Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Caractérisation des objets“

Les progrès réalisés dans les domaines des réseaux de capteurs disséminées, de l'identification radiofréquence ou des communications millimétriques présagent l'apparition de petits objets, intelligents, autonomes et communiquant par le biais de transmissions radiofréquences. Dans ce contexte, les orientations aléatoires et variables des dispositifs les uns par rapport aux autres engendrent de fortes variations du bilan de transmission en raison de l'anisotropie de rayonnement ainsi que des désadaptations de polarisation entre antennes. Il existe donc un besoin pour de petites antennes bas coût aux caractéristiques de rayonnement optimisées pour une transmission indépendante de leurs orientations relatives. La première partie de ce travail a consisté à proposer un nouveau critère, appelé fonction de couverture isotrope, permettant de caractériser rigoureusement les performances des antennes dans un tel contexte. Cette méthode a permis de comparer diverses antennes de la littérature et d'étudier les effets de leurs propriétés de rayonnement. L'influence de l'environnement de propagation a également été étudiée. La seconde partie a consisté à proposer deux nouvelles antennes répondant à cette problématique tout en prenant en compte les fortes contraintes d'intégration et de miniaturisation. Un prototype a été réalisé et valide l'approche de conception suivie. Finalement, un dernier développement envisage le cas des multi antennes. Une extension de la méthode de caractérisation est proposée. L'une des structures précédentes est développée en deux versions à deux accès et illustre le principe d'une antenne isotrope à double polarisation orthogonale aux performances optimales.

Cette thèse est consacrée à l'étude de la localisation d'objets enfouis dans acoustiques sous-marins en utilisant les méthodes de traitement d'antenne et les ondes acoustiques. Nous avons proposé un modèle bien adapté en tenant compte le phénomène physique au niveau de l'interface eau/sédiment. La modélisation de la propagation combine donc la contribution de l'onde réfléchie et celle de l'onde réfractée pour déterminer un nouveau vecteur directionnel. Le vecteur directionnel élaboré à partir des modèles de diffusion acoustique est utilisé dans la méthode MUSIC au lieu d'utiliser le modèle d'onde plane habituel. Cette approche permet d'estimer à la fois coordonnées d'objets (angle et distance objet-capteur) de forme connue, quel que soit leur emplacement vis à vis de l'antenne, en champ proche ou en champ lointain. Nous remplaçons l'étape de décomposition en éléments propres par des algorithmes plus rapides. Nous développons un algorithme d'optimisation plus élaboré consiste à combiner l'algorithme DIRECT (DIviding RECTangles) avec une interpolation de type Spline, ceci permet de faire face au cas d'antennes distordues à grand nombre de capteurs, tout en conservant un temps de calcul faible. Les signaux reçus sont des signaux issus de ce même capteur, réfléchis et réfractés par les objets et sont donc forcément corrélés. Pour cela, nous d'abord utilisons un opérateur bilinéaire. Puis nous proposons une méthode pour le cas de groupes indépendants de signaux corrélés en utilisant les cumulants. Ensuit nous présentons une méthode en utilisant la matrice tranche cumulants pour éliminer du bruit Gaussien. Mais dans la pratique, le bruit n'est pas toujours gaussien ou ses caractéristiques ne sont pas toujours connues. Nous développons deux méthodes itératives pour estimer la matrice interspectrale du bruit. Le premier algorithme est basé sur une technique d'optimisation permettant d'extraire itérativement la matrice interspectrale du bruit de la matrice interspectrale des observations. Le deuxième algorithme utilise la technique du maximum de vraisemblance pour estimer conjointement les paramètres du signal et du bruit. Enfin nous testons les algorithmes proposés avec des données expérimentales et les performances des résultats sont très bonnes<br>This thesis is devoted to the study of the localization of objects buried in underwater acoustic using array processing methods and acoustic waves. We have proposed a appropriate model, taking into account the water/sediment interface. The propagation modeling thus combines the reflected wave and the refracted wave to determine a new directional vector. The directional vector developed by acoustic scattering model is used in the MUSIC method instead of the classical plane wave model. This approach can estimate both of the object coordinates (angle and distance sensor-object) of known form, in near field or far field. We propose some fast algorithms without eigendecompostion. We combine DIRECT algorithm with spline interpolation to cope with the distorted antennas of many sensors, while maintaining a low computation time. To decorrelate the received signals, we firstly use a bilinear operator. We propose a method for the case of independent groups of correlated signals using the cumulants. Then we present a method using the cumulants matrix to eliminate Gaussian noise. But in practice, the noise is not always Gaussian or the characteristics are not always known. We develope two iterative methods to estimate the interspectral matrix of noise. The first algorithm is based on an optimization technique to extract iteratively the interspectral matrix of noise. The second algorithm uses the technique of maximum likelihood to estimate the signal parameters and the noise. Finally we test the proposed algorithms with experimental data. The results quality is very good

Avec les avancées technologiques actuelles, le concept d'objet communicant intelligent devient une réalité. Deux contraintes techniques réduisent encore le déploiement des réseaux de capteurs ou d'objets communicants dans nos sociétés : la consommation et la taille. L'antenne est l'un des composants les plus volumineux d'un tel objet communicant. La miniaturisation de l'antenne par les méthodes classiques entraîne une augmentation de la consommation. L'objectif de cette thèse est d'étudier les potentialités offertes par la co-conception d'antennes miniatures et de composants radiofréquences dans le but de réduire la taille de ces dispositifs et de les réaliser au plus près du circuit intégré. Ainsi, des antennes multifonctions ont pu être réalisées en concevant conjointement l'antenne avec d'autres fonctions de l'interface radio (filtres, baluns, amplificateurs à faible bruit …)<br>With the recent technological advances, the concept of smart communicating object has become a reality. Currently, two technical constraints reduce the deployment in our societies of these smart objects or wireless sensor networks : their size and consumption. The antenna constitutes one the most cumbersome parts of such an object. The miniaturization of the antenna by conventional methods leads to increased consumption. The aim of the thesis is to explore the potentials offered by the co-design of miniature antennas and radio frequency components in order to reduce the size of these devices and achieve a fabrication near to the integrated circuits. Thus, multifunction antennas have been achieved by co-designing the antenna with other features of the radio interface (filters, baluns, low noise amplifiers …)

Des matériaux nanostructurés aux propriétés remarquables sont actuellement élaborés à partir de nano-objets manufacturés telles que des nanoparticules ou des nanofibres. Leur volume de production est en forte croissance compte tenu des potentialités offertes en termes d'application et de gain économique. Cependant, le risque d'exposition des personnels impliqués dans le cycle de production est à considérer, d'autant plus que les effets des nano-objets sur l'homme et l'environnement sont encore peu documentés. Le suivi du personnel impliqué dans les procédés de production nécessite le développement d'outils de détection adéquats permettant de caractériser ces nano-objets. Dans ce contexte deux techniques de mesures ont été développées, évaluées et caractérisées dans le cadre de ma thèse. La première est une technique de prélèvement par filtration à travers une grille MET (Microscopie Electronique en Transmission) à membrane poreuse. L'analyse par microscopie électronique à balayage ou en transmission permet d'accéder en premier lieu à la morphologie des particules prélevées mais également à leurs compositions chimiques élémentaires par EDX (Energie Dispersive X-ray). Les premières expériences ont montré que ce dispositif, aisé à mettre en œuvre, permet un prélèvement homogène et reproductible. Un nouveau prototype, version améliorée de celui précédemment acquis par l'INERIS a été conçu et l'efficacité de prélèvement des grilles MET à membrane poreuse (et donc du dispositif de prélèvement par filtration) a été évaluée tant expérimentalement que théoriquement en vue, à terme, d'accéder à des résultats quantitatifs par dénombrement. La seconde technique, basée sur la spectroscopie de plasma induit par laser ou technique LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy), permet d'accéder à la composition chimique élémentaire d'un objet (solide, liquide, gazeux ou sous forme d’aérosol), in-situ, en temps réel et sans préparation d'échantillon. Cette technique LIBS a été optimisée pour une mise en œuvre lors d'une campagne de mesures dans un laboratoire industriel (ARKEMA) dans des conditions normales de production et de manipulation de nanotubes de carbone (NTC). D'autres techniques de mesures en temps réel (comptage, spéciation en taille. . . ) ont été également mises en place. Parallèlement, des prélèvements sur grilles MET ont été réalisés. Par recoupement avec les résultats des analyses MET, la technique LIBS a montré des potentialités remarquables à détecter en temps réel des pelotes de NTC. En effet, il était possible de détecter ces derniers et de les différentier des particules présentes dans l'air ambiant (suie et autres particules carbonées) grâce aux éléments de catalyse et support de catalyse qu'elles contiennent (fer et aluminium respectivement). Par ailleurs, les résultats de prélèvement ont montré l'émission de fibres de NTC isolées en cas de déversement accidentel de poudres de NTC<br>Nanostructured materials with remarkable properties are being developed from manufactured nano-objects such as nanoparticles or nanofibers. Their production volume is growing rapidly given the potentialities in terms of application and economic gain. However, the risk of personnel involved in the production process requires the development of appropriate detection tools to characterize nano-objects. In this context two measurement techniques have been developed, evaluated and characterized. The first technique consists in sampling particles by filtration through a porous grid TEM (Transmission Electron Microscopy). Analysis by scanning or transmission electron microscopy coupled with EDX (Energy Dispersive X-ray) provides access to the morphology and chemical composition of particles. The first experiments showed that the device, easy to implement, allows a homogeneous and reproductible sampling. The collection efficiency of porous TEM grids was evaluated and compared to a numerical tool for quantitative results. The second technique named LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) provides access to the elemental chemical composition of an object (solid, liquid, gaseous or aerosol), in-situ and in real time, without sample preparation. The aim was to apply this technique to detect emissions of manufactured nano-objects. The LIBS technique has been optimized and implemented in a measurement campaign in an industrial laboratory (Arkema) producing carbon nanotubes (CNTs) and compared to other techniques for real-time measurements (counter, size speciation, …). Meanwhile, samples from TEM grids were made. By overlap with the results of sampling, the LIBS technique showed a potential to detect in real time CNTs bundle. Indeed, it has been shown that it is possible to detect CNTs bundle and to differentiate them from ambient air particles (carbon soot and other particles) through the amount of metal elements (aluminium and iron). Moreover, the sampling results showed emission of isolated NTC fiber in the case of accidental spillage of NTC powders

Les nanoparticules magnétiques d’oxyde de fer (NPs) fonctionnalisées sont des objets très étudiés pour le développement d’agents de contraste pour l’IRM. Cependant, il reste des challenges à lever comme: optimiser la fonctionnalisation des NPs sans altérer leurs propriétés magnétiques tout en assurant leur biocompatibilité et leur furtivité dans le corps humain ; empêcher la désorption des molécules greffées dans les conditions in-vivo ; avoir une taille moyenne des particules en suspension inférieure à 100 nm. Dans ce contexte nous proposons une approche originale qui consiste à greffer à la surface de NPs des molécules dendritiques (favorisant la stabilité des suspensions par interaction stérique et constituant une plateforme pour le greffage de molécules fonctionnelles) avec un agent de couplage phosphonate (permettant un ancrage direct et fort des molécules) pour concevoir des agents de contrastes performants et innovants. Ainsi, des NPs d'une taille moyenne de 10 nm ont été synthétisées par deux méthodes: la co-précipitation et la décomposition thermique. Trois dendrons ont été conçus sur la base d’un coeur aromatique possédant d’un côté l’agent de couplage phosphonate, de l’autre trois chaines biocompatibles oligoéthylène glycol portant des groupes fonctionnels tels COOH ou NH2. Les conditions de greffage ont été mises au point suivant le type de NPs et le type de dendrons. Les nombreuses caractérisations des NPs et de leurs suspensions montrent que les propriétés magnétiques et structurales des NPs sont préservées après l’étape de greffage. Les mesures de relaxivité, des tests in-vivo et des mesures IRM ont montré le grand potentiel de ces NPs dendronisées pour l’IRM<br>Functionalized iron oxide nanoparticles (NPs) have attracted an increasing interest as contrast agents for MRI. However, challenges remain to overcome: to optimize the functionalization of nanoparticles without affecting their magnetic properties while ensuring their biocompatibility and stealth in the human body, to prevent desorption of the grafted molecules under in vivo conditions, to ensure a small particle size distribution below 100 nm… In this context, we propose a novel strategy which involves the grafting, at the surface of NPs, of dendritic molecules (favoring the suspensions stability by steric hindrance and constituting a platform for the grafting of functional molecules) via a phosphonate coupling agent (allowing a direct grafting and a stronger binding) to develop innovative and competitive contrast agents. Thus, NPs with an average size of 10 nm were synthesized by two methods: co-precipitation and thermal decomposition. Three hydrophilic oligoethyleneglycol-based dendrons displaying a phosphonic acid at the focal point and three biocompatible chains (oligoethylene glycol) bearing functional groups such as COOH or NH2 were designed. The grafting conditions have been adapted according to the NPs and dendron natures. Numerous characterizations of the nanoparticles and their suspensions showed the preservation of the NPs magnetic and structural properties after the grafting step. Relaxivity measurements, in vivo tests and MRI measurements have shown the great potential of these dendronized nanoparticles for MRI

L’objectif de ce travail est d’améliorer la caractérisation des sources à l’origine d’anomalies magnétiques, par le biais de développements théoriques et expérimentaux. Pour des structures invariantes dans une direction horizontale (structures à 2D), l’idée de Nabighian (1972) a été généralisée, ce qui implique une nouvelle façon d’étudier les méthodes potentielles à 2D. Ces développements ont permis de proposer une nouvelle approche théorique et de nouvelles représentations dans le plan complexe des fonctions magnétiques. La deuxième approche de ce travail est expérimentale. Une étude y est faite par le biais de données et de cas synthétiques, afin d’estimer l’apport d’acquisitions magnétiques à différentes altitudes pour caractériser une source. Dans un troisième temps, les développements théoriques et expérimentaux sont mis en œuvre pour deux exemples : des anomalies magnétiques en domaine océanique de type Vine et Mathews et une cartographie pour l’archéologie<br>Magnetic anomalies recorded outside bodies provide high quality information relative to buried structures. By using theoretical and experimental developments, this thesis aims to improve the characterization of the source inducing the magnetic anomaly. Firstly, some properties of three dimensional magnetic functions are presented, for example the presence of several maxima of the analytic signal operator (3D) is demonstrated. The Nabighian (1972) equation is generalized, which imply a new process to study potential method in two dimensions. These developments enable a new visualization of the anomaly in the complex field. The second approach is experimental. Synthetic cases are used to estimate the contribution of different configurations of magnetic data acquisitions at different altitudes to characterize the magnetic source. Theoretical and experimental developments are finally applied to two field examples: oceanic magnetic anomalies and archaeological magnetic prospection

Ce travail de thèse porte sur la caractérisation probabiliste et la synthèse de surfaces agricoles par objets structurants (agrégats, mottes et creux) à partir d'images de haute résolution. Nous proposons de caractériser les surfaces par deux niveaux de rugosité : le premier niveau correspondant aux mottes, aux agrégats et aux creux et le second niveau étant le substrat sur lequel sont posés ces objets. Disposant d'un algorithme de segmentation par Hiérarchie de Contour (HC) pour l'identification des objets, nous avons mis en évidence l'influence de la méthode d'estimation du gradient sur cet algorithme. Nous avons aussi adapté une approche de morphologie mathématique - la Ligne de Partage des Eaux - pour identifier les différents objets. La méthode de HC sous-estime les dimensions des contours. Pour améliorer ces contours, nous avons développé un algorithme de déplacement de contours basé sur le principe du recuit simulé. Nous montrons que le demi-ellipsoïde est une forme mathématique qui modélise très correctement les objets. Après avoir déterminé les lois de probabilité des paramètres des demi-ellipsoïdes (orientation, axes et hauteur) et étudié leurs dépendances, nous avons mis en place un procédé de génération d'objets posés sur un plan. Nous montrons que les objets générés ont les mêmes statistiques que les objets identifiés sur les images hautes résolution. Nous montrons que l'isotropie des surfaces est liée à l'orientation des objets et que le substrat est corrélé à la surface comportant des objets.