Le travail de cette thèse porte sur le développement de transistors en couche mince (Thin Film Transistors, TFTs) à base de silicium microcristallin fabriqués sur un substrat flexible à très basse température (T< 180 °C). La première partie de ce travail a consisté à étudier la stabilité électrique de ces TFTs. L'étude de la stabilité électrique des TFTs de type N fabriqués sur verre a montré que ces TFTs sont assez stables, la tension de seuil VTH ne se décale que de 1.2 V au bout de 4 heures de stress sous une tension de grille VGSstress= +50V et à une température T=50 °C. L'instabilité électrique de ces TFTs est principalement causée par le piégeage des porteurs dans l'isolant de grille. La deuxième étape de ce travail s'est concentrée sur l'étude du comportement de ces TFTs sous déformation mécanique. Ces TFTs sont soumis à un stress mécanique en tension et en compression. Le rayon de courbure minimum que les TFTs pouvaient supporter est r=1.5 mm en tension et en compression. La limitation de la déformation mécanique de ces TFTs est principalement due à la contrainte mécanique du nitrure de silicium utilisé comme isolant de grille des TFTs. Autrement dit, ces TFTs sont mécaniquement fiables et présentes une faible variation du courant ION, de l'ordre de 1%, même après 200 cycles de déformation mécanique. Ces résultats obtenus laissent entrevoir la possibilité de concevoir une électronique flexible pouvant être pliée en 2. Enfin, les TFTs sont fabriqués avec différents isolants de grille afin d'augmenter la mobilité d'effet de champ. Malheureusement, aucun isolant de grille utilisé dans ces études n'a permis d'augmenter la mobilité d'effet de champ sans dégrader la stabilité électrique des TFTs. Des études plus détaillées et des optimisations complémentaires sur ces isolants de grille sont nécessaires. / This work deals with the development of microcrystalline silicon thin film transistors (TFTs) fabricated on flexible substrate at low temperature (T=180 °C). The first step of this work consists in studying the electrical stability of TFTs. The N-type TFTs fabricated on glass substrate are electrically stable under gate bias stress VGStress= +50V at T=50 °C. The threshold voltage shift (ΔVTH) was only 1.2 V during 4 hours. This electrical instability of TFTs is mainly due to carrier trapping inside the silicon nitride gate insulator. The second step of this work lies in the study of the mechanical behavior of the TFTs. Both tensile and compressive strains were applied on TFTs. The minimum curvature radius is r=1.5 mm for both tension and compression. The main limitation of TFTs comes from the mechanical strain εlimit of silicon nitride used as gate insulator of TFTs. Also, these TFTs are mechanically reliable: the variation of ION current was only 1% after 200 cycles mechanical bending. These results obtained open the way to the development of flexible electronics that can be folded in half.Finally, TFTs have been fabricated using different gate insulators in order to improve the mobility. Unfortunately, all the gate insulators used couldn’t improve mobility without sacrificing electrical stability of TFT. More detailed studies and complementary optimization of these gate insulators are necessary.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement de nouveaux matériaux permettant de se substituer aux métaux pour les applications de transport de l’électricité. L’excellente conductivité électriques des nanotubes de carbone (NTC) ainsi que le fait qu’ils peuvent être assemblés sous forme de fil en font une alternative prometteuse. Cependant, la conductivité électrique des fils en NTC n’est pas encore suffisante pour directement concurrencer les métaux. Ce travail de thèse cherche à identifier et comprendre les points bloquants pour les dépasser et ainsi améliorer la conductivité des fils en NTC. Les nanotubes de carbones sont fabriqués par la technique de Chemical Vapour Deposition sous forme de tapis. Ces tapis dit "filable" permettent d'extraire une nappe de NTC que l’on densifie ensuite pour former un fil. Tous les travaux de la littérature sur ce type de fil rapportent des résistivités supérieures à 1 mΩ.cm. Afin de comprendre cette limite apparente, une étude approfondie du transport électronique de ces fils est présentée en étudiant le comportement de la résistance du matériau entre 3 K et 300 K. Cette analyse met en évidence que le transport dans les fils de NTC est dominé par les contacts entre NTC en dessous de 70 K et qu’il est dominé par le transport intrinsèque des NTC au-dessus de 70 K. L'amélioration de la conductivité des fils en NTC à température ambiante passe par l’amélioration de la conductivité intrinsèque des NTC. Pour ce faire, deux techniques sont présentées dans ce travail, l’amélioration de la qualité structurale des NTC obtenue par un recuit à plus de 2000 °C et le dopage. L'amélioration linéaire de la conductivité du fil de NTC avec la qualité structurale des NTC nous a permis d’atteindre un record de résistivité à 0.76 mΩ.cm. Le dopant présenté dans ce travail (PtCl4) est pour la première fois utilisé pour des fils en NTC. Ce dopant possède une excellente efficacité (résistivité diminuées par 3) et une très grande stabilité dans le temps. L’amélioration de la qualité structurale des NTC augmente fortement l’efficacité de dopage. La qualité structurale est indispensable pour atteindre d’excellentes conductivités électriques. Un schéma récapitule l’influence des différents paramètres expérimentaux sur le transport électronique des fils en NTC. Enfin, l’étude du transport électronique dans les matériaux en NTC a permis de développer un nouveau modèle de transport s’ajustant à la fois à nos travaux ainsi qu’à tous ceux de la littérature. Ce modèle consiste en deux résistances en série. La première résistance décrit le transport dans les matériaux en NTC en dessous de 70 K et est très bien décrite par la théorie d’un Liquide de Luttinger. La deuxième résistance dépend à la fois du transport intrinsèque des parois métalliques et semi-conductrices des NTC ainsi que de l’arrangement des NTC entre eux (faisceaux ou individualisés). Ce modèle permet de tirer les informations intrinsèques aux fils comme la façon dont les électrons sont injectés dans les NTC, l’influence des NTC semi-conducteurs par rapport aux métalliques et les libres parcours moyen des électrons dans la structure. L’ensemble de ces résultats indique que les paramètres indispensables pour obtenir des fils très conducteurs sont pour des NTC: d’une excellente qualité structurale, fabriqué sous forme individualisée et avec une forte proportion de parois métalliques. / The overall framework of this PhD. work is to develop new materials to replace metals in electrical wiring. Carbon nanotubes (CNT) are a good alternative as they show a high electrical conductivity as well as they can be assembled into yarns. However, CNT yarns have not yet reached the electrical conductivity of individual CNTs preventing them from competing with metals. The aim of this work is to identify the factors limiting the CNT yarn conductivity, increase the CNT yarn conductivity and model their electrical transport. In this work, carbon nanotubes are grown in array by Chemical Vapour Deposition. Our CNT arrays are spinnable meaning that, CNT webs can be drawn from it and then densified into yarns. All the published works on this type of CNT yarns reveal that their resistivities are limited above 1 mΩ.cm. In order to understand this apparent limitation, we present an extensive study of the CNT yarn electrical transport by measuring the yarn resistance behavior from 3 K to 300 K. We show that the CNT yarn electrical transport is dominated by the contact resistance between CNTs below 70 K and by the intrinsic CNT resistance above. In order to improve the CNT yarn electrical conductivity at room temperature, it is essential to improve the intrinsic CNT conductivity. Two ways are investigated, the first one is to increase the CNT structural quality by annealing above 2000 °C, and the second one is doping. Annealing treatment drastically improves the CNT structural quality, revealing that the CNT yarn resistivity linearly decreases with the CNT quality improvement. This treatment allows reaching a resistivity record of 0.76 mΩ.cm for undoped yarn made from CNT array. In addition, we present a new dopant for CNT yarn (PtCl4) that shows both high doping efficiency (CNT resistivity decreased by almost a factor of 3) and a very long term stability. By combining successively annealing and doping treatments, we found out that the doping efficiency is drastically increased by the CNT structural quality improvement. From all our experimental studies and the literature data analysis, we present a scheme showing the influence of many parameters on the CNT yarn electrical transport. After bringing to light that existing electrical transport models do not correctly explain the CNT yarn electrical transport, we developed a new model that perfectly fits both our data and those of the literature. Our model consists in two resistances in series. The first resistance represents the CNT material electrical transport below 70 K and is very well explained by the Luttinger Liquid theory. The second resistance depends on both the intrinsic CNT wall electrical transport (metallic or semi-conducting) and the CNT arrangement (bundled or individualized). Our model allows extracting CNT yarn physical parameters such as the way electrons tunnel from one CNT to another, the role of semi-conducting walls versus metallic ones and the electron mean free paths in the structure. All these results highlight that the main ways to make CNT yarns with high electrical conductivities involve individualized CNTs, with an excellent structural quality and also a high metallic CNT wall content.

En Europe, la transition énergétique du secteur électrique est unique à la fois d'un point de vue géographique et historique. D'une part, elle s'inscrit dans un double processus d'addition et de substitution technologique. Par ailleurs, elle appelle les électriciens à sortir du paradigme thermique et à mobiliser de nouvelles connaissances pour cela. L'objet de ce travail de recherche est de caractériser les stratégies d'innovation mises en œuvre au niveau des six plus importants groupes électriciens européens (EDF, Enel, Engie, E.ON, Iberdrola et RWE) et à l'échelle du secteur. En nous appuyant sur les brevets déposés entre 2007 et 2013 et sur les projets collaboratifs conduits dans le cadre du 7eme PCRD, nous analysons les stratégies technologiques qui concernent la direction du progrès et les stratégies d'acquisition des connaissances qui concernent la démarche mobilisée par les électriciens pour introduire les technologies bas carbone. Nous mettons en évidence qu'à l'échelle du secteur, les technologies d'addition sont privilégiées aux technologies de substitution et que ces dernières font l'objet d'une démarche d'ouverture moins marquée que les technologies d'addition. En outre, il apparaît que les électriciens les plus émetteurs ne sont pas ceux qui mobilisent une stratégie de substitution technologique la plus marquée. En revanche, ils mettent en œuvre une démarche d'ouverture la plus prononcée pour acquérir les nouvelles connaissances. / In Europe, the energy transition of the power sector is unique both from a geographical and historical standpoint. First, it is part of a two-way process of technological addition and substitution. Furthermore, it calls power corporations to exit the thermal paradigm and, in this perspective, gain new knowledge. The purpose of this research work is to characterize the innovation strategies implemented by six of the major European power companies (EDF, Enel, Engie, E.ON, Iberdrola and RWE) and by the industry. Based on the registeted patents between 2007 and 2013 and collaborative projects conducted in the frameword of the 7th PCRD, we will analyze the technology strategies relating to direction of progress and strategies relating to knowledge acquisition implemented by power companies in order to introduce low carbon technologies. We will highlight that at industry level, addition technologies are favoured in comparison with substitution technologies. We will also demonstrate that the latter shall be less prone to an open approach than addition technologies. Moreover, it seems that power companies with the largest emissions are not those who develop the most significant technology substitution strategy. However, they carry out the most openness based strategy in order to gain new knowledge.

La stabilité d’un fluide Newtonien diélectrique confiné dans un anneau cylindrique et soumis à un gradient radial de température et à un champ électrique est étudiée. Le gradient de température induit une stratification de la permittivité électrique du fluide et de sa masse volumique. Trois poussées thermiques rentrent alors en jeu : la gravité terrestre créée la poussée d’Archimède, la rotation des cylindres engendre la poussée centrifuge, et le champ électrique induit la poussée diélectrophorétique. L’effet de ces poussées est étudié dans différentes combinaisons, principalement à travers l’étude de la stabilité linéaire, mais également par la simulation numérique directe. / The stability of a Newtonian dielectric fluid confined in a cylindrical annulus and submitted to a radial temperature gradient and an electric field is studied. The temperature gradient induces a stratification of the electric permittivity and of the density. Thus three thermal buoyancies intervene: the Earth gravity creates the Archimedean buoyancy, the rotation of the cylinders generates the centrifugal buoyancy, and the electric field induces the dielectrophoretic buoyancy. The effect of these buoyancies is studied in different combination, principally through the linear stability analysis, but also by direct numerical simulation.

Cette thèse est consacrée à la synthèse et à la caractérisation physique de nouveaux polymères de coordination bidimensionnels (2D) possédant un ordre magnétique et/ou une conductivité électrique à haute température. La présence simultanée de ces deux propriétés au sein d'un même matériau représente un formidable défi pour la synthèse de matériaux multifonctionnels utilisables dans le traitement et le stockage des données de nouvelles générations. Notre approche pour synthétiser de tels systèmes implique l'utilisation du ligand pontant organique redox-actif pyrazine, et de métaux de transition réducteurs. Le chapitre I présente quelques aspects généraux sur la chimie redox, la délocalisation des charges et la valence mixte qui sont essentiels à la compréhension des résultats expérimentaux. Les différentes approches de synthèse de polymères de coordination conducteurs et magnétiques sont également décrites. Le chapitre II donne un aperçu général des concepts fondamentaux concernant la conductivité électrique, le magnétisme et la spectroscopie d'absorption des rayons X. Le chapitre III analyse la synthèse et la caractérisation physique du composé CrCl2(pyrazine)2 présentant à la fois un ordre magnétique et une conductivité électrique. Les chapitres IV et V sont consacrés à l'étude de nouveaux composés MX2(pyrazine)2 en faisant varier M (Ti, V) et X (OSO2CH3, Br et I). L’objectif est de déterminer l’effet de la nature du centre métallique et du ligand axial sur les propriétés magnétiques et électriques. Enfin, le chapitre VI illustre comment la chimie redox post-synthétique peut entraîner une augmentation impressionnante de la température de l'ordre magnétique dans les matériaux 2D à base de pyrazine. / This thesis is devoted to the synthesis and physical characterization of new two-dimensional (2D) coordination polymers that present high-temperature magnetic order and/or electrical conductivity. The simultaneous implementation of these two properties within a single material represents a formidable challenge in the synthesis of multifunctional materials for next-generation data processing and storage. Our approach to synthesize such systems involves the use of the redox-active organic bridging ligand, pyrazine, and reducing transition metals. Chapter I presents some general aspects of redox-activity, charge delocalization and mixed-valency that are crucial for the understanding of the experimental results. The different approaches for the synthesis of conducting and magnetic coordination polymers are also described. Chapter II provides a general view on the fundamental concepts regarding electrical conductivity, magnetism and X-ray absorption spectroscopy. Chapter III deals with the synthesis and extensive physical characterization of the coordination solid CrCl2(pyrazine)2, which exhibits both magnetic order and electrical conductivity. Chapters IV and V are devoted to the study of the effect of the anionic co-ligands and metal centers, respectively, in the family of MX2(pyrazine)2 (M = Cr, Ti, V and X = OSO2CH3, Br and I) coordination solids. Finally, Chapter VI illustrates how post-synthetic redox chemistry can result in an impressive enhancement of the magnetic order temperature in 2D layered pyrazine-based materials.

Les processus gravitaires dans l’évolution de la morphologie des reliefs se produisent à de nombreuses échelles de temps et d’espace. Leur compréhension, fondamentale pour envisager la gestion des risques associés à ces phénomènes destructeurs, est subtile et complexe. En effet, les caractéristiques intrinsèques aux versants étudiés sont spécifiques et les facteurs externes agissant sur la dynamique de la déstabilisation présentent des temporalités et des intensités très variées. Afin de comprendre comment ces forçages influencent le comportement des instabilités de versant, une approche systémique a été adoptée dans ce travail pour mettre en perspective l’ensemble des processus en jeu dans l’évolution temporelle de leurs comportements. A travers deux cas d’étude situés dans les Alpes Maritimes (La Clapière à Saint-Etienne-de-Tinée et le Prat de Julian à Vence), véritables observatoires naturels disposant de plusieurs années de suivi multi-paramètres, la faculté de l’observation instrumentale à déterminer des paramètres comportementaux clés contrôlant l’évolution dynamique des versants instables a été explicitée. Des analyses multivariées intégrant l’état de surface (déplacements, déformations, perturbations) et interne (niveau piézométrique, résistivité électrique de la subsurface) ont permis de quantifier les liens entre l’état comportemental du versant étudié et les contributions météorologiques. Ce travail met finalement en avant l’importance des études observationnelles multi-paramètres dans l’élaboration des modèles descriptifs et prédictifs, ainsi que les systèmes d’alerte associés à ces risques majeurs. / Gravity processes occur at many scales of time and space in the evolution of landforms’ morphology. Their understanding is subtle and complex and it is fundamental to consider the management of the risks associated with these destructive phenomena. Indeed, the intrinsic characteristics of the studied slopes are specific and the external factors acting on the dynamics of the destabilization present a wide range of temporalities and intensities. In order to understand how these forcings influence the behavior of slope instabilities, a systemic approach has been adopted in this work to put into perspective all the processes involved in the temporal evolution of their behaviors. Through two study cases located in the Alpes Maritimes (La Clapière at Saint-Etienne-de-Tinée and the Prat de Julian at Vence, France), real natural observatories with several years of multi-parameter monitoring, we were able to clarify the ability of instrumental observation to determine key behavioral parameters controlling the dynamic evolution of unstable slopes. Multivariate analyzes integrating the surface (displacements, deformations, disturbances) and internal state (groundwater level, electrical resistivity of the subsurface) allowed to quantify the links between the behavioral state of the studied slope and the meteorological contributions. This work finally highlights the importance of multi-parameter observational studies in the development of descriptive and predictive models, as well as the alert systems associated with these major risks.

De nombreux modèles numériques ont été proposés pour mieux comprendre comment le courant électrique est répartit lors d’une stimulation électrique par implant cochléaire. Ceci permet à terme d’optimiser la géométrie des électrodes et les stratégies de stimulation. Les modèles précédemment proposés modélisent les modèles d'interface électrochimique de façon très basique, et ne prennent généralement compte que de l'intensité du courant sur les électrodes. Par conséquent, il leur est difficile de simuler la dynamique temporelle de la stimulation ou de modéliser la répartition du courant en fonction de différents modes de stimulation contrôlés en tension, tels que le mode de de retour commun (Common Ground), ou de retour multiple (Multi-Mode Grounding). Dans cette thèse, nous avons développé un nouveau modèle surfacique de la cochlée. Le modèle géométrique dépend d'un ensemble de paramètres permettant d'ajuster la forme de la cochlée, en utilisant par exemple des données histologiques, des scans CT, ou encore des maillages de surface. Un modèle paramétrique nous a permis de comparer les courants générés par les modèles d'électrodes actuellement disponibles et par un nouveau type d'électrode - faisceau transmodiolaire. Le modèle peut prendre en compte des courants ou des tensions en entrée à chaque électrode, ce qui permet de simuler le mode de retour commun ou multiple. Afin de valider les résultats de simulation et calibrer les paramètres du modèle, nous avons créé un système permettant d'acquérir des mesures in-situ et in-vitro. Les données enregistrées ont permis de valider le modèle combinant le modèle d'interface électrochimique et le modèle tridimensionnel de cochlée. / Computational models have been widely used to improve the knowledge of the current distribution behavior in cochlear implant stimulations, optimizing electrode designs and stimulation strategies. The existing models employed no or simple electrochemical interface models and took current intensity on the electrodes as input. Therefore they have difficulties in making time domain simulations and simulating the stimulation modes that have voltage constraints, such as the Common Ground and the Multi-Mode Grounding modes. In this PhD work, a new parametric surface mesh model of the cochlea has been developed. The shape of the model is controlled by a set of input parameters which can be tuned to fit the cochlear shape acquired from histological images, CT scans or existing cochlear mesh models. The symmetric boundary element method, which was implemented in OpenMEEG, has been applied on the model to simulate the current distribution of the cochlear implant stimulation. Using the parametric model, comparisons on the current field has been made between the existing electrode layouts and a new transmodiolar electrodes. The new model can take either current or voltage as input for each electrode to simulate the common ground and multi-mode grounding modes. By coupling the surface model with lumped capacitor and constant phase element models, time domain simulation of the stimulation waveform has also been achieved. To validate the simulation results and calibrate the parameters of the model, in-situ and in-vitro measurements have been carried out with self-made devices. The recorded data proved the effectiveness of combining lumped components with the surface model.

La question de la propulsion spatiale a été un enjeu politique au coeur de la guerre froide et reste un enjeu stratégique de nos jours. La technologie chimique déjà en place sur les moteurs fusées s'avère être limitée par la vitesse d'éjection et la durée de vie des appareils. La propulsion électrique et plus particulièrement le moteur à effet Hall apparait ainsi comme la technologie la plus performante et la plus utilisée pour diriger un satellite dans l'espace. Cependant, la physique à l'intérieur d'un propulseur étant complexe, de par les champs électromagnétiques ou les processus de collisions importants, toutes les particularités de fonctionnement du moteur ne sont pas parfaitement expliquées. Au bout de centaines d'heures d'essais, certains prototypes voient leur paroi s'éroder de façon anormale et des instabilités électromagnétiques se développent au sein de la chambre d'ionisation. La mobilité des électrons mesurée est en contradiction avec les modèles analytiques et soulèvent des problématiques sur la physique du plasma à l'intérieur de ces moteurs. Par conséquent, le code AVIP a été développé afin de proposer un code 3D massivement parallèle et non-structuré à Safran Aircraft Engines modélisant le plasma instationnaire à l'intérieur du propulseur. Des méthodes lagrangiennes et eulériennes sont utilisées et intégrées dans le code et mon travail s'est concentré sur le développement d'un modèle fluide, étant plus rapide et donc mieux adapté à la conception et au design industriel. Le modèle fluide est basé sur un modèle aux moments avec une expression rigoureuse des termes de collisions et une description précise des conditions limites pour les gaines. Ce modèle a été implémenté numériquement dans un formalisme non structuré et optimisé de façon à être performant sur les nouvelles architectures de calcul. La modélisation retenue et les efforts d'optimisation ont permis de réaliser un calcul réel de moteur à effet Hall afin de retrouver les propriétés globales de fonctionnement telles que l'accélération des ions ou encore la localisation de la zone d'ionisation. Un second cas d'application a finalement reproduit avec succès les instabilités azimutales dans le propulseur avec un modèle fluide et a justifié le rôle de ces instabilités dans le transport anormal des électrons et l'érosion des parois / The space propulsion has been a political issue in the midst of the Cold War and remains nowadays a strategic and industrial issue. The chemical propulsion on rocket engines is limited by its ejection velocity and its lifetime. Electric propulsion and more particularly Hall effect thrusters appear then as the most powerful and used technology for space satellite operation. The physic inside a thruster is complex because of the electromagnetic fields and important collision processes. Therefore, all specificities of the engine operation are not perfectly understood. After hundreds of hours of tests, thruster walls are curiously eroded and electromagnetic instabilities are developping within the ionization chamber. The measured electron mobility is in contradiction with the analytical models and raises issues on the plasma behavior inside the discharg chamber. As a result, the AVIP code was developed to provide a massively parallel and unstructured 3D code to Safran Aircraft Engines modeling unsteady plasma inside the thruster. Lagrangian and Eulerian methods are used and integrated in the solver and my work has focused on the development of a fluid model which is faster and therefore better suited to industrial conception. The model is based on a set of equations for neutrals, ions and electrons without drift-diffusion hypothesis, combined with a Poisson equation to describe the electric potential. A rigorous expression of collision terms and a precise description of the boundary conditions for sheaths have been established. This model has been implemented numerically in an unstructured formalism and optimized to obtain good performances on new computing architectures. The model and the numerical implementation allow us to perform a real Hall effect thruster simulation. Overall operating properties such as the acceleration of the ions or the location of the ionization zone are captured. Finally, a second application has successfully reproduced azimuthal instabilities in the Hall thruster with the fluid model and justified the role of these instabilities in the anomalous electron transport and in theerosion of the walls

La conception d’un système mécatronique est un problème d’optimisation multidisciplinaire et multi-objectif. Les approches d’optimisation actuellement utilisées, pour l’optimisation des systèmes multidisciplinaires, sont coûteuses en temps de calcul, difficiles à mettre en œuvre et non flexibles avec la phase de conception préliminaire, où les objectifs et les contraintes de conception changent fréquemment. D’où la nécessité de chercher une nouvelle technique plus simples à mettre en œuvre, moins coûteuse et qui permet d’adapter dynamiquement une solution suite à un changement des spécifications. C’est dans ce contexte que cette thèse se focalise sur le développement d’une approche multi-agents de conception qui, se basant sur les connaissances disciplinaires et par un comportement coopératif, permet de trouver collectivement une solution optimale qui satisfait les contraintes et les performances demandées.L'approche proposée est basée sur un processus de conception pour faciliter la conception collaborative distribué des systèmes mécatroniques. Cette approche est appliquée à la conception préliminaire d'un véhicule électrique pour illustrer comment l'utilisation du paradigme multi-agent aide les concepteurs à prendre des décisions efficaces et de parvenir à une décision optimale de l'ensemble du problème. Une étude comparative avec les méthodes classiques d'optimisation est faite afin de démontrer la validité et l'efficacité de l’approche proposée. / The design of a mechatronic system is a multidisciplinary and multi-objective optimization problem. Optimization approaches currently used for the optimization of multidisciplinary systems are expensive in computation time, difficult to implement, and inflexible with the preliminary design phase, in which the objectives and design constraints change frequently. It is therefore necessary to look for new techniques easier to implement and less expensive, that enable to adapt dynamically a solution due to a change in specifications. In this context that this thesis focuses on the development of a multi-agent design approach, based on disciplinary knowledge and cooperative behavior; make possible to collectively find an optimal solution that satisfies the required constraints and performance.The proposed approach is based on a design process to facilitate collaborative distributed design of mechatronic systems. This approach is applied to the preliminary design of an electric vehicle to illustrate how the use of the multi-agent paradigm helps designers in making effective decisions and to achieve an optimal decision of the overall problem. A comparative study with traditional optimization methods is made to demonstrate the validity and effectiveness of the proposed approach.

Le marché du véhicule électrique (VE) en Chine est en pleine effervescence, mais les constructeurs occidentaux peinent à y déployer leurs produits. Pourtant, les crédits d’émissions carbone générés par les ventes de VE sont nécessaires à la survie de leur business de véhicules thermiques dans ce marché. Dès lors, quelles sont les pistes stratégiques à fort potentiel pour les constructeurs étrangers ?En collaboration avec Renault et basée sur cinq missions en Chine entre 2012 et 2016, cette thèse CIFRE dresse d’abord un état de l’art de l’opaque marché du VE en Chine, à la fois généré top-down par des initiatives gouvernementales et bottom-up par des VE low-cost et illégaux, les Micro VE. Nous réalisons une typologie des modèles, des usages, des prix et des territoires de déploiement. Alors que le marché subventionné – hors haut de gamme – ne parvient pas à séduire les consommateurs, c’est en bas du marché officiel et chez les Micro VE illégaux qu’un marché naturel se développe, avec plus d’un million de Micro VE vendus sans aides à l’achat à des particuliers depuis 2009.Dans ce contexte institutionnel spécifique et face à cette double incertitude produit et marché, en appui sur les théories de conception innovante, nous développons un cadre théorique d’exploration stratégique basé sur la combinaison systématique de variables stratégiques et leur évaluation. Nous identifions ainsi deux pistes innovantes et non encore engagées par les constructeurs étrangers : « l’autopartage électrique » et le « VE low-cost ».Sur le volet « autopartage électrique », nous comparons Autolib’ (Paris) et United Journey (Shenzhen), deux systèmes en libre-service basés sur des stations qui semblent pointer vers la mobilité du futur et attirent l’attention des autorités chinoises. Toutefois, en plus de la fragilité des modèles d’affaires, cette piste semble difficile à poursuivre pour les acteurs étrangers dû aux protectionnismes locaux et à la complexité des partenariats publics-privés en Chine, souvent basés sur des réseaux d’institutions informelles.Sur le volet « VE low cost », nous approfondissons les connaissances sur le marché illégal des Micro VE. Une enquête de terrain approfondie dans la province du Shandong permet de caractériser le marché ainsi que les scenarios réglementaires de sa légalisation. Ce marché répond à des besoins véritables de mobilité dans les villes chinoises de rang inférieurs. Ces territoires montrent des environnements sociotechniques à forte compatibilité avec le VE. Il y a peu de stations essence, de transports publics et le stationnement y est facile. Les Micro VE sont chargés sur prises 220 V classiques – ce qui résout le problème d’infrastructures de charge – et permettent une véritable mobilité de proximité plus performante que les deux roues électriques. Mais les forces en faveur d’une légalisation du marché des Micro VE ont le potentiel de le détruire, injectant de la technologie et des normes, et donc augmentant les prix. Une opportunité, semble-t-il, pour les acteurs occidentaux maîtrisant le design-to-cost.Enfin, nous caractérisons la globalisation du programme VE de Renault en Chine, au sein de la triple alliance avec Nissan et le partenaire chinois Dongfeng, ainsi que l’ambidextrie organisationnelle qui l’accompagne. Après des tentatives « d’exploitation » de la gamme VE existante en Chine, le président de l’Alliance Renault-Nissan initie un projet « d’exploration », Kwid EV, un VE low cost pour la Chine. C’est l’occasion pour cette thèse de contribuer aux hypothèses initiales sur le bas du marché VE Chine et de caractériser l’hybridation de lignée qui s’opère chez Renault, entre lignée VE (Europe) et lignée low-cost (Kwid en Inde), entre deux parties de l’organisation auparavant disjointes. Le monde devient ainsi un terrain d’expérimentation pour l’innovation en réseau, avec des marchés tests comme la Chine. Il s’agit alors de réussir le premier coup avant d’innover à l’envers. / The electric vehicle (EV) market in China is booming, but Western manufacturers are struggling to deploy their models in the world’s largest automotive market. However, carbon credits generated by EV sales are necessary for the survival of their gasoline car business in this market. Thus, what are the high potential strategic opportunities for foreign manufacturers?In collaboration with Renault and based on five missions in China between 2012 and 2016, this CIFRE research first draws a state of the art of the opaque EV market in China, a market generated top-down by government initiatives and bottom-up by a low-cost and illegal EV market (Micro EV). We make a typology of models, usages, prices and deployment territories. While the subsidized market – except for premium cars – fails to appeal to consumers, it is instead at the bottom of the official market and within the illegal Micro EV market that a natural market is developing, with more than a million Micro EV sold, without purchase incentives, to private owners since 2009.In this specific institutional context and taking into account this double product and market uncertainty, we build on innovative design theories to develop a theoretical framework for strategic exploration based on the systematic combination of strategic variables and their evaluation. We identify two innovative routes not yet engaged by foreign manufacturers: "electric carsharing" and "low-cost VE".On the "electric car sharing" side, we compare Autolib’ (Paris) and United Journey (Shenzhen), two self-service stations-based systems that seem to pave the road to the mobility of the future and definitely attract the attention of Chinese authorities because of the technologies involved. However, in addition to the fragility of the business models, this opportunity seems difficult for foreign firms to pursue due to local protectionism and the complexity of public-private partnerships in China, often based on networks of informal institutions.On the "low cost EV" side, we are deepening our knowledge of the illegal micro EV market. A field survey in Shandong Province characterizes the market as well as the regulatory scenarios of its legalization. This market responds to real mobility needs in Chinese lower-tier cities. These territories’ socio-technical environments demonstrate strong compatibility with EV. There are fewer gas stations and public transportation systems than in big cities, and parking is easier. Micro EV are charged thanks to conventional 220 V outlets – which essentially solves the problem of charging infrastructures – and allow a true proximity mobility that is more efficient than electric two-wheelers. But the forces in favor of legalizing the Micro EV market have the potential to destroy it, injecting technology and standards, and thus raising prices. An opportunity, it seems, for Western players mastering design-to-cost methodologies.Finally, we characterize the globalization of Renault's EV program in China, within the triple alliance with Nissan and the Chinese partner Dongfeng, as well as the organizational ambidexterity that accompanies it. After attempts to "exploit" the existing EV range in China, the President of the Renault-Nissan Alliance initiates the launch of an "exploratory" project, Kwid EV, a low-cost EV for China. This is the opportunity for this research to contribute to the initial hypotheses about the lower-end of the Chinese EV market and to characterize the lineage hybridization that takes place at Renault, between the EV lineage (European EV) and the low-cost lineage (Kwid in India), between two disjoined parts of the organization. The world becomes a testing ground for networked innovation, with test markets like China. Then, the goal is to make this first shot succeed before reversing the innovation.