Dissertations / Theses on the topic 'Technologie multicouche'

L’augmentation du nombre d’interfaces dans une matrice céramique permet d’améliorer sa ténacité. L’étude de la structure feuilletée de la nacre a démontré que cette ténacité pouvait être accrue par la présence de pontages entre les couches. Dans la première partie, le modèle de décohésion proposé par Pompidou et al. a été utilisé pour choisir un bicouche dont l’interface est naturellement favorable aux décohésions. Compte tenu du contexte de l’étude, cette analyse a permis de choisir le couple SiC/pyC comme bi-couche de base pour l’étude des interfaces. Par la suite, des matrices multicouches modèles (SiC/pyC)n (SiC, carbure de silicium issu du mélange CH3SiCl3/H2 – pyC, pyrocarbone à partir du propane) ont été élaborées par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Deux voies de pontage ont été abordées. La première met en œuvre une discontinuité entre les couches : les conditions d’élaboration ont été optimisées de façon à contrôler la croissance de couches minces massives et le développement de particules de surface (submicroniques) faisant office de pontage. La deuxième est basée sur un gradient de composition entre les couches de SiC grâce au développement d’une couche de SiC riche en co-dépôt de carbone, une interphase mixte est créée. Le pontage est assuré par la présence simultanée dans les couches à gradient de composition de grains de SiC et d’une phase carbonée. Les propriétés physico-chimiques et structurales des différents éléments des matrices ont été analysées et les différents comportements des fissures dans chacune des matrices ont été observés à la suite d’essais mécaniques<br>The improvement of ceramic matrix toughness may be achieved through the presence of interfaces. Moreover, studies on a mother of pearl structure have shown the usefulness of mineral bridges between the layers. On the first part of this work, the Pompidou model was used for the selection of a bi-layered ceramic with an interface which is naturally favorable to crack deflection. SiC/pyC was taken as basic material for the interfaces study. Then, multilayered ceramic matrices (SiC/pyC)n (silicon carbide from CH3SiCl3/H2 mixture – pyC from propane) were fabricated using chemical vapor deposition (CVD). In the study, two bypass ways were proposed. On the one hand, a physical discontinuity exists between the different layers: elaboration parameters were optimized in order to develop both bulk layers and submicronic surface particles, acting as ceramic bypass. On the other hand, composition gradient films were developed between each SiC layers: by realizing carbon rich SiC layers, a mixed interphase was created. The presence of both SiC grains and carbon phases ensures the bypass structure. Physico-chemical and structural properties of multilayered ceramic matrices were analyzed and the crack propagation in each of them was observed following mechanical tests

Ce mémoire est consacré à la fois à l'exploitation d'une technologie multicouche et au développement de méthodes de synthèse et de concepts dédiés au filtrage hyperfréquence. <br /><br />Le premier objectif de notre travail vise à montrer les capacités et les avantages d'une technologie multicouche pour la réalisation de structures passives destinées à des applications spatiales. Les potentialités recherchées, et chères à l'industrie spatiale sont la réduction de taille à outrance. Ce point critique constitue encore aujourd'hui un enjeu majeur au niveau des fonctions passives. Nous montrons, au travers de structures de propagation spécifiques 2,5D et 3D, de quelles manières leur utilisation permet d'apporter des solutions attractives, notamment en termes d'accès à des gammes d'impédances caractéristiques et de couplages élargies. Celles-ci permettent de lever un grand nombre de verrous technologiques. Des topologies particulières du type « DBR » (Dual Behavior Resonator) et « open-loop » ont été examinées en s'appuyant sur les spécifications de référence d'un filtre d'un récepteur en bande C.<br /><br />Le second objectif concerne l'exploitation des couplages de proximité apparaissant dans les topologies de filtres plaqués à base de stubs, et plus particulièrement DBR, dans le dessein de concevoir des structures de filtrage plus performantes. Dans ce cadre, nous proposons une démarche de synthèse s'appuyant sur une matrice nodale.<br /><br />Enfin, nous faisons converger ces deux objectifs en exploitant conjointement des topologies DBR et l'outil de synthèse matriciel en contexte multicouche. Le développement de topologies multiniveaux permet d'apporter de nouveaux degrés de liberté dans la conception pour répondre aux besoins accrus de miniaturisation et de performance des dispositifs.

L’objectif des travaux de cette thèse est la réalisation de capteurs magnétiques à ondes élastiques de surface (SAW). Nos études réalisées dans ce cadre se sont focalisées sur la modélisation et la réalisation de dispositifs magnéto-élastique SAW à base de structures multicouches sensibles au champ magnétique. Une géométrie multicouche offrant plusieurs degrés de libertés permettant d’agir sur les performances du capteur a été considérée. La configuration de cette structure est : Substrat piézoélectrique/électrodes interdigitées/Couche isolante/Couche sensible magnéto-élastique. Les différents paramètres de la structure, notamment les épaisseurs des différentes couches et leurs natures ont été optimisées théoriquement au regard du facteur de qualité, du facteur de couplage électromécanique et de la sensibilité au champ magnétique. Des dispositifs utilisant les configurations optimales ont été réalisés et caractérisés et leurs performances comparées au prédiction théoriques. Nous avons montré que le capteur peut être conçu pour répondre aux besoins de l’application en ce qui concerne la gamme de l’intensité du champ à mesurer et de la sensibilité visée. Ainsi le CoFeB utilisé comme couche sensible magnéto-élastique permet une meilleure sensibilité mais sur une étendue étroite du champ magnétique alors que le nickel permet d’étendre la gamme de mesure mais avec moins de sensibilité. Nous avons également montré que l’utilisation comme couche isolante de matériau dur comme l’alumine permet une meilleure sensibilité. Cette sensibilité est également fortement augmentée pour un fonctionnement à hautes fréquences<br>The aim of this Ph.D. Thesis is to study piezo-magnetic surface acoustic wave (SAW) sensor. Accurate and fully coupled physical model was numerically implemented in order to investigate the sensitivity of SAW devices using the magneto-elastic interaction with an external magnetic field. The different parameters of the structure, including the thicknesses of the various layers and their natures were theoretically optimized with regard to the quality factor, the electromechanical coupling factor and the sensitivity to the magnetic field. Devices using the optimal settings have been made and characterized, and their performance compared to the theoretical prediction. We have shown that the sensor can be designed to meet the needs of the application as regards the range of the field strength to be measured and the target sensitivity. Thus the CoFeB used as magneto-elastic sensitive layer provides better sensitivity but on a narrow stretch of the magnetic field while the nickel expands the measurement range but with less sensitivity. We have also shown that the use of hard material as insulating layer, such as alumina, allows better sensitivity. This sensitivity is also greatly increased when the sensor is operating at high frequencies

Les polyphénols, métabolites essentiels des végétaux, possèdent des propriétés intéressantes pour la santé : antioxydants, antimicrobiens ou anticarcinogéniques mais aussi pour la physico-chimie : amphiphiles, donneurs et accepteurs de liaisons hydrogènes, complexation avec les ions métalliques. Cette thèse a pour but d’utiliser un polyphénol : l’acide tannique (AT) afin de fonctionnaliser des matériaux sous différentes formes. Tout d’abord, l’AT a permis de structurer des fibres électrospinnées d’acide poly-lactique à l’aide de la technique de co-électrospinning-électrospraying pour la régénération de la pulpe dentaire. Ensuite, il a été possible de réaliser pour la première fois des fibres électrospinnées d’AT pur et de les réticuler ouvrant la porte à une synthèse « verte » de fibres pour la catalyse notamment. Enfin, des films multicouches à l’aide d’enzymes ont été construits permettant d’obtenir des films ayant à la fois une activité enzymatique et une électro-activité<br>Polyphenols are essential metabolites in vegetal kingdom. They have interesting properties both for healthcare and physical-chemistry : they are antioxidant, antimicrobial or anticarcinogenic and they are amphiphilic, hydrogen-bond acceptors and donors and they can chelate with metallic cations. This thesis aims to use a polyphenol : tannic acid (TA) to design functionnal materials. To begin, for a dental pulp engineerig purpose, TA was used to structure electrospun fibers of poly-lactic acid by using the technics of co-electrospinning-electrospraying. Then, for the first time, it was possible to electrospin fibres from a solution of pure TA. To consider applications, it was possible to cross-link these fibres. This result paves the way for a green synthesis of electrospun membranes. To finish, multilayer enzymatic films were made with TA and alkaline phosphatase or lysozyme. Films have both enzymatic properties and electro-activity due to TA

Au cours des 30 dernières années, l'intérêt fut très marqué pour la recherche dans le domaine des couches minces dures et résistant à l'usure. Des matériaux ont été développés sous forme de couches minces céramiques pour des applications industrielles telles que des outils de coupe, des pièces automobiles et différents composants de machine. Les matériaux en jeu étaient, TiN, TiAlN, TiC, SiC, WC et carbone adamantin (DLC) par exemple. Cependant, les besoins technologiques et industriels d'aujourd'hui nécessitent l'utilisation des couches minces avec des propriétés plus évoluées. Pour cela, le système ternaire B-C-N avec ses phases ultra-dures a attiré beaucoup l'attention ces dernières années. Le carbure de bore (B4C) en particulier, avec sa haute dureté et son module d'Young élevé en plus de ses autres propriétés intéressantes, est l'un des matériaux les plus prometteurs. Une autre possibilité repose sur le carbonitrure de bore (BCN) qui présente des propriétés différentes en raison de la combinaison possible de plusieurs phases telles que le diamant, le nitrure de bore cubique (c-BN) et le nitrure de bore hexagonal (h-BN). Une recherche bibliographique détaillée indique le fait que ces deux matériaux n'ont pas été suffisamment étudiés quand sous forme de couches minces. Le carbure de bore est l'un des matériaux les moins étudiés dans le cas de techniques de dépôt en phase vapeur telles que la pulvérisation cathodique. C'est également le composé le moins étudié dans le diagramme ternaire B-C-N. D'autre part, dans la bibliographie, presque tout l'effort a porté sur le dépôt du nitrure de bore cubique. Il existe très peu d'études centrées sur l'effet de l'incorporation d'azote dans la structure de carbure de bore et les différentes phases qui pourraient être obtenues. Le but de ce travail est d'étudier, en premier, l'effet de différents paramètres de pulvérisation sur les propriétés des couches minces de carbure de bore et d'établir des relations entre paramètres de dépôt, croissance des couches de carbure de bore et propriétés mécaniques et d'usure-frottement. Le deuxième objectif est d'étudier l'effet de l'incorporation d'azote dans la structure de carbure de bore pour établir une couche de carbonitrure de bore avec une dureté et une ténacité optimales ainsi qu'une résistance à l'usure élevée. Trois types de couches de carbure de bore bien adhérentes et homogènes ont été déposées par pulvérisation cathodique magnétron classique à courant continu (DC), pulvérisation cathodique magnétron DC assisté par plasma et pulvérisation cathodique radiofréquence (RF). Les couches minces de carbonitrure de bore déposées par pulvérisation cathodique magnétron a courant continu en mode réactif avec addition d'azote dans la composition du gaz plasmagène ont été également étudiées. La conception de multicouches fonctionnelles a permis de déposer des couches de carbure et carbonitrure de bore plus épaisses et adhérentes. Une cible de carbure de bore conductrice, produite par pressage à chaud de poudres de carbure de bore et une cible de carbure de bore commerciale ont été utilisées pour les dépôts par décharge à courant continu et RF respectivement. L'effet des paramètres de dépôt sur les différentes propriétés des couches a été évalué par plusieurs techniques de caractérisation. La composition élémentaire des dépôts a été déterminée par microsonde électronique de Castaing (EPMA). La microscopie à balayage électronique haute résolution avec un canon à émission de champ (FE-SEM) a servi à examiner la microstructure et la topographie des couches. Les profils de profondeur élémentaires des dépôts ont été obtenus par spectrométrie de masse d'ions secondaires (SIMS) et les propriétés nanomécaniques ont mesurées par nanoindentation. Le comportement tribologique des dépôts a été étudié en utilisant un tribomètre « pion-disque ». Les liaisons chimiques ont été identifiées par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). La nanostructure et la cristallinité des couches ont été caractérisées grâce à des observations par microscopie électronique en transmission (TEM). Les résultats ont démontré que les couches de carbure de bore constituent de bons revêtements à dureté élevée pour résister à l'usure. Grâce au contrôle des paramètres de pulvérisation, différentes microstructures correspondants à différentes propriétés ont pu être obtenues. Grâce à l'incorporation de l'azote dans la structure de carbure de bore, des couches présentant une dureté optimale et une résistance à l'usure élevée ont été développées, donnant ainsi la possibilité d'élargir la gamme d'applications pour ces dépôts. On a aussi constaté que la conception en multicouche fonctionnelle était une façon d'empêcher le décollement des couches et éviter des problèmes liés aux contraintes résiduelles pour les dépôts durs et résistants à l'usure. Des couches plus épaisses de carbure de bore et de carbonitrure de bore pour plusieurs applications industrielles, peuvent donc efficacement être déposées grâce a une conception appropriée des différentes sous-couches.

Le travail presente s'inscrit dans le cadre d'une cti (consultation thematique informelle) soutenue par france telecom / cnet lannion (centre national d'etudes en telecommunications) sur le theme : communications de proximite a 60 ghz. Ce travail de recherche se poursuit dans le cadre du projet optimm du rnrt. Cette etude comporte plusieurs aspects : le premier concerne l'analyse par l'extension d'une methode analytique (cavite) des pastilles imprimees alimentees par fente en millimetrique. L'epaisseur de fente, parametre critique a 60 ghz, est prise en compte. Ensuite, l'inclinaison de la ligne par rapport a la fente a egalement ete etudiee afin de pouvoir analyser une pastille a polarisation circulaire. La theorie est illustree par plusieurs realisations d'antennes a 60 ghz. De plus, plusieurs technologies de realisation developpees permettent de faire adherer des substrats polymeres (verre teflon ou tpx) avec une semelle epaisse de cuivre. Elles permettent de rigidifier de facon notable les structures. Le second objectif concerne la mise en reseau de ces pastilles afin de former les diagrammes de rayonnement. Des reseaux de 6 elements a diagramme directif, sectoriel ou cosecante realises ont fournis des resultats tres satisfaisants en terme de purete de polarisation et de rendement. Des reseaux de grande taille (256 sources) ont en outre ete realises. Les resultats satisfaisants obtenus prouve la faisabilite technologique de ce type d'antenne a 60 ghz. Le dernier objectif est l'etude d'une antenne multifaisceau en technologie imprimee. La structure choisie est la matrice de butler qui est composee de coupleurs et de dephaseurs et permet d'alimenter un reseau d'antennes imprimees. Une transition ligne-fente-ligne, necessaire a la matrice, a ete mise au point et permet de passer d'une face a l'autre du dispositif. Une antenne a 2 faisceaux donne des resultats interessants en terme de depointages des diagrammes, malgre des rendements un peu faibles (25%).

Le manque croissant en eau potable dans le monde est un problème d’envergure pour la population. La filtration par des membranes des eaux usées, insalubres ou la désalination apparaît comme une alternative viable pour le futur. La modification de membranes d’ultrafiltration par l’assemblage couche-par-couche permet d’obtenir des propriétés de nanofiltration en contrôlant avec une précision nanométrique l’épaisseur de la couche active de séparation déposée. Lors de cette thèse, nous avons étudié la construction de la couche de séparation ainsi que sa régénérabilité. Pour ce faire, nous avons développé des surfaces « membrane-like » pour étudier la construction sur des surfaces possédant des fonctions chimiques similaires à l’applicative. Par ailleurs, le temps de déposition a aussi été investigué afin de déterminer si les propriétés de séparation des membranes modifiées dépendaient du nombre de couches déposé ou du temps de dépôt. Les membranes ainsi développées présentent une couche de séparation régénérable et des propriétés de nanofiltration<br>The increasing lack of drinking water in the world is of major concern for the population. Membrane filtration of brackish water, seawater appears to be a viable alternative for the future. Nanofiltration membranes can be obtained by modifying ultrafiltration membranes by the Layer-by-Layer (LbL) technique. This method also the deposition of an ultra-thin separation layer with a nanoscale precision and with tunable properties. During this PhD thesis, the build-up and the regenerability of the separation layer was investigated. For this purpose, mimicry surfaces were developed in order to study the LbL-assembly on surfaces presenting similar chemical functions as the applicative one. In addition, the deposition time was also investigated in order to determine if the separation properties of the membrane depend on the number of deposited layers or on the coating time. The developed membranes possessed a regenerable separation layer presenting nanofiltration properties

_ Depuis quelques annees, on assiste de plus en plus, pour les microondes, a l'ouverture de marches grand public aussi bien dans le domaine des telecommunications que dans d'autres secteurs d'activites (developpement des radiocommunications mobiles, diffusion t. V. Et radio haute definition par satellite, marche de l'electronique automobile etc. ). Pour satisfaire l'ensemble des specifications associees a ces marches, les dispositifs doivent repondre, aujourd'hui, a un certain nombre de contraintes au niveau de l'integration des materiels : des contraintes economiques, des contraintes d'encombrement et de poids pour les dispositifs integres dans les systemes embarques, ainsi que des contraintes electriques, notamment en relation avec l'evolution des systemes actuels vers les hautes frequences. _ parallelement, dans ces systemes de communication, une antenne unique est generalement utilisee par souci de simplification, a la fois pour l'emission et la reception. Naturellement, il est cependant necessaire de pouvoir assurer la fonction de diplexage entre les voies emission et reception, qui operent dans des bandes de frequences quasi-contigues, voire identiques. Pour cela, l'utilisation de circulateurs a elements semi-localises sur ferrite apparait comme la solution la plus appropriee, et ce en relation avec l'ensemble des contraintes imposees. Neanmoins, a ce jour, etant donne les technologies d'integration classiquement utilisees (typiquement, de type microruban et triplaque), cette solution presente plusieurs limitations, principalement associees au procede technologique de type multiface mis en uvre (en particulier de par la presence de trous de retour de masse), ce qui induit des problemes de cout de realisation, de miniaturisation des dispositifs, de montee en frequence etc. _ afin de pallier ces inconvenients, ce travail propose l'utilisation de la technologie uniplanaire, pour l'integration complete de circulateurs a elements semi-localises, directement sur substrat ferrite. Par ailleurs, le choix d'une polarisation magnetique de type radial du materiau ferrite a ete retenue. Un modele theorique du circulateur uniplanaire, ainsi que des modeles des materiaux magnetiques et des elements electriques de base du dispositif, sont presentes tout d'abord. Par la suite, pour valider le formalisme de dimensionnement du circulateur uniplanaire, nous presentons plusieurs resultats experimentaux, et ce pour des dispositifs respectivement en bandes s, c, et ku (ce qui constitue, a priori a ce jour, une reference d'un point de vue de la montee en frequence). Enfin, nous demontrons l'interet evident d'une telle approche de conception de type uniplanaire, en particulier pour l'elargissement de la bande passante des circulateurs ultraminiatures, voire pour l'amelioration des performances propres de ces dispositifs (optimisation de l'adaptation, etc. ).

L'introduction d'une étape de planarisation dans les technologies bipolaires actuelles augmente la fiabilité des circuits intégrés, pouvant comporter jusqu'à trois niveaux de métallisation. Elle permettra également leur future densification. La technique de planarisation «Resist Etch Back» ou «REB», développée dans ce rapport de thèse, comprend deux sujets d'étude: 1) La planarisation d'une topographie par de la résine. 2) La gravure par plasma de deux matériaux à la même vitesse : l'Etch-Back. Par l'utilisation de plans d'expérience, nous modélisons l'influence des principaux paramètres de ces études sur la qualité de la planarisation. L'étape de planarisation développée est ensuite appliquée au procédé Subilo (subnanoseconde isolation par oxyde localisé) ; un procédé industriel de chez Philips Composants à Caen qui permet la réalisation de circuits intégrés bipolaires à haute densité d'intégration. La qualité de la planarisation est évaluée sur plusieurs de ces circuits denses par des analyses topographiques et électriques. La reproductibilité du procédé de planarisation REB est ensuite étudiée par un suivi de paramètres de contrôle, dont les définitions sont indispensables à une industrialisation. Ce procédé de planarisation est à présent appliqué en production pour une grande quantité de circuits. Il représente une progression dans la qualité de fabrication des circuits intégrés bipolaires

Ce travail porte sur l'étude de structures multicouches à gradient de propriétés (FGM : Functionnally Graded Materials). Ces matériaux sont apparus afin d'obtenir des dépôts aux caractéristiques nouvelles et innovantes. Les FGM sont désormais présents dans divers applications de haute technologie.Un système multicouche à gradient de composition entre le cuivre et le nickel, a fait l'objet d'une étude expérimentale par l'application de la technique des ultrasons laser (LU) couplée à une étude numérique basée sur le formalisme de Stroh et la méthode de la matrice de raideur. Le travail de thèse est organisé autour de quatre chapitres. Le premier chapitre est dédié à l'aspect théorique de la propagation des ondes de surface dans une structure multicouche et à gradient de propriétés. Ainsi, un développement des méthodes numériques pour les matériaux dotés de la piézoélectricité est fourni. Le second chapitre se consacre à l'élaboration des échantillons utilisés dans notre étude et obtenus par pulvérisation cathodique. Le troisième chapitre présente la méthode opto-acoustique utilisée pour caractériser les échantillons réalisés. le dernier chapitre présente les résultats expérimentaux, confrontés aux résultats théoriques, décrivant le comportement dispersif des multicouches submicrométriques<br>This thesis focuses on the study of multilayered and FGM systems (FGM : Functionnally Graded Materials). The main purpose of this type of materials is to obtain deposits with new and innovative features and to increase the fracture toughness. From now on, FGM have been used in various high technology applications.A multilayer system with a composition gradient of copper and nickel was studied experimentally by the application of the laser ultrasonics (LU) technique which was coupled to a theoretical study based on the ordinary differential equations (ODE) and the Stiffness Matrix Method (SMM). This PhD thesis is organized around four chapters. The first chapter is dedicated to a theoretical study of the propagation behavior of surface acoustic wave (SAW) in a multilayer system with à gradient of properties. Thus, the numerical methods developped for the piezoelectric materials (FGPM) are presented. The second chapter is devoted to describe the setup for making the samples used in this study which were obtained by sputtering technique. The third chapter presents the experimental study dedicated to the measurement of surface wave velocities in many crystal orientations. The last chapter of the manuscript presents experimental results, compared to the theoretical results, describing the dispersive behavior of submicrometer multilayers

L'objectif de ce travail est de montrer l'interet de la technologie couches epaisses dans une gamme de frequence allant de 1 ghz a 20 ghz et ceci pour des dispositifs hyperfrequences constitues de lignes de transmissions de type microruban fortement couplees. Dans une premiere partie, une methode d'analyse theorique de ces structures est developpee. Le milieu de propagation est constitue de plusieurs couches de materiaux dielectriques, isotropes et sans pertes. Les deux lignes de transmissions couplees peuvent etre de largeurs differentes et superposees l'une par rapport a l'autre. La seconde partie est consacree a la caracterisation hyperfrequences de la technologie utilisee. Une etude comparative des principaux materiaux existant sur le marche, permet la selection d'un couple entre conductrice, encre dielectrique dont les performances intrinseques permettent d'esperer un bon comportement electrique des dispositifs realises en hyperfrequences. Dans la derniere partie de ce travail, plusieurs circuits d'application sont envisages. Les resultats obtenus permettent d'une part, de valider l'approche theorique decrite dans la premiere partie, et d'autre part, de confirmer les resultats obtenus a partir de la caracterisation systematique de la technologie. Ils demontrent enfin l'interet de ces structures multicouches en hyperfrequences

L’objectif de cette étude est de proposer des filtres compacts, innovants, qui pourront parfaitement s’intégrer au sein d’équipements de réception hyperfréquences, actuels ou futurs, que ce soient des applications radars ou de guerre électronique. S’appuyant sur les matrices de couplage, les structures physiques déjà existantes ainsi que sur les technologies multicouches, de nouveaux types de couplages ont été investigués et de nouvelles structures de filtrage ont été développées, comme les filtres inter-digités verticaux (VIF), les filtres « serpents » ou les filtres inter-digités repliés (FIF). Une méthode de synthèse a également été élaborée dans le cas des VIF, cette synthèse bénéficie des apports de la RBDM (Rectangular Boundary Division Method), permettant de calculer plus finement les couplages s’établissant au sein des VIF. La validation des filtres proposés, par la fabrication et la mesure de structures de référence, a rendu possible le développement de dispositifs plus aboutis. Cette étude offre ainsi au concepteur tout un panel de filtres compacts innovants<br>The purpose of this study is to propose innovating compact filters, to be integrated within future or current microwave equipments, such as radars or electronic warfare devices. Learning on coupling matrices theory, already existing structures and multilayer technologies, new kinds of coupling have been investigated and new filtering structures have been developed such as the Vertical Inter-digital Filters (VIF), the “snake” filters or the Folded Inter-digital Filters (FIF). A method to synthesize VIF has been elaborated, and benefits from contributions of the Rectangular Boundary Division Method (RBDM) to calculate more precisely couplings in VIF structures. The validation of the proposed filters, by the manufacturing and the measurement of reference structures, made possible the development of more accomplished devices. As a result, this study brings to designers a whole sample group of innovating and compact filters

Ce travail contribue a l'evaluation des performances des interconnexions realisees en technologies hybrides multicouches entre des circuits integres rapides. Apres avoir rappele les expressions analytiques des parametres primaires des interconnexions et les limitations de leurs applications, nous avons realise des modelisations numeriques bi-dimensionnelles afin de calculer les matrices des coefficients capacitifs (cij) et inductifs (lij) d'un ensemble de connexions couplees. L'application du logiciel ansys a des connexions orthogonales a mis en evidence des effets tridimensionnels ainsi les couplages localises entre deux niveaux metalliques. L'analyse temporelle des signaux vehicules par des interconnexions couplees s'appuie sur une decomposition modale. Cette simulation a permis de quantifier les effets des parametres geometriques (dans le sens de la reduction des dimensions), l'influence des choix technologiques (substrats mineral ou polyimide) sur le couplage electromagnetique entre connexions voisines et les degradations des signaux dues aux charges terminales et aux pertes metalliques. Les modeles presentes sont valides par des verifications experimentales effectuees sur des vehicules de test realises au laboratoire en technologie hybride (couches epaisses)

Les systèmes de communications sans fils actuels imposent des contraintes très sévères en termes de la capacité du canal, la qualité de transmission tout en gardant les niveaux d'interférences et multi-trajets assez faibles. De telles contraintes ont rendu les antennes multifaisceaux un élément essentiel dans ces systèmes. Parmi les techniques permettant de réaliser une antenne multifaisceaux (sans avoir recours aux systèmes à balayages électroniques), un réseau d'antennes élémentaires est associé à un réseau d'alimentation (une matrice) à formation de faisceau (Beam Forming Network-BFN). Parmi les différents types de ces matrices, la matrice de Butler a reçu une attention particulière. Ceci est dû au fait qu'elle est théoriquement sans pertes et qu'elle emploie un nombre minimum de composants (coupleurs et déphaseurs) afin de générer l'ensemble de faisceaux orthogonaux demandé (avec l'hypothèse que le nombre de faisceau est une puissance de 2). Néanmoins, la matrice de Butler a un problème de conception majeur. Ce problème réside dans la structure de la matrice qui renferme des croisements ce qui a été adressé par différents travaux de recherches dans la littérature. Les Guide Intégré au Substrat (GIS) offrent des caractéristiques intéressants pour la conception des composants microondes et millimétriques faciles à intégrer sur un même support avec d'autres composants planaires. Les composants à base de GIS combinent les avantages des guides d'ondes rectangulaires, comme leur grand facteur de qualité Q, leur faibles pertes tout en étant compatible avec les technologies à faibles coûts comme le PCB et le LTCC. Vus ses caractéristiques attrayants, la technologie GIS devient un bon candidat pour la réalisation des matrices multifaisceaux faciles à intégrer avec d'autres systèmes en technologies planaires ou à base de guide GIS. Dans cette thèse, de nouveaux composants passifs sont développés en exploitant la technologie GIS en multicouches en vue de la réalisation d'une matrice de Butler 4x4 compacte et large bande. Les composants recherchés sont donc des coupleurs et des déphaseurs ayant des performances large bande en termes des amplitudes des coefficients de transmissions et les phases associés tout en gardant de faibles niveaux de pertes et de bonnes isolations. Différents techniques pour l'implémentation de déphaseurs large bande en technologie GIS sont présentés. Une nouvelle structure à base d'une propagation composite : main gauche main droite (Composite Right/Left- Handed, CRLH) dans un guide d'onde est proposée. La structure consiste d'un guide d'onde monocouche ayant des fenêtres inductives et des fentes transversales à réactances capacitives pour synthétiser l'inductance parallèle et la capacité série main gauche, respectivement. La structure est adaptée pour les réalisations de déphaseurs compacts en technologie GIS. Bien que les pertes d'insertions restent dans le même ordre de grandeur de celles des structures CRLH à base d'éléments non-localisés, ces niveaux de pertes restent relativement grands par rapport aux applications nécessitant plusieurs déphaseurs. Les déphaseurs à bases de GIS ayant des longueurs égales et des largeurs variables sont ensuite abordés. Ce type de déphaseur est effectivement très adapté à la technologie GIS qui permet des réalisations de parcours avec différentes formes (parcours droits, courbés, coudés, ..) tout en assurant des différences de phase large bande. Afin de satisfaire de faibles pertes d'insertions pour une large dynamique de phase, la longueur de ces déphaseurs est en compromis avec les variations progressives des différentes largeurs associées aux valeurs de déphasages requises. Une transition large bande, double couche et à faible perte est ainsi proposée. La transition est analysée à partir de son circuit électrique équivalent afin d'étudier les performances en termes de l'amplitude et la phase du coefficient de transmission par rapport aux différents paramètres structurels de la transition. Cette transition est ensuite exploitée pour développer un déphaseur à trois couches, large bande, en GIS. La structure consiste effectivement d'un guide d'onde replié à plusieurs reprises sur luimême selon la longueur dans une topologie trois couches à faibles pertes. De nouveaux coupleurs double couche en GIS sont également proposés. Pour les applications BFNs, une structure originale d'un coupleur large bande est développée. La structure consiste de deux guides d'onde parallèles qui partagent leur grand mur ayant une paire de fentes inclinées et décalées par rapport au centre de la structure. Une étude paramétrique détaillée est faite pour étudier l'impact des différents paramètres des fentes sur l'amplitude et la phase du coefficient de transmission. Le coupleur proposé a l'avantage d'assurer une large dynamique de couplage ayant des performances larges bandes en termes des amplitudes et les phases des coefficients de transmission avec de faibles pertes et de bonnes isolations entre le port d'entré et celui isolé. D'autre part, contrairement à d'autres travaux antérieurs et récents qui souffraient d'une corrélation directe entre la phase en transmission et le niveau de couplage, la structure proposée permet de contrôler le niveau de couplage en maintenant presque les mêmes valeurs de phase en transmission pour différents niveaux de couplage. Ceci le rend un bon candidat pour les BFNs déployant différents coupleurs telle la matrice de Nolen. Une deuxième structure originale d’un coupleur bibande est également proposée. La structure consiste de deux coupleurs concentriques en guide nervuré intégré au substrat avec un motif innovant de démultiplexage à base de GIS. Ce coupleur a été développé conjointement avec M. Tarek Djerafi de l’Ecole Polytechnique de Montréal dans un cadre de collaboration avec le Prof. Ke Wu. Finalement, pour l'implémentation de la matrice de Butler, la topologie double couche est explorée à deux niveaux. Le premier consiste à optimiser les caractéristiques électriques de la matrice, tandis que le second concerne l'optimisation de la surface occupée afin de rendre la matrice la plus compacte possible sans dégrader ses performances électriques. D'une part, la structure double couche présente une solution intrinsèque au problème de croisement permettant ainsi une plus grande flexibilité pour la compensation de phase sur une large bande de fréquence. Ceci est réalisé par une conception adéquate de la surface géométrique sur chaque couche de substrat et optimiser les différentes sections de GIS avec les différents parcours adoptés. La deuxième étape consiste effectivement à optimiser la surface sur chaque couche en profitant de la technologie GIS. Ceci consiste à réaliser des murs latéraux communs entre différents chemin électrique de la matrice en vue d'une compacité optimale. Les deux prototypes de matrices de Butler 4x4 sont optimisés, fabriqués et mesurés. Les résultats de mesures sont en bon accord avec ceux de la simulation. Des niveaux d'isolations mieux que - 15 dB avec des niveaux de réflexions inférieurs à -12 dB sont validés expérimentalement sur plus de 24% de bande autour de 12.5 GHz. Les coefficients de transmission montrent de faibles dispersions d'environ 1 dB avec une moyenne de -6.8 dB, et 10° par rapport aux valeurs théoriques, respectivement, sur toute la bande de fréquence<br>Multibeam antennas have become a key element in nowadays wireless communication systems where increased channel capacity, improved transmission quality with minimum interference and multipath phenomena are severe design constraints. These antennas are classified in two main categories namely adaptive smart antennas and switched-beam antennas. Switched-beam antennas consist of an elementary antenna array connected to a Multiple Beam Forming Network (M-BFN). Among the different M-BFNs, the Butler matrix has received particular attention as it is theoretically lossless and employs the minimum number of components to generate a given set of orthogonal beams (provided that the number of beams is a power of 2). However, the Butler matrix has a main design problem which is the presence of path crossings that has been previously addressed in different research works. Substrate Integrated Waveguide (SIW) features interesting characteristics for the design of microwave and millimetre-wave integrated circuits. SIW based components combine the advantages of the rectangular waveguide, such as the high Q factor (low insertion loss) and high power capability while being compatible with low-cost PCB and LTCC technologies. Owing to its attractive features, the use of SIW technology appears as a good candidate for the implementation of BFNs. The resulting structure is therefore suitable for both waveguide-like and planar structures. In this thesis, different novel passive components (couplers and phase shifters) have been developed exploring the multi-layer SIW technology towards the implementation of a two-layer compact 4×4 Butler matrix offering wideband performances for both transmission magnitudes and phases with good isolation and input reflection characteristics. Different techniques for the implementation of wideband fixed phase shifters in SIW technology are presented. First, a novel waveguide-based CRLH structure is proposed. The structure is based on a single-layer waveguide with shunt inductive windows (irises) and series transverse capacitive slots, suitable for SIW implementations for compact phase shifters. The structure suffers relatively large insertion loss which remains however within the typical range of non-lumped elements based CRLH implementations. Second, the well-known equal length, unequal width SIW phase shifters is discussed. These phase shifters are very adapted for SIW implementations as they fully exploit the flexibility of the SIW technology in different path shapes while offering wideband phase characteristics. To satisfy good return loss characteristics with this type of phase shifters, the length has to be compromised with respect to the progressive width variations associated with the required phase shift values. A twolayer, wideband low-loss SIW transition is then proposed. The transition is analyzed using its equivalent circuit model bringing a deeper understanding of its transmission characteristics for both amplitude and phase providing therefore the basic guidelines for electromagnetic optimization. Based on its equivalent circuit model, the transition can be optimized within the well equal-length SIW phase shifters in order to compensate its additional phase shift within the frequency band of interest. This twolayer wideband phase shifter scheme has been adopted in the final developed matrix architecture.This transition is then exploited to develop a three-layer, multiply-folded waveguide structure as a good candidate for compensated-length, variable width, low-loss, compact wideband phase shifters in SIW technology. Novel two-layer SIW couplers are also addressed. For BFNs applications, an original structure for a two-layer 90° broadband coupler is developed. The proposed coupler consists of two parallel waveguides coupled together by means of two parallel inclined-offset resonant slots in their common broad wall. A complete parametric study of the coupler is carried out including the effect of the slot length, inclination angle and offset on both the coupling level and the transmission phase. The first advantage of the proposed coupler is providing a wide coupling dynamic range by varying the slot parameters allowing the design of wideband SIW Butler matrix in two-layer topology. In addition, previously published SIW couplers suffer from direct correlation between the transmission phase and the coupling level, while the coupler, hereby proposed, allows controlling the transmission phase without significantly affecting the coupling level, making it a good candidate for BFNs employing different couplers, such as, the Nolen matrix. A novel dual-band hybrid ring coupler is also developed in multi-layer Ridged SIW (RSIW) technology. This coupler has been jointly developed with Tarek Djerafi in a collaboration scenario with Prof. Ke Wu from the Ecole Polytechnique de Montréal. The coupler has an original structure based on two concentric rings in RSIW topology with the outer ring periodically loaded with radial, stub-loaded transverse slots. A design procedure is presented based on the Transverse Resonance Method (TRM) of the ridged waveguide together with the simple design rules of the hybrid ring coupler. A C/K dual band coupler with bandwidths of 8.5% and 14.6% centered at 7.2 GHz and 20.5 GHz, respectively, is presented. The coupler provides independent dual band operation with low-dispersive wideband operation. Finally, for the Butler matrix design, the two-layer SIW implementation is explored through a two-fold enhancement approach for both the matrix electrical and physical characteristics. On the one hand, the two-layer topology allows an inherent solution for the crossing problem allowing therefore more flexibility for phase compensation over a wide frequency band. This is achieved by proper geometrical optimization of the surface on each layer and exploiting the SIW technology in the realization of variable width waveguides sections with the corresponding SIW bends. On the other hand, the two-layer SIW technology is exploited for an optimized space saving design by implementing common SIW lateral walls for the matrix adjacent components seeking maximum size reduction. The two corresponding 4×4 Butler matrix prototypes are optimized, fabricated and measured. Measured results are in good agreement with the simulated ones. Isolation characteristics better than -15 dB with input reflection levels lower than -12 dB are experimentally validated over 24% frequency bandwidth centered at 12.5 GHz. Measured transmission magnitudes and phases exhibit good dispersive characteristics of 1dB, around an average value of -6.8 dB, and 10° with respect to the theoretical phase values, respectively, over the entire frequency band

Ce travail est consacré à l’étude de la technologie multicouche pour la réalisation de fonctions passives hyperfréquences destinées à des applications spatiales en bandes Ku et Ka. Le but principal est de répondre aux demandes actuelles en termes de miniaturisation et d’amélioration des performances des systèmes de télécommunication des satellites. Le premier objectif de l’étude est de démontrer une parfaite maîtrise de cette technologie tant du point de vue modélisation que des procédés de réalisation, au travers de la réalisation de structures multicouches élémentaires. Ces circuits tests sont représentatifs des différents types de structures réalisables en technologie couche épaisse multicouche, et nous donnent un premier aperçu de l’intérêt d’utiliser ce type d’approche par rapport à des solutions planaires plus classiques. Une fois l’étape de modélisation validée, le second objectif concerne l’exploitation des différents avantages de la technologie multicouche pour la réalisation de l’ensemble de fonctions passives hyperfréquences des front-ends des charges utiles. Des dispositifs tels que des filtres, un coupleur, un diviseur de Willdnson 1 par 3 et des éléments semi-localisés ont été réalisés. Les résultats obtenus montrent les bonnes performances des différents composants et prouvent le flirt potentiel de la technologie multicouche<br>This PhD work was aimed at realizing passive microwave devices, in thick-film multilayer technology, for spatial applications in Ku and Ka-bands. The main goal was to meet the current requirements about miniaturization and enhancement of the electrical performances displayed by satellite telecommunication systems. The first aim of the study was to provide evidence, through the realization of basic multilayer devices, of the total mastery of modeling and realization processes. These, test-circuits are representative of the different designs achievable in thick-layer multilayer technology. They also highlighted some advantages of the multilayer concept versus the classical planar solutions. After validation of the design, the next goal was to talce benefit from the multilayer technology to realize several passive microwave devices for firther use by payloads RF front-ends. Several filters, a coupler, a 3-way Willkinson divider and semi-lumped elements were, thus realized. The good performances displayed by ail of them testified to the high capability of the multilayer technology

Les travaux de cette thèse portent sur la conception d'antennes multi-faisceaux. Ces dernières permettent à plusieurs faisceaux de partager la même partie rayonnante et offrent la possibilité d'avoir simultanément un fort gain et une grande couverture angulaire. Pour leur fonctionnement, ces antennes se basent sur des réseaux à formation de faisceaux, qui peuvent être groupés en deux catégories : les réseaux formateurs de faisceaux de type quasi-optique et les réseaux formateurs de faisceaux de type circuit. Plusieurs structures antennaires reposant sur ces types de réseaux à formation de faisceaux sont proposés dans cette thèse : structures pillbox simples intégrant les deux variantes de la technique mono-pulse pour augmenter la résolution angulaire de l'antenne, lentilles de Rotman bicouche et multicouche, pour le cas quasi-optique ; réseaux phasés pour applications SATCOM (projet ANR) et matrice de Butler avec circuit de contrôle des niveaux de lobes secondaires pour le cas circuit. Les différents concepts ont été étudiés dans différentes bandes de fréquences : Ku, K et V. Pour des raisons de coût essentiellement, deux technologies ont été retenues : La technologie SIW (Substrate Integrated Waveguide), qui associe les avantages de la technologie des circuits imprimés et celles de la technologie guide d'ondes. Des efforts particuliers ont été faits pour l'implémentation de structures multicouches car nous arrivons à ce stade à la limite du savoir faire industriel national dans ce domaine. La technique de « Diffusion Bounding » développée au « Ando and Hirokawa lab » du TIT (Tokyo Institute of Technology) et qui consiste à assembler de fines couches métalliques sous haute température et haute pression. Cette technique permet le développement d'antennes en guides creux avec des efficacités supérieures à 80% en bande millimétrique<br>This PhD thesis deals with the design of multi-beam antennas. A single radiating aperture is used to generate several beams with high gain and a large field of view. The multi beam operation is achieved by using two topologies of Beam Forming Networks (BFN): quasi optical BFN, and circuit-based BFN. For each category, several solutions have been proposed and validated experimentally. In particular, for the quasi-optical configurations, pillbox structures, mono-pulse antennas in pillbox technology, and multi-layer Rotman lenses have been considered. On the other hand, for circuit-based multi-beam antennas, two solutions have been analyzed: a phased array for SATCOM applications in the framework of a national ANR project and a Butler matrix with controlled side-lobe levels for the radiated beams within a collaboration with the Tokyo Institute of Technology, Japan. The proposed concepts and antenna solutions have been considered in different frequency bands: Ku, K and V. Two technologies have been mainly adopted for the fabrication of the various prototypes: Substrate Integrated Waveguide technology (SIW) which combines the advantages in terms of cost of the printed circuit board (PCB) fabrication process with the efficiency of classical waveguide technology. Considerable efforts have been devoted to the implementation of multilayer SIW structures to overcome and go beyond the current state of the art at national level on PCB fabrication process. Diffusion Bounding Technique, developed at “Ando and Hirokawa lab” at the Tokyo Institute of Technology, which consists of bonding laminated thin metal plates under high temperature and high pressure. This technique allows the fabrication of planar hollow waveguide structures with efficiencies up to 80% in the millimeter wave-band

La thèse concerne la magnétostriction de films pulvérisés basés sur la nouvelle composition Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5. Pour le film mince, une magnétostriction de 1140x10-6 a été obtenue. Dans les films sandwich Fe/Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5(600nm)/Fe, le couplage d'échange interfacial conduit à une amélioration des caractéristiques magnétostrictives. Les valeurs magnétostrictives optimales sont obtenues après un recuit à 250°C du sandwich avec des couches de d'épaisseur 15nm : large magnétostriction, grande susceptibilité magnétostrictive et faible coercitivité. Les meilleures performances sont obtenues pour des multicouches de type " Spring Magnets "{Tb(Fe0. 55Co0. 45)1. 5(12nm)/Yx(Fe0. 7Co0. 3)1-x(10nm)}50. La microstructure des couches douces individuelles de Fe ou de FeCo dépend de la concentration en Y et/ou des traitements thermiques. Une excellente souplesse magnétostrictive (29. 7x10-2 T-1) et une large magnétostriction (720x10-6) ont été obtenues pour l'échantillon comportant des couches douces nanocristallines (x=0. 1), appelé " discontinuous exchange-spring multilayer ". Pour les multicouches, nous avons proposé une modélisation du processus d'aimantation à basse température et à température ambiante, incluant la paroi de domaine interfaciale. Un composite magnétoélectrique (ME) Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5/PZT a été fabriqué et montre un coefficient de tension ME élevé de 9650 (V/m)(kA/m). Nous avons construit un capteur magnétique basé sur ce composite ME, qui présente une réponse en tension ME très élevée d'environ 130mV/mT. Il permet de déterminer non seulement l'intensité mais aussi la direction du champ magnétique<br>This thesis deals with the magnetostriction of the sputtered films based on the new composition Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5. For the single film, a magnetostriction as high as 1140x10-6 was obtained. In Fe/Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5(600nm)/Fe sandwich films, further improvement of magnetostrictive characteristics thanks to the interfacial coupling was observed. Optimal behaviors were found in 250°C-annealed sandwich with 15nm thick Fe-layer: high magnetostriction, high magnetostrictive susceptibility and low coercivity. The best performances were obtained for “Spring Magnets” magnetostrictive {Tb(Fe0. 55Co0. 45)1. 5(12nm)/Yx(Fe0. 7Co0. 3)1-x(10nm)}50 multilayers. The microstructure of the individual soft magnetic Fe or FeCo-layer depends on the Y-concentration and/or heat treatments. An excellent magnetostrictive softness with low magnetic coercivity (0. 4mT), large magnetostrictive susceptibility (29. 7x10-2 T-1) and large magnetostriction (720x10-6) was obtained in the sample with nanocrystalline soft layers (x=0. 1) named as discontinuous exchange-spring multilayers. For this system, models of the magnetization process at low and room temperature, including the interfacial domain wall, have been proposed. Using these magnetostrictive films, magnetoelectric (ME) Tb(Fe0. 45Co0. 55)1. 5/PZT composites have been fabricated that exhibit a maximum ME voltage coefficient as large as 9650 (V/m)(kA/m). Based on this ME composite, we have successfully manufactured a promising magnetic sensor with a very high ME voltage response (130mV/mT), which allows to determine not only the strength of the magnetic field but also its direction

La surface joue un rôle de plus en plus important pour les matériaux que les industriels cherchent à miniaturiser et alléger. Afin de conserver une forte propriété de résistance aux claquages diélectriques des matériaux céramiques isolants, des structures bicouches formées d'un substrat isolant recouvert d'une couche de surface de nature différente sont de plus en plus envisagées. Le comportement sous injection de charges de ces matériaux multicouches est lié aux propriétés intrinsèques du matériau de surface : propriétés structurales, diélectriques et géométriques. La démarche de ce travail a été d’établir des relations entre la microstructure du matériau, son comportement face à l’injection et sa résistance au claquage diélectrique. Cette compréhension et l’interprétation des résultats expérimentaux ont été permis grâce à l’utilisation d’un modèle physique, proposé initialement par HJ Fitting et développé par X. Meyza et M. Touzin. Des améliorations ont été apportées au modèle initialement développé, comme la prise en compte de l’effet de la température à travers l’introduction d’un dépiégeage de type Poole-Frenkel sur le courant de diffusion, de la recombinaison des charges disponibles notamment par les effets de dépiégeage et de la présence d’un courant de diffusion. Le modèle, utilisé jusqu’à présent pour des matériaux massifs, a été généralisé à un système multicouches. Pour cela, l'influence du matériau de surface sur l'énergie des électrons le traversant a été prise en compte via la notion d'épaisseur efficace. Dans un deuxième temps, ce modèle a été validé en comparant les mesures de rendement d'émission secondaire intrinsèque et total, issues des données expérimentales, avec les résultats simulés. Enfin le modèle a été appliqué au cas des matériaux bicouches: alumine revêtue de silice, et alumine traitée en surface avec un faisceau laser. Les simulations ont démontré que même pour des épaisseurs de dépôts très faibles (comparable à la longueur d'échappement des électrons, soit quelques dizaines de nanomètres) le comportement du matériau alumineux revêtu était fortement modifié. On a noté en particulier une accumulation de charges à l'interface sous forme d'une distribution bi-polaire. La confrontation entre les résultats simulés et les mesures expérimentales d'injections d'électrons par la méthode ICM (Méthode du Courant d’Influence), a finalement permis de comprendre l'influence de la couche surfacique sur la propriété de tenue au claquage diélectrique de ces matériaux revêtus. Pour une alumine ayant subi un traitement laser, sa surface est fortement modifiée et son comportement face à l’injection de charges l’est également. Les charges s’écoulent ainsi au fur et à mesure qu’elles sont injectées. Ce caractère diffusif est confirmé par la simulation d’une couche d’épaisseur 100nm de propriétés physiques différentes du substrat (en lien avec les modifications structurales : ressuage des phases secondaires, fusion). Au contraire, le comportement du matériau initial face à l’injection de charges est différent : les charges sont fortement piégées ce qui provoque la création d’un potentiel de surface qui fait « barrière » à l’injection : ce caractère piégeur a été mis en évidence expérimentalement. Ces deux phénomènes, même si ils ont des comportements très différents, permettent d’augmenter la rigidité diélectrique du matériau<br>In industry, a constant aim is to reduce the size of the produced pieces for economic reasons. This can be possible by mastering some properties through a surface layer whose composition is different from that of the bulk material. For example, in order to retain a strong resistance to dielectric breakdowns of insulating ceramic materials, double-layered structures, formed by an insulating substrate covered by a surface layer of a chosen composition, are increasingly considered. Behaviour under injection of charges in these multi-layer materials is generally linked to the intrinsic properties of the surface material: structural, dielectric and geometrical properties. The aim of this work was to determine relationships between the microstructure of material, its behaviour during electron injection and its resistance to dielectric breakdown. This comprehension and the interpretation of the experimental results were possible through the simulation of the injection by the way of a physical model, suggested initially by HJ Fitting and developed by X. Meyza and M. Touzin. Improvements were performed on the initially developed model by taking into account : (i) the effect of the temperature through the introduction of a ‘Poole-Frenkel-like’ detrapping effect on the diffusion current, (ii) the effect of the recombination of the available charges, in particular the ones induced by the effects of detrapping and (iii) the presence of a diffusion current. The model, used until now for bulk materials, was generalized to a multi-layer system. Thus, the influence of the material surface on electron energy, was taken into account by the concept of effective thickness. Then, this model was validated by comparing measurements of output intrinsic and total emission of secondary electrons, resulting from the experimental data, with the simulated results. Finally, the model was applied to the case of double-layered materials: silica-covered alumina, and alumina whose surface was laser-treated. Simulations showed that, even for very thin deposits (comparable with the escape length of the electrons, i. E a few tens of nanometers), the behaviour of covered alumina was strongly modified. In particular, an accumulation of charges near the interface, following a bipolar distribution, was noticed. Confrontation between the simulated results and experimental measurements of electron injections by ICM method (Induced Current Method), eventually made it possible to understand the surface layer influence on the property of the dielectric breakdown behaviour of these covered materials. The surface of an alumina having undergone a laser treatment, is strongly modified and its behaviour under injection of charges as well. The charges are progressively diffusing as they are injected. This diffusive behaviour is confirmed by the simulation of injection in a 100nm-thick layer with physical properties different from that of the substrate (linked to the structural modifications: sweating of the secondary phases, fusion). On the opposite, the behaviour of initial material under charge injection is different: the charges are strongly trapped, generating a surface potential that creates a “barrier” to the injection: this trapping behaviour was highlighted in experiments. These two phenomena make it both possible to increase the dielectric rigidity of materials

Cette thèse a été menée dans le cadre du projet ANR Numtiss. Ce projet vise à mettre au point un outil informatique de modélisation numérique du tissage. Un tel outil permettra d’apporter une plus grande précision dans la conception des préforme composite structurelles et ainsi réduire leurs temps et couts de développements. L’objectif de la thèse est d’apporter des connaissances sur les phénomènes mécaniques agissant sur les fils au cours du tissage. Parmi ces phénomènes, la déformation longitudinale des fils de chaines peut conduire à une perte de performances mécaniques irréversible de ceux-ci et représente le cœur de cette étude. Un capteur d’allongement filaire a été conçu pour réaliser les mesures In-situ sur les fils de chaines pendant le tissage. Celui-ci devant être à la fois représentatif des fils de chaine (en fibre de verre E) utilisés, robuste pour résister à tout le processus de tissage, non intrusif par rapport aux autres fils et sensible aux petites déformations (inférieur à 1%). Le capteur est composé d’un roving de verre E recouvert localement (30mm) d’une enduction piézo-résistive à base de PEDOT:PSS et de PVA. Il a été caractérisé par une série de tests sur banc de traction. Une fois ces paramètres de fabrications optimisés, le capteur a été reproduit en série. Cette série de capteurs a permis de réaliser une campagne de mesure In-situ sur un métier à tisser industriel, configurer pour le tissage de toile 3D interlock orthogonale 4 couches. Les résultats démontrent de l’influence des éléments consécutifs de la machine à tisser à travers des variations significatives et caractéristiques sur l’allure des signaux des capteurs<br>This thesis was conducted within the framework of the ANR project Numtiss. This project aims to develop a software tool for numerical modeling of weaving. Such a tool will provide greater accuracy in the design of structural composite preform and thus reduce time and cost of developments. The aim of the thesis is to provide knowledge on mechanical phenomena acting on the yarns during weaving. Among these phenomena, the longitudinal stress of the warp yarns can lead to irreversible loss of mechanical performances of these yarns. The study focuses on this phenomenon. A stress yarn sensor has been designed to perform in- situ measurements of the warp yarns during weaving. It had to be representative of the warp yarns used (fiberglass E), be robust to withstand the whole process of weaving, be non-intrusive compared to the other yarns and be sensitive to small deformations (less than 1 %). The final sensor consists of an E-glass roving locally covered (30mm) by a piezo-resistive coating based on PEDOT:PSS and PVA. It was characterized by a series of tests on a tensile tester bench. Once these manufacturing parameters were optimized, the sensor has been reproduced in series. This series of sensors has run a campaign of in-situ measurements on an industrial weaving loom configured for producing 4 layers 3D orthogonal interlock fabric. The results show the influence of the consecutive elements of the loom through significant and characteristics changes in the appearance of sensor signals

Pour assurer la fonction de sélection spectrale au sein d'imageurs embarqués sur satellites défilants, les filtres allumettes apparaissent comme une solution particulièrement efficace, mais dont la fabrication reste délicate. L'objectif de cette thèse a alors été d'explorer de nouvelles voies technologiques pour la réalisation de ces composants optiques microstructurés. Une étude théorique de procédés d'assemblage, ainsi que de leur impact sur la structure et la fabrication de filtres allumettes, a mis en avant les nombreux intérêts qu'offre une solution basée sur l'assemblage. Cette approche a été validée expérimentalement, à la fois sur les plans optique et mécanique, par la réalisation de composants prototypes dont la caractérisation spectrale, du fait de la géométrie particulière de ces filtres, a nécessité le développement d'un outil de métrologie dédié. Une seconde approche, plus novatrice, a également été étudiée, reposant sur le principe du transfert d'empilements multicouches. Les tests réalisés pour la validation des étapes élémentaires de ce procédé, montrent des perspectives intéressantes.

Nous présentons un modèle unidimensionnel de type éléments finis concernant les milieux oxydés dans des conditions de sollicitations thermiques à régime variable. Ce modèle prend en compte la propagation des couches d'oxydes au cours du temps, l'incompatibilité des réseaux du métal et de l'oxyde (variation de volume et épitaxie) à travers un lien micro-macroscopique des déformations associées, d'un comportement visco-plastique du métal et de l'oxyde ainsi que de l'influence de la variation de la température sur les coefficients mécaniques. Ce modèle permet de déterminer et de suivre par le calcul les variations des contraintes dans l'épaisseur de la couche d'oxyde pendant des cycles de chargement mécanique ou thermique. En particulier, nous avons étudié l'influence de la vitesse de refroidissement sur le niveau des contraintes résiduelles. Les résultats numériques ont fait l'objet d'une confrontation avec l'expérience et paraissent en bonne concordance avec les mesures des contraintes résiduelles effectuées par la méthode des rayons X sur le système Ni/NiO. La prise en compte des critères d'endommagement et la définition des états limites gouvernant le type de propagation et la rupture des couches devra contribuer à l'amélioration des processus de création des revêtements pour en augmenter la tenue.

Dans ce travail, nous présentons la mise au point de techniques de caractérisation thermique de systèmes multicouches à partir de mesures de températures réalisées par thermographie infrarouge. Ces systèmes sont composés de deux phases, fluides ou solides, immobiles ou en écoulement. Les méthodes développées concernent les domaines du contrôle non destructif des matériaux composites, de la caractérisation thermophysique des matériaux homogènes ou hétérogènes et de l'évaluation des performances globales des échangeurs multicanaux. L'étude bibliographique recensant les techniques de caractérisation thermique des milieux hétérogènes met en évidence l'intérêt d'associer les modélisations macroscopiques obtenues par la technique de prise de moyenne à des mesures de champs de températures moyens par thermographie infrarouge pour l'identification de propriétés effectives. Conséquence de ces moyennages spatiaux et/ou temporel, les données expérimentales sont peu bruitées et garantissent un bon fonctionnement des méthodes d'estimation. Dans cette étude, nous développons des solutions analytiques par les techniques de prise de moyenne associées aux méthodes des transformations intégrales pour différentes configurations des transferts diffusif et convectif dans les systèmes multicouches. Sur la base d'un développement limité au premier ordre de ces solutions exactes, les expressions et les domaines de validité de solutions approchées sont définis pour la construction des méthodes d'estimation des paramètres thermiques de différents milieux multicouches. Ces méthodes sont basées sur une fonction d'identification exprimée dans l'espace transformé qui a l'avantage d'être indépendante des caractéristiques du terme source. Les propriétés thermiques macroscopiques (coefficient d'échange) ou locales (propriétés thermophysiques) de milieux monocouches (aciers) et d'un système bicouche avec écoulement en canal rectangulaire sont estimées à partir de mesures de températures par thermographie infrarouge<br>In this work, we present a study of multilayered media thermal characterization techniques based on infrared temperature measurements. These media are made of two constitutive phases, fluid or solid, motionless (flowing). The applications of the present methods are in the areas of the non destructive testing of composite materials, the homogeneous or heterogeneous materials thermophysical characterization and the compact heat exchangers efficiency prediction. A review of the published studies on heterogeneous media thermal characterization methods shows that macroscopic models based on spatial averaging techniques are well suited to effective properties estimation from infrared temperature measurements. Indeed, temporal and spatial averagings of a lot of temperature data allow to reduce measurement noise. In this study, analytical solutions of different thermal problems with parietal heat losses are developped by integral transform and averaging techniques. Approximate formulations of these exact solutions are defined to derive thermal parameter estimation techniques of multilayered systems. The so-obtained identification functions don't require the knowledge of the heat source for characterizing the system in terms of conductive or convective heat transfer. Local (thermophysical properties) or macroscopic thermal parameters (heat exchange coefficient) are estimated for stainless stell samples and a one-rectangular channel flow system from infrared temperature measurements

L'objectif de ce travail était de développer et caractériser une nouvelle génération de revêtements multicouches de type nitrures dont le métal constituant la base est le chrome, et de comprendre les mécanismes de dégradation, tant d'un point de vue physico-chimique que tribologique, afin de définir des règles d'élaboration optimisées ultérieurement. En raison des conditions auxquelles ils sont soumis, ces dépôts doivent présenter des caractéristiques particulières. Dureté, propriétés tribologiques et thermiques optimisées sont les premières à considérer, compte tenu de leur application potentielle dans le domaine de l'usinage. En outre, ils doivent présenter une bonne tenue à l'oxydation à chaud en raison de l'élévation de température concomitante au frottement. Nous avons développé et caractérisé ainsi des revêtements multicouches (CrN/CrAlN et Cr/CrN/CrAlN) en faisant varier les conditions d'élaboration des monocouches, nous avons déterminé les conditions optimales de réalisation des multicouches. Par la suite, les films élaborés dans ces conditions optimales ont été étudiés et caractérisés. Nous nous sommes intéressés en particulier à leurs morphologies, leurs propriétés physico-chimiques et leurs caractéristiques mécaniques (dureté, contraintes résiduelles, adhérence et propriétés tribologiques). Les résultats obtenus dans cette étude apportent une contribution à la compréhension des mécanismes complexes d'endommagement des revêtements multicouches.

Cette thèse avait pour objectif d'augmenter la fréquence de travail d'un multicouche magnéto-diélectrique pour des applications des Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication (NTIC). Ainsi, deux types de structures ont été étudiés : des multicouches (CoO=CoFeB)n et des tricouches Py/Ru/Py. Dans les empilements (CoO=CoFeB)n, la montée en fréquence est assurée par une anisotropie de surface du CoFeB induite par une rugosité orientée à la surface de la couche CoO. Cette rugosité est générée par la géométrie de dépôt. La fréquence de résonance de ce système est ajustable sur toute la gamme de fréquence des NTIC par le choix des épaisseurs de CoO et de CoFeB. Ces propriétés magnétiques sont modélisées en ajoutant à l'anisotropie intrinsèque du CoFeB un terme démagnétisant. Celui-ci est calculé à partir des observations de la surface de la couche CoO par microscopie à force atomique. Les propriétés magnétiques obtenues sur le bicouche sont maintenues dans le cas d'un multicouche, montrant que la rugosité est peu affectée par l'empilement. Dans les tricouches Py/Ru/Py, le terme s'ajoutant à l'anisotropie intrinsèque du Py est induit par le couplage des deux couches de Py via les électrons de conduction de la couche de Ru (couplage RKKY). Selon les échantillons, le terme de couplage antiferromagnétique ou quadratique est prépondérant. La modélisation du comportement statique permet de quantifier ces termes de couplage. La modélisation du comportement dynamique prédit les deux fréquences de résonance caractéristiques observées expérimentalement<br>The aim of this thesis was to increase the working frequency of a magneto-dielectric multilayer for ICT applications. Two structures were studied : (CoO=CoFeB)n multilayers and Py/Ru/Py trilayer. In (CoO=CoFeB)n stacks, the CoFeB resonance frequency is increased thanks to a surface anisotropy induced by the CoO oriented roughness. This roughness is generated by the deposition geometry. The resonance frequency of this system is adjustable over the entire ICT frequency range by choosing the CoO and CoFeB thicknesses. These magnetic properties are simulated by adding a demagnetizing term to the CoFeB intrinsic volume anisotropy. This term is calculated from AFM observations of CoO surface. The magnetic properties of the bilayer are not degraded in multilayers because the roughness is poorly affected by the stacking. In trilayer Py/Ru/Py, the term added to the Py intrinsic anisotropy is induced by the coupling of the two Py layers via the conduction electrons of Ru (RKKY coupling). Depending on the samples, the quadratic or antiferromagnetic coupling term is dominant. The hysteresis loop fitting leads to the coupling terms values. The dynamic properties calculus predicts the two resonance frequencies experimentally observed

L'evolution des memoires a semiconducteurs et en particulier de la famille eprom (erasable read only memory) est liee a l'identification des phenomenes determinants du processus de perte de la charge electronique stockee. Les cellules etudiees ici sont toutes proches des points de fonctionnement de filieres industrialisees ou en cours de developpement (de 4 a 256 megabits). On distingue deux mecanismes de perte de charge. Le premier est une fonction de la nature des dielectriques presents dans la structure et des lois qui regissent la conduction qui leur est associee. Le second est lie a la migration des ions alcalins dans la cellule. Partant de l'analyse des proprietes de la tricouche ono (oxyde nitrure oxyde) et en emettant l'hypothese de l'injection d'electrons en fin d'ecriture, un modele de perte de charge est propose. Il est base sur l'emission electronique assistee en temperature et la migration des electrons a travers l'ono. Les mesures de perte de charge montrent qu'il ne faut pas descendre, dans la realisation de l'ono, en deca de l'epaisseur tunnel de chaque couche et que l'obtention de couche d'epaisseur homogene et stchiometrique ameliore la fiabilite du dispositif. Cette analyse conduit, de meme, a la proposition d'un dielectrique adapte aux applications tres avancees. Forme par l'association de nitrure et d'oxyde, le no apparait comme un candidat interessant les generations eprom et flash eprom 256 mb. L'etude des contaminants ioniques a mis en uvre la methode tvs, qui s'avere un outil puissant, permettant l'evaluation rapide et precise de la densite d'ions mobile dans les dielectriques epais. Une solution economiquement viable a ete mise au point pour prevenir les effets d'une eventuelle contamination sur le plan memoire. Il s'agit de la juxtaposition judicieuse d'un verre au phosphore et d'un verre au bore et au phosphore

Cette thèse se place dans le cadre d'un projet ANR qui vise à remplacer des dépôts électrolytiques sacrificiels par des dépôts PVD à base d'aluminium, moins néfastes pour l'environnement. Trois critères ont été définis :un comportement sacrificiel avec de faibles cinétiques de dissolution, une bonne résistance au grippage et la possibilité d'élaboration du dépôt avant emboutissage du substrat acier. Des revêtements monocouches ont été élaborés pour étudier l'effet d'un élément d'alliage dans l'aluminium. Certains éléments (Mo, Mn) améliorent les propriétés mécaniques et d'autres (Mg, Zn) les propriétés sacrificielles des revêtements. Cette étude a permis de mettre en évidence qu'il est difficile de combiner de bonnes propriétés mécaniques et sacrificielles. Pour pallier à ce problème, deux voies peuvent être explorées. L'élaboration d'alliages ternaires et celle d'architectures multicouches.Ce travail s'est focalisé de manière plus approfondie sur la deuxième voie. Des architectures multicouches ont été élaborées avec deux types de couches, chaque type de couche possédant l'une des deux propriétés souhaitées pour le revêtement. Les configurations étudiées sont les suivantes : Al-Mo/Al-Zn, Al-Mo/Al-Mg et Al-Mn/Al-Mg, avec différentes périodes. Cette étude a permis de trouver une architecture multicouche qui répond tout à fait aux deux premiers critères :Al-Mn/Al-Mg 15 nm.Une étude préliminaire en corrosion après déformation a été réalisée sur cette dernière. Elle perd son caractère sacrificiel en immersions salines de 48h à partir de 1% de déformation. L'optimisation des paramètres de dépôt pour améliorer la tenue mécanique de cette architecture est une prochaine étape.

Ces travaux portent sur la modelisation des mecanismes de croissance et l'optimisation des proprietes tribologiques de couches minces de carbone realisees par cvd assistee plasma. La decharge, obtenue a basse pression (0, 1 pa) grace a un dispositif d'intensification de la decharge, est realisee dans du benzene pur. Une etude a la fois theorique et experimentale permet de definir, en fonction des conditions d'elaboration, differentes structures pour les couches. On montre notamment le role fondamental des ions c#6h#6#+ presents dans le plasma. Ils contribuent pour 80% a la formation du depot. L'energie de ces ions incidents determine la structure de la couche (taux d'hydrogene, nature de l'etat des liaisons de cet element avec le carbone, nature des hybridations) et des proprietes mecaniques. Les meilleurs depots sont obtenus lorsque cette energie est comprise entre 500 et 700 ev. Le flux de ces especes determine quant a lui la vitesse de croissance. L'etude des mecanismes regissant l'adherence de tels depots montre que pour obtenir une adherence compatible avec les applications visees (anti-usure, anti-frottement), le recours a des sous-couches d'accrochage est necessaire. Elles sont obtenues par depot ionique, juste avant la synthese de la couche finale de carbone et dans le meme cycle de depot. On montre que des sous-couches de type tin+tic sont tres bien adaptees. La fonction de chacun de ces materiaux est mise en evidence. Des revetements a la fois tres performants d'un point de vue tribologique et tres adherents sont realises. Ils sont ensuite utilises pour le traitement de pieces tridimensionnelles. On etudie alors les consequences de la mise en rotation des substrats sur les mecanismes et la cinetique de croissance, ainsi que sur l'evolution de l'adherence et de la resistance a l'usure. On montre aussi que la geometrie de la piece a traiter conditionne la distribution des caracteristiques du revetement sur sa surface. Des solutions sont proposees pour repondre a ces problemes

Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans le cadre de deux projets de recherche multipartenaires. Le projet RNRT HEMERODE concerne le développement d'un couple de modules émission/réception d'une chaîne de transmission par liaison optique, longue distance et haut débit. Dans le cadre de ce projet, nous avons, d'une part, procédé par une approche pluridisciplinaire à l'optimisation des lignes micro-ondes de commande et du couplage RF-optique du modulateur électrooptique réalisé sur niobate de lithium, et d'autre part, nous avons, par une approche hybride couplant les lois de l'électromagnétique et des circuits, procédé à l'étude et à l'optimisation du packaging du module récepteur. Le projet PIDEA LOTTO a pour objectif la conception de modules d'émission et de réception pour des applications de télécommunications par liaisons hertziennes, de type MVDS et MWS. Ce projet nous a permis d'étudier des transitions génériques large bande et des solutions de filtrage passe bande millimétrique, en technologie multicouche LTCC. Des réalisations ont montré les bonnes performances de ces composants et ont mis en évidence les potentialités de cette technologie pour ce type d'application. Les études menées dans le cadre de ce travail varié ont tout particulièrement mis en évidence la contribution indispensable des approches électromagnétiques et hybrides, ainsi que des méthodologies associées, dès la phase de conception des dispositifs complexes par leurs géométries, leurs fonctions et leurs domaines d'applications.

Les miroirs multicouches trouvent de nombreuses applications utilisant les rayons X produits par les synchrotrons et les lasers à électrons libres et doivent relever de nouveaux challenges apparus avec l'amélioration de ces sources de rayonnement. Pour étudier les causes des contrastes d'intensité produits dans le faisceau réfléchi, des mesures expérimentales et une modélisation numérique ont été effectuées.Plusieurs méthodes d’analyse de la structure des multicouches et du front d’onde réfléchi par un miroir multicouches ont été mises en œuvre sur la ligne de lumière BM05 de l'ESRF. Les méthodes de mesure de 'Rocking Curve Imaging' et 'theta/2theta Imaging' ont été appliquées et adaptées pour la première fois aux miroirs multicouches. Des mesures du front d'onde réfléchi par une multicouche ont aussi été effectuées à partir des techniques d’holographie et de tavelure en champ proche. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre les effets de phase produits par les multicouches ainsi que leurs origines et de reconstruire la topographie de défauts de hauteur d'un miroir multicouches par l'utilisation du modèle numérique développé durant cette thèse.Un modèle numérique basé sur les équations de Takagi-Taupin a été modifié pour tenir compte de défauts dans la structure multicouches d'un miroir. Des simulations de défauts simples ont été effectuées afin de caractériser les performances et les limites du modèle numérique. La propagation et la cohérence de faisceau réfléchi ont été simulées. Les résultats expérimentaux et simulés ont alors permis de montrer que les défauts de hauteur dans la structure multicouches des miroirs constituent la cause principale des contrastes d'intensité. Les simulations effectuées conduisent à conclure que les effets induits par les défauts de hauteur dans une multicouche sont analogues aux effets de phase produits par ces même défauts de hauteur sur une surface réfléchissante.Ces modèles et ces simulations peuvent être utiliser pour spécifier les caractéristiques des défaut de hauteur qui minimise la production du contraste d'intensité. Les techniques expérimentales développées permettront de caractériser avec les rayons X les futures multicouches<br>Multilayer mirrors find numerous X-ray applications in synchrotron and X-rays free electron lasers. These multilayers optical devices must take up new challenges raised with the upgrade these radiation sources. To study the origin of intensity contrast in reflected beam, experimental measurements and numerical modeling were performed.Several techniques for multilayer structure charactérization have been implemented at the ESRF beamline BM05. Measurements methods based on 'Rocking Curve Imaging' and 'theta/2theta' Imaging were performed and applied for the first time to multilayer mirrors. Measurements of the wavefront reflected by multilayers were performed using holography and near field speckle techniques. The results obtained allowed a better understanding of the phase effects induced by multilayer reflection of their origin and to reconstruct the topography of the height defects within a multilayer mirror using the numerical model developped in the course of this PhD thesis.A numerical model based on Takagi-Taupin equations was modified to account for defects present in the multilayer mirror structure. Simulations for simple defects were performed to evaluate performance and limits of the numerical model. The propagation and the coherence of the reflected beam were simulated. The measurement and simulation results show the main influence of defect heights on the generation of the intensity contrast observed. The simulations also lead to conclude the equivalency phase effect resulting of the same height defects in multilayers mirror structure and reflecting surface.These modelization and simulations results can be usefull to specify defect feature which minimise reflected intensity contrast. The new developped experimental technics will allows X-rays caracterization for next multilayer mirrors

Les nanotechnologies sont en train de révolutionner le domaine biomédical et plus particulièrement l’ingénierie tissulaire. Elles permettent aujourd’hui, non seulement de réparer mais aussi de régénérer les tissus. Cette nanomédecine régénérative est particulièrement adaptée pour répondre aux besoins importants liés aux maladies dégénératives, au vieillissement et aux traumatismes.Mon travail de thèse s’inscrit dans ce contexte et concerne l’élaboration de biomatériaux nanofibreux et microporeux actifs pour la régénération osseuse. Notre objectif essentiel est de réaliser un implant biodégradable nanostructuré permettant d’accélérer la réparation du tissu osseux. Notre stratégie innovante repose non seulement sur la mise en oeuvre de membranes par électrospinning mais aussi sur leur fonctionnalisation par des facteurs de croissance. Cette fonctionnalisation originale a consisté à enrober ces principes actifs dans des nanoréservoirs en utilisant la technique multicouche de polyélectrolytes. Des membranes de polycaprolactone (PCL) nanofibreuses et microporeuses ont été obtenues par électrospinning puis les fibres ont été enrobées de réservoirs contenant le facteur ostéoinducteur, la protéine morphogénique osseuse 2 (BMP-2). L’induction osseuse engendrée par ces réservoirs actifs a été mise en évidence in vitro après culture d’ostéoblastes humains primaires. Des expérimentations in vivo chez la souris ont permis de confirmer l’accélération de la régénération osseuse grâce à ces nanoréservoirs.Cette même stratégie a été validée in vivo, chez la souris, en utilisant des membranes de collagène d’origine animal commerciales utilisées en clinique. L’activité de ces membranes fonctionnalisées par des nanoréservoirs de BMP-2 est en cours d’analyse dans le cadre de tests précliniques pour une application maxillofaciale et parodontale<br>Nanobiotechnology enables the emergence of entirely new classes of bioactive devices intended for targeted intracellular delivery for more efficiency and less toxicities. Tissue engineering is an interdisciplinary field that has attempted to implement a variety of processing methods for synthetic and natural polymers to fabricate tissue and organ regeneration scaffolds.We report here the first demonstration of bone regeneration by using a strategy based on a synthetic nanostructured membrane. This electrospun membrane is manufactured by using a FDA approved polymer, PCL, (polycaprolactone), and functionalized with nanoreservoirs of a growth factor (BMP-2). Our expected outcomes are the development of clinical applications in the field of tissue engineering and nanomedecine and particularly in bone regeneration.We propose the development of smart nanostructured active implants for regenerative medicine. Our strategycombines a synthetic biodegradable electrospun nanofibrous membrane based on PCL and a bioactive growth factor (BMP-2) entrapped into polymer nanoreservoirs built atop the nanofibers according to the layer-by-layer technology. In this study, by using primary osteoblasts, we have shown the capacity of these sophisticated implants to promote and accelerate not only in vitro bone induction; but also, in vivo, bone formation (mouse model).We have also validated our strategy, in vivo (mouse model), by using an already used in the clinic collagen membrane (animal origin) to accelerate bone regeneration. This unique strategy is used to entrap, protect and stabilize the therapeutic agent into polymer coating acting as nanoreservoirs enrobing fibers of membranes

Ce travail porte sur la compréhension des mécanismes de nucléation-croissance et le développement de contraintes associé lors du dépôt par pulvérisation de films minces métalliques. Le développement d’un dispositif de mesure in-situ en cours de croissance de la résistivité électrique est présenté et les potentialités offertes par son couplage avec deux autres diagnostics in-situ : la mesure de courbure du substrat et la spectroscopie différentielle de surface, ainsi qu’avec des caractérisations structurales, morphologiques et chimiques ex-situ (DRX, XRR, METHR, EELS, AFM) ont permis de mettre en évidence : le rôle clé joué par la température homologue et la structure d’équilibre du matériau déposé pour guider le mode de croissance 2D ou 3D et les contraintes associées. Pour les métaux à croissance 3D étudiés (Ag, Au, Pd et Ir) tous de structure CC, nous avons montré que l’amplitude du pic de tension associée au stade de coalescence était liée à la mobilité atomique des adatomes ; son maximum correspondant à la continuité du film. Nous avons montré que l’épaisseur de coalescence et donc la microstructure et la contrainte des éléments de forte mobilité pouvaient être contrôlées par la présence d’un surfactant en cours de croissance. Il est exposé que pour les métaux de faible mobilité atomique (Mo, W, Ta, Fe) et/ou de structure CC, la croissance débute par la stabilisation d’une amorphe suivie par la cristallisation vers la phase d’équilibre CC (Mo, Fe) ou la structure quadratique dans le cas du Ta, induite par la minimisation des énergies de surface/interface. Les premiers stades de croissance complexes du système Pd/Si liés à une forte réactivité d’interface ont été expliqués par la formation d’un siliciure d’interface tout d’abord amorphe qui cristallise, lorsque l’épaisseur de Pd déposée devient suffisante, par ségrégation dynamique du Si dans le métal. La très forte dissymétrie des interfaces Pd/Si et Si/Pd ainsi que le rôle de la température et du réservoir de Si sur la formation du siliciure ont été étudiés. Les interdépendances entre contrainte de croissance en régime stationnaire, microstructure, énergie déposée et cinétique de croissance dans le cas de métaux de faible mobilité ont été élucidées et le rôle majeur des joints de grains et des puits de surface sur la relaxation des défauts de types interstitiels en excès induits lors de dépôts énergétiques démontré. Une extension aux dépôts énergétiques du modèle cinétique de Chason de développement des contraintes est proposée<br>Size reduction for the race towards nanoscale devices impacts physical properties of materials due to morphology, microstructure, defects and presence of surfaces and interfaces, but also makes challenging their structural characterizations. Moreover, thin film growth by physical vapor deposition is a non-equilibrium process involving dynamics effects, which inherently affects nanostructure formation. Thanks to the development and use of in situ and real-time diagnostics, easily implementable in a vacuum chamber, as those based on the wafer curvature measurement, electrical resistivity or also the surface reflectance spectroscopy, described in this work, we are able to address these issues. An original 4 points probe resistivity setup, in situ and real-time, in a magnetron chamber, has been developed for this study, allowing samples introduction by a load-lock system and the growth of homogeneous, dense metallic films. Potentialities of these techniques are highlighted by studying magnetron sputtered metallic systems with various atomic mobility and interfacial reactivity. The sensibility of these techniques, at the sub monolayer scale, allows a better understanding of the firsts growth stages, nucleation processes, phase transformations and defects incorporation. Influence of microstructure (grain size), kinetics (growth rate) and deposited energy has been systematically studied. The main results obtained revealed: a correlation between the magnitude of tensile stress associated with the coalescence stage and the atomic mobility of adatoms during Volmer-Weber growth of Ag, Au, Pd and Ir thin films on a-SiOx; a two dimensional growth mode for films of lower mobility (Fe, Mo, Ta) on a-Si, with the stabilization of an amorphous layer before the crystallization of the equilibrium bcc structure (Fe and Mo) or the metastable tetragonal structure in the case of Ta, driven by the minimization of surface/interface energies; the strong reactivity of Pd films sputtered on Si or Ge (amorphous or crystalline) substrates, leading to the room-temperature formation of a crystalline silicide (germanide) Pd2Si (or Pd2Ge) phase whose crystallographic orientation depends on the nature of the sublayer and where the silicon is the fast diffuser; the complementary roles of surface and grain boundaries on the steady-state compressive stress regime observed under energetic conditions of growth (10-100eV). To account for these observations, an extension of Chason’s theoretical model is presented

Le secteur du bâtiment représente 35% des la consommations énergétiques dans les pays membres de l’agence international de l’énergie en 2010 et 39,8% aux Etats-Unis en 2015. Plus de 50% de cette consommation a été utilisée pour la production de chaleur et de froid. Néanmoins cette consommation peut être réduite par l'amélioration la performance énergétique du bâtiment. La performance thermique de l'enveloppe du bâtiment joue un rôle primordial. Par conséquent, le diagnostic thermique de l'enveloppe du bâtiment est nécessaire pour, par exemple, la réception de nouvelles constructions, l'amélioration de la performance énergétique des anciens bâtiments, ainsi que la vente et la location des logements. Pourtant, il existe très peu de méthodes quantitatives pour la caractérisation des parois épaisses. L'objectif de cette étude est d'explorer des méthodes quantitatives innovantes de diagnostic thermique de l'enveloppe du bâtiment. Des mesures expérimentales ont été réalisées en laboratoire (à l’IFSTTAR à Nantes) et in situ (à l’IUT de Bordeaux). Différents capteurs et méthodes d'instrumentation ont été étudiés pour mesurer la densité de flux et la température de surfaces des parois, afin de procurer des recommandations pour le choix des capteurs ainsi que des protocoles de traitement de données. A partir des données mesurées (température et densité de flux des surfaces de l'enveloppe), trois approches numériques ont été proposées pour estimer des paramètres thermiques des parois multicouches épaisses : par méthode inverse, par réponse à un échelon et par réponse impulsionnelle. En outre, une méthode innovante non-destructive utilisant la rayonnement térahertz a été étudiée. Les mesures ont été effectuées au sein du laboratoire I2M. Cette méthode permet de caractériser le coefficient d'absorption des matériaux constructifs ordinaires comme isolation, plâtre, béton, bois… Elle pourrait postérieurement être combinée avec une méthode thermique pour apporter des informations complémentaires<br>Buildings represent a large share in terms of energy consumption, such as 35% in the member countries of IEA (2010) and 39.8% in U.S. (2015). Climate controlling (space heating and space cooling) occupies more than half of the consumption. While this consumption can be reduced by improving the building energy efficiency, in which the thermal performance of building envelope plays a critical role. Therefore, the thermal diagnosis of building envelope is of great important, for example, in the case of new building accreditation, retrofitting energy efficiency of old building and the building resale and renting. However, very few diagnostic methods exist for the characterization of thick walls. The present measurement standards that based on steady state heat transfer regime need a long time (several days). The classical transient technologies, such as flash method, are difficult to implement on the walls because of the large thickness of walls and the complex conditions in situ. This thesis aims to explore innovative methodologies for thermal quantitative diagnosis of building envelope. Two experimental cases were carried out: one is in laboratory (IFSTTAR, Nantes) and the other is in situ (IUT, Bordeaux). Different sensors and instruments were studied to measure the wall heat flux and surface temperature, and provided some guidelines for the choice of sensors and data processing protocols as well. Using these measured data, three estimation approaches were proposed to estimate the thermal parameters of the multilayer thick wall: pulse response curve method, step response curve method and inverse method, which can be applied for different diagnostic situations. In addition, an innovative NDE (non-destructive evaluation) method using terahertz (THz) radiation was also investigated. Measurements were carried out in I2M laboratory to characterize the absorption coefficient of standard building materials (insulation, plaster, concrete, wood ...). This THz method can be combined with a previous thermal method to provide some complementary information

Sélectionner des traitements de surface pour l’industrie nécessite de prendre en compte :les propriétés à conférer au substrat, la nature et la géométrie de celui-ci et les caractéristiques du milieu extérieur. Certaines combinaisons de ces paramètres rendent difficile la sélection d’un traitement unique, d’où le recours à des multitraitements de surface. Dès lors, se posent les questions suivantes :<p>- Utiliser des multitraitements de surface peut se faire en scindant les différentes requêtes en sous-ensembles, de manière à ce que chaque traitement réponde à l’un d’eux. Dans quel ordre ces requêtes doivent-elles être introduites par rapport au substrat ?<p>- Comment sélectionner les traitements de surface répondant à chaque requête individuelle ?<p>- Comment classer des multitraitements en termes d’adéquation au problème posé ?<p>Dans ce travail, les première et troisième questions sont abordées, en explorant les requêtes concernant habituellement les dispositifs de moulage de l’aluminium :<p>- Résistance aux contraintes d’origine thermique.<p>- Résistance à la corrosion par les métaux fondus.<p>- Résistance au frottement.<p>L’analyse de la bibliographie relative aux traitements de surface utilisés dans ces systèmes a été analysée et des « architectures »-types ont été identifiées (chapitre 3). On prévoit, par exemple, un traitement conférant la résistance à la fatigue superficielle, ainsi qu’un revêtement étanche et résistant à l’aluminium fondu. Une barrière thermique est parfois préconisée.<p>Pour chacune des architectures, des traitements de surface individuels peuvent être sélectionnés. Un « facteur de performance » permettant de classer les solutions par rapport au problème de la fatigue thermique a été construit (chapitre 4) et discuté dans deux situations :<p>- Lorsqu’un revêtement est présent, et que les contraintes d’origine thermique (différence de dilatation thermique couche-substrat) menacent de le rompre lors de l’immersion dans un milieu corrosif à haute température. Des essais de corrosion dans de l’aluminium fondu ont été réalisés sur un acier revêtu par du nitrure de chrome dopé à l’aluminium, synthétisé par déposition physique en phase vapeur (chapitre 5 – collaboration :Inasmet).<p>- Lorsque des variations thermiques rapides menacent de rompre le substrat et la (les) couches. Des essais de fatigue thermique ont été réalisés sur de l’acier à outils pour travail à chaud non traité, boruré ou recouvert d’un multitraitements (zircone yttriée / NiCrAlY / boruration / acier). Le revêtement en zircone yttriée a été obtenu par projection par plasma. L’essai de fatigue thermique a été modélisé et le facteur de performance, discuté (chapitre 6).<p>Au chapitre 7, les architectures-types ont été introduites dans une méthodologie de sélection des multi-traitements de surface, qui a été appliquée dans deux cas :<p>- Celui des moules de fonderie, devant résister à la fatigue thermique et à la corrosion par l’aluminium fondu. Le facteur de performance a été extrapolé à d’autres situations qu’aux chapitres 5 et 6. Les solutions habituellement proposées pour résoudre ce problème sont retrouvées.<p>- Celui de deux pièces en acier frottant l’une contre l’autre en présence d’aluminium fondu.<p><p>To select surface treatments, one must account for the required functional properties, the substrate features and the solicitations the substrate must endure. Certain combinations of these parameters make it difficult to select a single surface treatment, a reason why several successive treatments are preferred. To select them, one needs to determine:<p>- How to divide the several requests into groups and how to stack up these groups from the substrate to the outer surface, so that each treatment deals with one specific group of requests/properties.<p>- How to select individual layers for each group of properties.<p>- How to rank the multi-treatments in terms of relevance for a given application.<p>In this work, one tries to answer the first and the third questions, by studying the case of aluminium foundry, in which the industrial devices frequently face the following solicitations:<p>- Thermal stress (thermal fatigue, thermal expansion mismatch).<p>- Presence of corrosive molten metal.<p>- Sliding wear.<p>In the literature, several “standard” architectures are proposed (chapter 3), like a diffusion layer reducing superficial fatigue plus a corrosion barrier layer. A thermal barrier coating is also sometimes proposed.<p>For each of these architectures, one can select individual treatments. To rank them, one devised a “performance index” for thermal stress (chap.4), which is discussed for two cases:<p>- For large differences between layer and substrate thermal expansion coefficients, when both are put into contact with a high temperature corrosive medium, the layer may be damaged. One discusses this case by examining the corrosion caused by molten aluminium for a steel substrate coated by anticorrosive chromium nitride doped with aluminium. The layer is produced by physical vapour deposition (chap. 5 – cooperation: Inasmet).<p>- Repeated fast surface temperature transients can also damage the substrate and/or the layer by thermal fatigue. One conducted thermal fatigue tests with samples of hot work tool steel, respectively untreated, simply borided and protected by a multilayer. In the last case, top coat is yttria stabilised zirconia, followed by a nickel superalloy and then a borided layer (undercoat). One synthesized the zirconia coating by plasma spray and one modelled the thermal fatigue (chap. 6).<p>In chap. 7, architectures from chap. 2 are introduced in a multi-treatment selection routine, which is applied in two cases:<p>- Foundry moulds for molten aluminium, withstanding both thermal fatigue and corrosion. The devised performance index is extrapolated beyond the tests of chap. 5 and 6 to treatments for this industrial application, thereby quantifying their respective merits.<p>- A foundry device exposed to molten metal and sliding wear.<p><p><br>Doctorat en Sciences de l'ingénieur<br>info:eu-repo/semantics/nonPublished

La synthèse d’images réalistes repose sur des modèles physiques décrivant les interactions entre la lumière et les matériaux attachés aux objets dans une scène tridimensionnelle. Ces modèles mathématiques sont complexes et, dans le cas général, n’admettent pas de solution analytique. Pour cette raison, l’utilisation de méthodes numériques robustes et efficaces est nécessaire. Les méthodes de Monte Carlo ou techniques alternatives comme l’utilisation de développement par fonction de base sont appropriées pour résoudre ce type de problème. Dans cette thèse par articles, nous présentons deux nouvelles techniques permettant l’in- tégration numérique efficace de matériaux complexes. En premier lieu, nous introduisons une nouvelle méthode permettant d’intégrer simultanément plusieurs dimensions définies dans le domaine angulaire et spatiale. Avoir une technique efficace est essentiel pour intégrer des matériaux avec des normales variant rapidement sous différentes conditions d’éclairage. Notre technique utilise une nouvelle formulation basée sur un histogramme sphérique définie de façon directionnelle et spatial. Ce dernier nous permet d’utiliser des harmoniques sphé- riques pour intégrer les différentes dimensions rapidement, réduisant le temps de calcul d’un facteur approximatif de 30× par rapport aux méthodes de l’état de l’art. Dans notre second travail, nous introduisons une nouvelle stratégie d’échantillonnage pour estimer le transport de lumière à l’intérieur de matériaux multicouches. En identifiant les meilleures stratégies d’échantillonnage, nous proposons une technique efficace et non biaisée pour construire des chemins de lumière à l’intérieur de ce type de matériau. Notre nouvelle approche permet d’obtenir un estimateur de Monte Carlo efficace et de faible variance dans des matériaux contenant un nombre arbitraire de couches.<br>Realistic computer generated images and simulations require physically-based models to properly capture and reproduce light-material interactions. The underlying mathematical formulations are complex and mandate the use of efficient numerical methods, since analytic solutions are not available. Monte Carlo integration is one such commonly used numerical method, although, alternative approaches leveraging, e.g., basis expansions, may be suitable to solve these challenging problems. In this thesis by articles, we present two works where we efficiently devise numerical integration strategies for the rendering of complex materials. First, we propose a method to compute a spatial-angular multi-dimensional integration problem present when rendering materials with high-frequency normal variation under large, angularly varying illumination. By computing and manipulating a novel spherical histogram data representation, we are able to use spherical harmonics to efficiently solve the integral, outperforming the state-of-the-art by a factor of roughly 30×. Our second work describes a high-performance Monte Carlo integration strategy for rendering layered materials. By identifying the best path sampling strategies in the micro-scale light transport context, we are able to tailor an unbiased and efficient path construction method to evaluate high throughput, low variance paths through an arbitrary number of layers.