L’extension des systèmes de télécommunication génère de plus en plus des ondes électromagnétiques dans notre environnement aux fréquences et puissances très variées. Le temps est venu de faire une étude approfondie sur les possibilités potentielles que nous avons d’utiliser l’énergie contenue dans les ondes électromagnétiques pour alimenter des applications électroniques. L’idée est d’utiliser une ou plusieurs antennes pour récupérer les ondes électromagnétiques disponibles, suivies par un convertisseur des signaux RF/DC. / The work of this thesis is focuse on designing, measuring and testing an antenna and rectifiercircuit (RECTENNA) optimized for incoming signals of low power density (~651W/m²). The rectenna is used to harvest the ambient electric energy from the RF signals that have been radiated by communication and broadcasting systems at (1GHz-3GHz) without matching circuit and the second is a narrow band (1.8GHz-1.9GHz) with a matching circuit between the antenna and the rectifier.

Les connexions au réseau Ethernet deviennent de plus en plus nombreuse dans le domaine domestique. Dans ce travail, la transmission par le réseau électrique domestique est privilégiée. C'est le principe des courants porteurs en ligne (CPL). Ce concept permet d'obtenir des débits de transmission pouvant être supérieurs aux transmissions Wifi. Cependant les performances peuvent être dégradées par l'environnement électrique et électromagnétique de l'habitat domestique. Ce mémoire a pour objectif de modéliser l'environnement électrique domestique et le comportement des équipements qui y sont déployés. Les différents types de bruit présents dans l'environnement domestique ont été modélisés afin d'estimer leur influence sur la qualité de transmission CPL. Une modélisation des lignes électriques a été effectuée sous la forme de circuits électriques propices à l'intégration dans les outils de simulation numérique de type SPICE. La modélisation d'un câble à deux conducteurs a été étendue un à trois câble à conducteurs. La présence des appareils électriques a un impact important sur la communication CPL. Ce mémoire présente deux approches pour modéliser les effets induits. Les bruits impulsifs périodiques et apériodiques sont modélisés pour compléter l'outil d'analyse développé. / Ethernet network connections are becoming more numerous in the domestic domain. In this work, the transmission on the power grid is preferred. This is the principle of powerline communication (PLC). This concept allows for transmission rates that can be higher Wifi transmissions. However, the performance can be degraded by environmental electrical and electromagnetic domestic housing. This thesis aims to model the electrical house environment and behavior of equipment that are deployed. Different types of noise present in the domestic environment were modeled to estimate their influence on the transmission quality CPL. Modeling of power lines was realised in the form of electrical circuits suitable for integration into simulation SPICE tools. The modeling of a two-wire cable has been extended to a three-conductor cable. The presence of electrical equipment has a significant impact on the PLC communication. This thesis presents two approaches to model the effects induced. The periodic and aperiodic impulsive noise is modeled to complete the analysis tool developed.

La cohabitaion, dans une même enceinte, des systèmes électroniques de puissance et decommande est un risque majeur pour le bon fonctionnement des systèmes électroniquesembarqués (Automobile, Aéronautique et Spatial). La maitrise de la CEM de ces systèmes estun défit surtout avec la difficulté de rendre compte des phénomènes EM.Ce mémoire décrit la modélisation des émissions conduites et des émissions EM rayonnéespar le câblage des systèmes électroniques embarqués. On explique d'abord le choix del'utilisation de la méthode de modélisation PEEC puis on décrit sa formulationmathématique et on présente les différents phénomènes EM qu'elle prend en compte dansle contexte de câblage.Dans le deuxième chapitre, un calcul tridimensionnel des émissions EM rayonnées a étéproposé. Il prend en compte de la géometrie des cellules de discrétisation et permet unemeilleure considération de la montée en fréquence. Il permet ainsi de se rapprocher au plusprès de la structure. Une validation de ce calcul a été effectuée en comparant les résultatsde simulation à ceux obtenus par d'autres calculs analytiques, par modélisation " élémentsfinis " et aussi par des mesures en champ proche.Le troisième chapitre est consacré aux applications aux systèmes électroniques embarqués.Dans une première partie, une étude d'un système de câblage, qui reflète les différentsphénomènes rencontrés en automobile, a été faite. Ensuite, un câblage est associé à unconvertisseur DC/DC. Ce convertisseur est utilisé comme un générateur de perturbations EMen Hautes fréquences. Dans cette partie du travail, on présente une modélisation de cesperturbations qui se propagent vers le câblage et qui se transforment en émissions EMrayonnées.

L'utilisation croissante d'appareils électroniques et la multiplicité des sources de perturbation ont conduit à l'étude de nouveaux moyens d'essais permettant d'améliorer la répétitivité des mesures en Compatibilité ElectroMagnétique (CEM), en particulier aux fréquences supérieures au GigaHertz. Dans ce contexte, la Chambre Réverbérente à Brassage de Modes (CRBM) représente un outil attractif, tant au niveau des mesures en immunité qu'en émission. Cependant, de nombreuses questions restent encore ouvertes quand au comportement des CRBM, en présence ou non de l'équipement sous test : les travaux représentés dans ce mémoire ont pour but d'apporter une contribution au volet probabiliste de l'étude du champ électromagnétique en CRBM

La cohabitaion, dans une même enceinte, des systèmes électroniques de puissance et decommande est un risque majeur pour le bon fonctionnement des systèmes électroniquesembarqués (Automobile, Aéronautique et Spatial). La maitrise de la CEM de ces systèmes estun défit surtout avec la difficulté de rendre compte des phénomènes EM.Ce mémoire décrit la modélisation des émissions conduites et des émissions EM rayonnéespar le câblage des systèmes électroniques embarqués. On explique d’abord le choix del’utilisation de la méthode de modélisation PEEC puis on décrit sa formulationmathématique et on présente les différents phénomènes EM qu’elle prend en compte dansle contexte de câblage.Dans le deuxième chapitre, un calcul tridimensionnel des émissions EM rayonnées a étéproposé. Il prend en compte de la géometrie des cellules de discrétisation et permet unemeilleure considération de la montée en fréquence. Il permet ainsi de se rapprocher au plusprès de la structure. Une validation de ce calcul a été effectuée en comparant les résultatsde simulation à ceux obtenus par d’autres calculs analytiques, par modélisation « élémentsfinis » et aussi par des mesures en champ proche.Le troisième chapitre est consacré aux applications aux systèmes électroniques embarqués.Dans une première partie, une étude d’un système de câblage, qui reflète les différentsphénomènes rencontrés en automobile, a été faite. Ensuite, un câblage est associé à unconvertisseur DC/DC. Ce convertisseur est utilisé comme un générateur de perturbations EMen Hautes fréquences. Dans cette partie du travail, on présente une modélisation de cesperturbations qui se propagent vers le câblage et qui se transforment en émissions EMrayonnées. / The calculation of radiated electromagnetic (EM) fields from wiring systems such as cables in automotive/aeronautic applications is an important issue for the prediction and the prevention of EM Interference (EMI) and EM Compatibility (EMC) problems. Many numericalmethods of electromagnetic modeling are available and can be used for EM analysis. Amongthese methods, the Partial Element Equivalent Circuit method (PEEC) is particularly wellsuited. Usually the PEEC approach is an efficient way to deal with circuit simulation ofdistributed structures. In automotive/aeronautic applications, the electronic systemsoperate at increasingly higher frequencies. So, the radiation of cables cannot be neglected. A3D model based on the PEEC method was proposed in order to take into account the size ofautomotive wiring systems. It includes resistive, inductive and capacitive effects. This 3Dapproach was shown to accurately predict the conducted disturbances by cables above largeground planes.In this work a new 3D calculation approach based on Maclaurin expansion is developed toevaluate the radiated fields with the PEEC method. The originality of this work is consideringboth radiated and conducted disturbances in the framework of a PEEC method for large sizestrcutures. In a first step the current carried by the conductors are determined from thecircuit model deduced with the 3D PEEC method. Then in a second step the field radiated bythe wiring systems is evaluated using an analytical calculation deduced from the distributionof currents.The third part of this work is to identify the disturbances generated

N.c. / N.c.

Le travail présenté porte sur l'étude des phénomènes physiques prenant place dans les condensateurs bobinés à films secs métallisés. En particulier, les propriétés macroscopiques des bobinages (admittance, impédance) sont étudiées et permettent de calculer la répartition des champs électrique et magnétique et des courants dans une large gamme de fréquences. Il apparaît ainsi que les courants, homogènes à basse fréquence, se concentrent en certains points des condensateurs quand la fréquence augmente, ce qui peut conduire à des échauffements et à des défaillances.<br />Par ailleurs, les modèles élaborés ont permis de mettre en évidence l'influence des paramètres géométriques sur les performances des condensateurs, en particulier en haute fréquence. Ainsi, de nouvelles structures - plates et annulaires - permettent de minimiser les impédances propres des bobinages. L'efficacité des condensateurs de découplage peut aussi être améliorée grâce à des connexions appropriées et l'utilisation de conducteurs symétriques réduit les échauffements.

During the last three decades, electronic devices have conquered the railway domain, taking the place previously held by electromechanical devices, thanks to higher performances and lower costs. The price of this "revolution" is the fact that, in order to work properly and reliably, electronic systems must be fairly immune to the effect of external interferers, while, at the same time, they are not to electromagnetically pollute the environment they work in. These issues are dealt with by electromagnetic Compatibility (EMC) whereas several international EMC standardization committees work on the definition of tests and rules the manufacturers must comply with. In the European Union, the reference for EMC issues in the railway domain is set by the CENELEC standard EN 50121, which deals with several aspects of a generic railway system, from the power-supply infrastructure to rolling stocks and signalling circuits. The introduction of this standard in 1996 has had a strong impact on rolling stock manufacturers, who are now required to test their products for EMC compliancy. As opposed to the automotive domain, the testing of trains cannot be performed in standard facilities, such as anechoic chambers, so that they have to be tested on actual railway lines, typically on the customer's. Industrial experience has shown that results obtained in this way are usually site-dependent, something that is against the very idea of a standard. The aim of this work is to prove the importance of the infrastructure in radiated emission tests, showing that the test results are site-dependent, thus subject to misunderstandings and misinterpretations. To this end, the features of a generic railway system are briefly described, pointing out the great variability in actual configurations, together with the absence of standard solutions. Subsequently, the electromagnetic modelling of a railway system is introduced, dealing with both propagation and radiation phenomena; in particular, the main topic here addressed is the modelling of supply-lines, through a quasi-TEM approach. The finite conductivity of the soil is taken into account by means of a closed-form formulation, thus avoiding numerical methods, and overcoming the limitations of Carson's model. Moreover, special attention is paid to discontinuities that would increase the model complexity, proposing approximated descriptions supported by numerical results. Results obtained with this model are then validated through several measurement campaigns carried out on actual railway lines, proving the effectiveness of the approach here pursued. The model is then employed in order to prove that some criteria in the standard EN 50121, specifically introduced in order to avoid site-dependency, are not realistic, thus leaving this issue unresolved. To this end, numerical examples are considered, assessing the impact of the infrastructure by comparing results obtained with realistic site configurations and with the ideal one envisaged by the standard. These comparisons are at the base of a tentative procedure that would allow to avoid the misinterpretations that triggered this work. Unfortunately, this approach requires an accurate description of the test-site. Since this is hardly the case, an alternative experimental characterization of the site is proposed, based on magnetic field measurements. This approach, involving the solution of an inverse problem, is shown to be feasible through a numerical validation, though its practical utilization requires efficient optimization techniques.

Mon travail de thèse porte sur la modélisation électromagnétique et l'imagerie de structures périodiques désorganisées. Un certain motif dans une subdivision élémentaire (une "cellule") est répété dans les autres cellules de la structure dans certaines directions de l'espace. Cette répétition est désorganisée par un changement des propriétés des matériaux et/ou géométries des parties constitutives, dans une ou plusieurs cellules. Au premier niveau de modélisation, ces panneaux sont une succession de plaques planes l'une sur l'autre. Chacun se compose d'un agencement linéaire régulier de longs cylindres avec mêmes sections circulaires finies, tous orientés dans la même direction: nous les appelons "fibres", chaque cylindre résultant de l'hypothèse d'un faisceau de fibres de petite taille. Le matériau constitutif des fibres est différent du matériau d'enrobage (matrice) et le renforce. Chaque plaque est constituée de fibres avec différents axes pour assurer la robustesse. Il y a peu ou beaucoup de plaques, avec la répétition d'une petite pile de plaques. Pour les panneaux conducteurs (à base de carbone), l'imagerie est MHz ; pour des panneaux sans pertes ou à faibles pertes (à base de verre), l'imagerie est micro-onde (quelques dizaines de GHz, voire plus, THz). Il pourrait y avoir des cylindres manquants ou déplacés à l'intérieur d'une plaque, avec des changements conséquents dans éventuellement plusieurs cellules, adjacentes ou non. Des dommages locaux peuvent également se produire, entraînant des changements dans la forme ou les propriétés électromagnétiques d'un ou plusieurs cylindres dans une ou plusieurs cellules dans une ou plusieurs plaques. Un caractère aléatoire de la distribution des inclusions pourrait tenir compte des incertitudes de positionnement par rapport aux géométries supposées. Illuminer correctement les structures et la collecte des champs résultant (dans le champ proche espérons-le, peut-être dans le champ lointain) devraient permettre leur imagerie et concourir à leur diagnostic. Ainsi, si une structure périodique sous interrogation est désorganisée, on souhaite imager cette structure tout en prenant soin au mieux de l'information préalable sur la périodicité et la désorganisation, sur les systèmes de détection, et, évidemment, à propos des besoins et des limites de l'essai. / My PhD work is about electromagnetic modeling and imaging of disorganized periodic structures. A certain pattern in an elementary subdivision (a “cell”) is repeated in the other cells of the structure into certain directions of space. This repetition is disorganized by a change of material properties and/or geometries of the constitutive parts, within one or more cells. At first level of modeling, these panels are a succession of planar plates one over the other. Each consists of a regular linear arrangement of long cylinders with same finite circular sections, all orientated into the same direction: we call them “fibers”, each cylinder resulting from the assumption of a bundle of small-size fibers. The constitutive material of the fibers differs from the embedding material (matrix) that they reinforce. Each plate is made of fibers with different axes for sturdiness. There are few or many plates, with repetition of a small stack of plates. For conductive panels (carbon-based), imaging is MHz; for lossless or weakly lossy panels (glass based), imaging is microwave (a few tens GHz, possibly more). There might be missing/displaced cylinders inside a plate, with consequent changes in possibly several cells, adjacent or not. Local damages might occur also, leading to changes in shape or electromagnetic properties of one or more cylinders in one or more cells in one or more plates. Randomness in distribution of the inclusions might account for uncertainties of positioning with respect to assumed geometries. Properly illuminating the structures and collecting the resulting fields (in the near-field hopefully, possibly in the far-field) should allow their imaging and concur to their diagnostics. So, a periodic structure under interrogation is disorganized. One wishes to successfully image the structure while taking care at best of prior information on periodicity and disorganization, on sensing systems, and obviously of needs and limitations of the testing. The PhD benefits from a grant from the Chinese Scholarship Council.

Parmi les techniques de détection de rayonnement, les détecteurs optiques occupent une place importante et apportent des réponses aux exigences des expériences de physique et d'astrophysique. Je traiterai plus particulièrement dans mon exposé des techniques de détection basées sur l'émission Čerenkov ou la scintillation dans les matériaux inorganiques transparents, en les illustrant par les recherches, développements et réalisations. Les aspects de science des matériaux, d'optique, en particulier les problèmes causés par les radiations, les techniques expérimentales utilisées, les développements réalisés en matière de simulation numérique et de modélisation, et bien entendu les expériences de physique en cours ou projetées seront abordés. Je terminerai par quelques perspectives d'utilisation des cristaux scintillants dans les calorimètres hadroniques du futur.