvent être contournés et exploités par des combinaisons adéquates. Puis, nous présentons différentes approches permettant d'améliorer la résistance de la plateforme Java Card ainsi que des applications qu'elle accueille contre des attaques combinées. Ainsi, nous définissons plusieurs contremesures rendant les attaques exposées ainsi que certaines attaques de l'état de l'art inopérantes, et ce en gardant à l'esprit les fortes contraintes inhérentes au monde des cartes à puce.

Les microarrays, assemblages organisés d'entités chimiques, biologiques ou cellulaires sont en pleine expansion, car ils présentent un potentiel élevé en recherche fondamentale et appliquée. La mise en œuvre de la technologie microarray repose sur trois méthodes essentielles : la chimie de surface pour la fonctionnalisation des supports, l'utilisation de technologies de précision micrométrique pour fabriquer les microarrays et la détection. Parmi toutes les applications, les microarrays visant à détecter l'activité enzymatique ont connus un développement rapide car ils permettent de tester l'efficacité d'un grand nombre de substrats ou d'inhibiteurs en parallèle. Les protéases, enzymes indispensables aux organismes vivants, et cibles thérapeutiques reconnues, sont des modèles biologiques de choix pour les études d'activité enzymatique sur microarray. La synthèse chimique sur puce n'est en revanche pas très développée.<br />La technologie développée au sein du laboratoire nous permet de former sur quelques cm2 des microarrays de centaines de microgouttes constituant chacune un microréacteur indépendant. Le but de cette thèse est d'appliquer pour la première fois cette technologie à la synthèse chimique et à l'étude de l'activité protéolytique, avant de combiner de manière novatrice les deux approches pour réaliser un criblage.<br />L'application de ces microarrays en synthèse chimique a été utilisée avec succès pour la synthèse d'une banque de molécules chimiques et pour la recherche combinatoire de nouveaux fluorophores. En ce qui concerne l'enzymologie, l'observation de la protéolyse a été validée en utilisant trois types de substrats fluorogènes, dans un premier temps avec la papaïne, puis avec une métalloprotéase, et enfin avec la protéase virale NS3 du virus de l'hépatite C. Finalement, l'utilisation séquentielle de la synthèse chimique et de la biochimie sur un même microarray, qui constitue une approche inédite, a été dédiée à la recherche de nouveaux inhibiteurs de la protéase virale NS3. Ce criblage a conduit à la découverte de molécules potentiellement intéressantes comme agents antiviraux.

La chromatine est un système de compaction de l’ADN jouant un rôle important dans la régulation de l’expression génique. L’acétylation de la chromatine provoque un relâchement de sa structure, facilitant le recrutement de facteurs de transcription. Inversement, des complexes histones déacétylases favorisent une structure compacte, réprimant l’expression de gènes. Un complexe HDAC, Rpd3S, est recruté par l’ARN polymérase II phosphorylée sur les régions codantes transcrites. Cette activité HDAC est stimulée par la déposition de la marque H3K36me générée par l’histone méthyltransférase Set2. Par approche génomique, en utilisant comme organisme modèle Saccharomyces cerevisiae, j’ai optimisé la méthode de ChIP-chip puis démontré que les sous unités Hos2 et Set3 d’un autre complexe HDAC, Set3C, étaient recrutées sur des régions codantes de gènes transcrits. De plus, Set3C est connu pour être recruté soit par H3K4me ou par la Pol II. La suite du projet portera sur le recrutement de Set3C qui semble similaire à Rpd3S. / Chromatin is a DNA compaction system and the main mecanism of gene expression regulation. Acetylation of histones loosens DNA compaction and thus facilitates the recruitment of transcription factors. By opposition, histone deacetylase (HDAC) complexes increase the compaction of chromatin and thus repress transcription. Rpd3S, a HDAC complex, is recruited to chromatin by interaction with a phosphorylated form of RNA polymerase II (Pol II) on actively transcribed genes and its activity is stimulated by the presence of the mark H3K36me mark. During my Master degree, I optimized ChIP-chip, using Saccharomyces cerevisiae as model organism, in order to investigate the localisation of two subunits (Hos2 and Set3) of another HDAC complex, Set3C. My datas demonstrate that Set3C subunits localized on actively transcribed genes, in a fashion similar to Rpd3S. Further, Set3C is known to be recruited either by Pol II or H3K4me suggesting that Set3C has a similar recruitment mechanism than Rpd3S. Future experiments in the laboratory will investigate the recruitment of Set3C.

La Radio Logicielle (SDR) est une radio dont les transformations de la forme d'onde, modulation, démodulation des signaux d'un système radio sont mises en œuvre par du logiciel plutôt que par du matériel à fonctionnalité spécifique. Avec cette approche, l'adaptation du système à une autre norme de communication, ou même l'évolution vers une technologie plus récente peuvent être réalisés par mise à jour du logiciel sans remplacement du matériel qui serait long et coûteux. L'architecture de communication logicielle (Software Communication Architecture, SCA), est une architecture ouverte largement acceptée pour les projets de SDR. La spécification SCA minimise le coût de portage des applications en fournissant une couche d'abstraction qui rend transparentes les méthodes spécifiques de chaque système. Dans cette thèse, on s'intéresse au développement et à la programmation d'une plateforme SDR conforme à SCA.Les nouvelles plateformes de SDR sont en général implémentées sur des plateformes multiprocesseurs système sur puce (MPSoC) exploitant ses importantes ressources de calculs avec une bonne efficacité énergique. Les possibilités d'un rapide développement, déploiement et vérification des logiciels embarqués parallèles sur ces nouvelles plateformes MPSoC sont autant de points clés pour satisfaire les objectifs de performance tout en respectant les délais de mise à disposition sur le marché et le coût de développement.On a proposé un flot de conception pour la SDR avec l'exploration architecturale systématique et l'optimisation multi-objective utilisant le modèle de programmation hybride (distribué client/serveur + parallèle).On a étudié aussi la synthèse de topologie de réseau-sur-puce (PSTRP) qui est une partie du flot de conception. Le problème de la synthèse de la topologie du réseau-sur-puce peut se modéliser sous forme de programme linéaire en nombres entiers. Les résultats montrent que les contraintes d'implémentation, comme la hiérarchie du réseau sur puce, doivent être prises en compte pour obtenir un résultat à la fois mathématiquement optimisé et électroniquement réalisable.

Les systèmes sur puce sont de plus en plus complexes : ils intègrent des parties numériques, des parties analogiques et des capteurs ou actionneurs. SystemC et son extension SystemC AMS permettent aujourd'hui de modéliser à haut niveau d'abstraction de tels systèmes. Ces outils constituent de véritables atouts dans une optique d'étude de faisabilité, d'exploration architecturale et de vérification du fonctionnement global des systèmes complexes hétérogènes et multiphysiques. En effet, les durées de simulation deviennent trop importantes pour envisager les simulations globales à bas niveau d'abstraction. De plus, les simulations basées sur l'utilisation conjointe de différents outils provoquent des problèmes de synchronisation. Les modèles de bas niveau, une fois crées par les spécialistes des différents domaines peuvent toutefois être abstraits afin de générer des modèles de haut niveau simulables sous SystemC/SystemC AMS en des temps de simulations réduits. Une analyse des modèles de calcul et des styles de modélisation possibles est d'abord présentée afin d'établir un lien avec les durées de simulation, ceci pour proposer un style de modélisation en fonction du niveau d'abstraction souhaité et de la taille du modèle à simuler. Dans le cas des circuits analogiques linéaires, une méthode permettant de générer automatiquement des modèles de haut niveau d'abstraction à partir de modèles de bas niveau a été proposée. Afin d'évaluer très tôt dans le flot de conception la consommation d'un système, un moyen d'enrichir les modèles de haut niveau préalablement générés est présentée. L'attention a ensuite été portée sur la modélisation à haut niveau des systèmes multiphysiques. Deux méthodes y sont discutées : la méthode consistant à utiliser le circuit équivalent électrique puis la méthode basée sur les bond graphs. En particulier, nous proposons une méthode permettant de générer un modèle équivalent au bond graph à partir d'un modèle de bas niveau. Enfin, la modélisation d'un système éolien est étudiée afin d'illustrer les différents concepts présentés dans cette thèse.

La RFID sans puce, en raison du très faible coût des tags, a ouvert une nouvelle voie pour les systèmes d'identification. Les étiquettes RFID sans puce fonctionnant dans le domaine temporel ont l'avantage d'être compatibles avec de grandes distances de lecture, de l'ordre de quelques mètres, et de pouvoir fonctionner dans les bandes de fréquence ISM. Cependant, les tags de ce type développés jusqu'à lors n'offraient qu'une faible capacité de codage. Cette thèse propose une nouvelle méthode pour augmenter la capacité de codage des tags fonctionnant dans le domaine temporel en utilisant des C-sections, c'est-à-dire des lignes de transmission repliées de manière à avoir des zones fortement couplées, ce qui leur donne un caractère dispersif. Une autre approche basée sur une technique multi-couches a également été introduite de façon à augmenter considérablement la capacité de codage. Pour terminer, la preuve de concept d'un tag-capteur d'humidité, basé sur l'utilisation de nano fils de silicium, est également présentée.

L'organisation à grande échelle des chromosomes à l'intérieur du noyau des cellules est complexe et reste encore mal comprise. Durant ma thèse, nous avons exploité les ressources technologiques du LAAS pour développer et optimiser une nouvelle méthode de visualisation en 3D rapide - à l'échelle de la dizaine de millisecondes - avec une résolution spatiale de ~20 nanomètres. Cette méthode est fondée sur la fabrication de micromiroirs en forme de V par gravure humide du silicium, et sur l'analyse d'images avec les techniques de stéréovision qui permettent de recombiner des vues collectées sous différents angles dans un environnement 3D. Ces micromiroirs ont ensuite été intégrés dans un laboratoire sur puce, et plusieurs versions de la technologie ont été proposées afin d'améliorer leurs propriétés. Nous avons démontré que cette technologie est adaptée pour le suivi des mouvements des chromosomes dans les cellules vivantes, que nous avons pu retracer avec les meilleures cadences de la littérature. Ces résultats nous ont ensuite permis d'explorer les mécanismes physiques à l'origine des fluctuations spatiales des chromosomes, et de montrer que les modèles de physique des polymères génériques peuvent être utilisés pour extraire des informations quantitatives décrivant l'organisation et la dynamique spatiale du génome.