Les voitures électriques ont peu d’énergie embarquée pour se mouvoir comparativement aux véhicules thermiques. Il est donc important d’optimiser l’efficacité de la chaîne de traction pour maximiser la distance parcourue entre les recharges. Ces voitures utilisent un ratio simple pour coupler le moteur aux roues de la voiture. Le remplacement du ratio simple par une transmission à plusieurs vitesses dans une voiture électrique améliore l’efficacité du système de propulsion. Cependant, l’introduction d’une transmission à plusieurs ratios ne doit pas seulement améliorer l’efficacité énergétique pour recevoir l’acceptabilité du marché. Elle doit aussi offrir un confort de conduite similaire au ratio simple. L’ajout d’un embrayage de déviation du couple à la transmission manuelle permet de réduire ou d’éliminer les interruptions de celui-ci lors du passage des ratios. Cependant, les technologies d’embrayages à friction secs et humides ne sont pas bien adaptées à cette tâche de déviation du couple cependant. D’abord, l’embrayage est ouvert la majeure partie du temps ce qui fait en sorte qu’un embrayage humide aurait de grandes pertes visqueuses. Ensuite, les moteurs électriques tournent rapidement (11 000 révolutions par minute). Cela fait en sorte que l’embrayage dissipe de grandes quantités de chaleur pour ralentir le moteur avant l’engagement du prochain ratio. Un embrayage sec ne contient pas d’huile pour aider à l’extraction de la chaleur et ses bandes de friction s’usent rapidement sous ces conditions. Ce travail de maîtrise propose d’utiliser un embrayage électromagnétique plutôt qu’un embrayage à friction pour dévier le couple moteur. La démarche de conception d’un tel embrayage est présentée. Premièrement, un modèle analytique simple sert à déterminer les dimensions physiques de l’embrayage pour qu’il développe un certain couple électromagnétique. Ce requis provient des spécifications techniques d’une plateforme véhiculaire électrique disponible à l’Université de Sherbrooke (Projet Phoebus). Deuxièmement, des études par éléments finis des champs magnétiques de l’embrayage servent à valider que l’embrayage produit le niveau de couple désiré. L’embrayage est finalement testé dans une transmission manuelle automatisée installée sur un banc de test dynamométrique. Des changements de ratios sans interruption de couple démontrent la viabilité de l’embrayage à courants de Foucault en tant qu’embrayage de déviation du couple.

La compatibilité électromagnétique (CEM) est l’une des contraintes majeures de la conception des structures de l’électronique de puissance. Pour le cas des convertisseurs statiques, la commutation des semi-conducteurs et leurs interactions avec les éléments parasites liés à l’environnement sont la source principale des perturbations conduites. Cette interaction ne cesse d’augmenter notamment avec l’industrialisation des nouvelles générations de semi-conducteurs à grand gap qui deviennent de plus en plus impressionnantes grâces à leurs faibles pertes en commutation et à leur rapidité croissante. Malheureusement, l’étude de ces perturbations est souvent considérée comme le dernier obstacle à la commercialisation et elle n’est pas prise comme contrainte de conception. L’estimation a priori de ces perturbations par la simulation peut permettre un gain considérable tant sur le plan économique que sur le temps de traitement. Dans ce mémoire, nous mettons l’accent sur les modèles de composants semi-conducteurs et leurs effets sur les perturbations conduites dans les convertisseurs statiques. Cette étude mettra aussi en évidence les problèmes liés aux simulations temporelles ou fréquentielles et l’utilité de chacune. Ensuite, nous proposons des modèles pour le MOSFET et pour la diode Shottky en technologie carbure de silicium et nous analysons l’influence de leurs paramètres sur les perturbations conduites dans un circuit de hacheur. Nous exposons aussi une approche permettant d’obtenir des temps de simulation plus raisonnables en introduisant le principe de contrôle des signaux parasites et des cycles de fonctionnement. Finalement, nous introduisons une nouvelle méthode de description des commutations par des sources équivalentes. Nous montrons qu’il est possible à partir de l’étude de la loi de commande de proposer une méthode de synthèse d’une cellule de commutation permettant de reconstruire ses grandeurs électriques de sortie. / Electromagnetic compatibility (EMC) is one of the major constraints involved in the design of power electronics structures. In the case of static power converters, the switching of semiconductors and their interactions with the parasitic elements related to the environment are the main source of conducted disturbances. This interaction is increasing especially with the industrialization of new generations of wide band gap semiconductors that become increasingly impressive thanks to their low switching losses and their rapidity. Unfortunately, the study of the disturbances is often considered as the last obstacle to the marketing and it is not taken as a design constraint. An early estimation of these disturbances by simulation can provide a reduction in processing time and a considerable economic gain. In this manuscript, we focus on semiconductors models and their effects on conducted interference in static converters. This study will also reveal problems related to time or frequency simulations and usefulness of each one. Then, we propose models for silicon-carbide MOSFET and Schottky diode and we analyze the influence of their parameters on the conducted disturbances in a chopper circuit. We also expose an approach to obtain more reasonable simulation time by controlling parasitic signals and operating cycles. Finally, we introduce a new method to describe switching’s by using equivalent sources. We show that by studying the command law, it is possible to propose a synthesizing method of a switching cell able to rebuild its electrical outputs.

La transmission d’énergie sans fils (TESF) a été initiée dans les années soixante afin de répondre à des préoccupations énergétiques de tout premier ordre. Un demi-siècle plus tard, la question énergétique reste une préoccupation majeure qui ne se pose plus uniquement en termes de ressources mais également en termes d’autonomie et de portabilité. La TESF s’est adaptée à cette situation et est actuellement orientée vers le développement de structures capables de convertir des densités de puissance faibles afin d’améliorer l’autonomie des systèmes électroniques portables ou d’alimenter à distance des dispositifs électroniques inaccessibles ou nomades.Le travail proposé est subdivisé en trois parties : une première partie qui traite de la conversion de puissances faibles et qui présente un circuit rectenna (rectifying antenna) mono-diode fonctionnant sur une gamme de puissance allant de 1 mW à 10 mW. Une seconde partie, traitant de la conversion de puissances importantes, basée sur un convertisseur en pont de diodes capable de convertir des puissances allant jusqu’à 200 mW, et une dernière partie dédiée à l’élévation de la puissance transmise à la charge au travers d’associations de rectenna dont nous présentons plusieurs variantes.La comparaison technologique est à la base de ce travail. En effet, les développements récents des composants CMS permettent aujourd’hui de les utiliser pour la réalisation de circuits RF fonctionnant à des fréquences allant jusqu’à plusieurs gigahertz. Nous proposons dans cette thèse plusieurs circuits basés sur cette technologie que nous comparons à une technologie intégrée qui s’impose comme une alternative aux circuits micro-rubans. Ce travail a également été l’occasion d’introduire certains principes de l’électronique de puissance dans la conception de circuits RF. / Microwave power transmission (MPT) was first presented in the 60th as a possiblesolution to the decrease of fossil energy resources. Actually, energy problematic is not only based on the finding of new resources but also in the autonomy of mobile electrical equipments.The recent MPT researches focused in this second point and several converters were developedfor transmitting low level power at low distances.Three types of circuits were developed in this work: first one is mono-diode rectenna that converts power from 1 mW to 10 mW. The second type is a bridge based rectenna, which converts RF power up to 200 mW. The third type is an association of rectenna circuits that permits an increase of DC power.This work presents a comparison between two technologies: SMC technology, which the recent developments make its use in RF applications possible, and integrated technology witch is more and more used as an alternative to micro-strip line technology. Also, this work introduces power electronics concepts in rectenna design.

Les récents progrès dans les télécommunications exigent de nouveaux composants pouvant fonctionner à des fréquences de plus en plus élevées et l’électronique d’une manière générale exige des composants de très bonne qualité. L’objectif principal de ce travail est la conception, la réalisation et la caractérisation d’une micro-inductance intégrée utilisant les propriétés d’une couche relativement épaisse de matériau magnétique. Les structures bobinées étant difficilement intégrables, une structure planaire a été retenue. Deux types de dispositifs ont été réalisés : une structure composée d’une spirale sur une couche de matériau magnétique et une autre constituée d’une spirale prise en sandwich entre deux couches de matériau magnétique. Les études réalisées par simulation montrent de très bons résultats confirmés par les caractérisations. Plusieurs essais de caractérisation hautes fréquences (à l’aide d’un analyseur vectoriel) et basses fréquences (à l’aide d’un LCRmètre) ont été réalisés. Les résultats montrent un gain en termes de valeur d’inductance d’un facteur de deux sur la structure une couche et un gain d’un facteur proche de la perméabilité du matériau pour une structure double couche. Par ailleurs, une technique de caractérisation "courant fort" utilisant un té de polarisation et une technique de détermination de la perméabilité du matériau magnétique utilisant la combinaison des résultats de mesure et de simulation ont été développées. L’intégration des composants passifs comme l’inductance à couche magnétique relativement épaisse est possible grâce à l’utilisation des techniques de la microélectronique et de micro-usinage / Recent advances in telecommunications require new components that can operate at high frequencies and now, electronic requires high quality components. The main purpose of this work is the design, micro-fabrication and characterization of a micro-integrated inductor using properties of a relatively thick layer of magnetic material. As coiled structures are difficult to integrate a planar structure was chosen. Two kinds of devices have been made: a device consisting of one spiral on a layer of magnetic material and another consisting of one spiral sandwiched between two layers of magnetic material. The simulation studies show very good results confirmed by characterizations. Several high frequencies (using a vector analyzer) and low frequencies (using a LCRmeter) characterizations were made. Results show that the inductance value is multiplied by two in the case of a structure with one layer of magnetic material and by a factor close to the permeability of magnetic material in the case of a double layer structure. In addition, a high current characterization technique using a bias tee and a technique for determining the permeability of the magnetic material using a combination of measurement results and simulation have been implemented. The integration of passive components such as inductor with relatively thick magnetic layers is made possible by the use of microelectronic and micro-machining techniques

Depuis quelques années on assiste à la prolifération de capteurs (pression, accélération, température) autonomes sans fil qui s'appuient sur la disponibilité d'une part d'éléments sensibles petits et performants et d'autre part sur de nouveaux circuits électroniques de communication à faible coût entre 300MHz et 3GHz. Ces composants répondent à la demande croissante pour des réseaux de capteurs communicants autonomes pour des applications distribuées de surveillance, d'analyse ou encore de diagnostic. Cependant, le développement de ces réseaux de capteurs communicants sans fil a mis en évidence une limitation intrinsèque de l'utilisation de la plupart des cellules de mesures existantes liée à l'autonomie énergétique du système. La majorité des recherches visant à augmenter l'autonomie des capteurs se focalisent d'une part sur la réduction de la consommation des cellules sensibles et des circuits électroniques et d'autre part sur la disponibilité de l'énergie embarquée. Bien que séduisantes, toutes ces solutions potentielles présentent des inconvénients majeurs tels que la complexité des dispositifs à mettre en œuvre, des faibles courants disponibles ou encore une quantité d'énergie stockée peu importante. Dans le cadre de cette thèse, on s'est intéressé au cas particulier des capteurs de pression et on a adopté une toute autre approche. En effet, l'objectif de ce travail consiste à repenser complètement le principe de fonctionnement du capteur en développant un nouveau mode de transduction complètement passif qui ne nécessite pas d'énergie embarquée et qui peut être interrogé à grande distance (plusieurs mètres à quelques dizaines de mètres) par radar. Ce mode baptisé `transduction électromagnétique' est basé sur la modification de la fréquence de résonance d'une fonction hyperfréquence par la grandeur à mesurer. Cette méthode originale de transduction convertit l'effet d'un gradient de pression en un décalage en fréquence. Dans une première étape, une validation théorique, par modélisation électromagnétique, du principe de fonctionnement est présentée. Ensuite, le dimensionnement de la cellule de mesure est réalisé en tenant compte, d'une part de l'aspect électromagnétique lié au circuit résonant, et d'autre part de l'aspect mécanique relatif aux contraintes technologiques pour les structures avec membrane silicium. Par la suite, des simulations électromagnétiques simplifiées ainsi que des simulations tenant compte de la déformation réelle de la membrane ont été réalisées pour valider, par simulation, le décalage en fréquence et ainsi valider le principe de fonctionnement du capteur. L'étape suivante a permis d'identifier les procédés technologiques en salle blanche qui ont permis de réaliser les premiers prototypes du capteur. Une fois les cellules de mesures fabriquées, des mesures RF ont été réalisées et viennent confirmer les résultats de simulations. Ensuite, en utilisant un banc de mesure spécialement dédié à ce type de capteurs, des mesures RF combinées avec des mesures en pression ont été menées pour la caractérisation en pression des prototypes et pour en extraire la sensibilité. Enfin, des perspectives sont ouvertes sur les aspects sans-fil et interrogation Radar du capteur / Manquant

Le travail de recherche présenté dans ce manuscrit contribue à une étude générale de la susceptibilité électromagnétique (EM) d'un transistor MOS (Metal Oxide Semiconductor) dans une gamme de fréquences allant de 10 MHz à 1 GHz. Ce composant est destiné à un usage général pour des applications analogiques et numériques. Le but principal de ce travail est d'apporter une compréhension fine des mécanismes physiques mis en jeu au sein du composant lorsque ce dernier est soumis à une agression EM injectée en mode conduit au niveau de sa grille. Notre étude porte sur l'élaboration d'un modèle physique, essentiellement basé sur les variations de charges au sein du composant électronique. Cette approche permet à la fois de comprendre le fonctionnement nominal du transistor et la modification de son comportement lors d'un dysfonctionnement. En effet, la compréhension des mécanismes physiques mis en jeu est la base de la compréhension de la susceptibilité EM. Pour mettre en œuvre ce type d'approche, nous avons choisi d'étudier un type de susceptibilité correspondant à la modification de son point de fonctionnement sous agression EM. Cette modification du point de fonctionnement peut induire un dysfonctionnement du circuit dans lequel est implanté le transistor. Le phénomène physique à l'origine duquel les signaux parasites EM modifient le point de fonctionnement d'un composant électronique est le phénomène de redressement. Ce phénomène apparaît lorsqu'une distorsion est créée au sein du composant. C'est aussi pourquoi les non-linéarités du dispositif sont directement responsables de son observation. Ainsi, pour comprendre finement et physiquement l'effet induit par une agression EM, il est nécessaire de mettre en place une méthode d'étude. Celle-ci est basée sur une mesure des formes d'onde des courants à tous les accès du transistor. En effet, la visualisation de ces courants renseigne sur l'évolution des charges au sein de la structure. De plus, une telle mesure donne accès à une large palette d'observables (valeurs moyennes des courants, distorsions des courants, valeurs crêtes des courants, etc..). Dans un premier temps, les différentes mesures des formes d'onde des courants ont été réalisées lorsqu'une impulsion de tension était appliquée sur la grille du composant avec des temps de montée variables et choisis par rapport au temps de réponse du transistor. Cela nous a permis d'approfondir la compréhension du fonctionnement transitoire fort signal du MOSFET. Dans un second temps, nous avons mesuré les courants lors de l'application d'un signal EM à la grille du composant. En support à ces mesures nous avons utilisé deux outils de calcul : analytique et numérique. La méthode analytique permet la prédiction et l'identification des grandeurs du composant mises en jeu dans le mécanisme de la modification du comportement du transistor. La méthode numérique par simulation électrique permet, quant à elle, de prédire les effets de l'agression EM. Une étape de caractérisation statique et dynamique du composant a également été nécessaire pour enrichir la compréhension des phénomènes observés et fournir les entrées au modèle. / The research work presented here contributes to an overall study of the electromagnetic (EM) susceptibility of Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFET's), in a frequency range from 10 MHz to 1 GHz. This device is used for general purpose: analog and digital applications. The main aim of this study is to provide a detailed understanding of the physical mechanisms involved in the device when the Radio-Frequency (RF) interference is superimposed on the gate terminal. Our study focuses on the development of a physical model, based essentially on the charge variations within the electronic device. This approach allows to understand its behavior with and without the RF interference. Indeed, the knowledge of the involved physical mechanisms is the basic understanding of EM susceptibility. When RF interference is superimposed on the MOSFET terminals, various susceptibility effects take place depending on RF power level, frequency and the transistor operation region. Due to the nonlinearity of the MOS current-voltage characteristics, RF excitations cause distorted drain current waveform which leads to a bias point shift. This modification of the average drain current is called rectification effect. So we developed a method to clearly understand the effect induced by the EM interference. This method is based on the measurement of the currents waveforms to all of the transistor access. In fact, these currents waveforms measurements give us information on the charge variations within the electronic device. Moreover, such a measurement provides access to a wide range of current information (average values, distortion, peak values, etc.). Initially, the different currents waveforms measurements were made when a voltage ramp was applied to the device gate with variable rise time in respect to the transistor response time. This allowed us to understand the large signal transient response of the MOSFET. Secondly, we measured the currents waveforms when an EM interference was injected to the gate terminal. In support of these measurements we used two computation tools: analytical and numerical. The analytical method allows prediction and identification of the quantities of the device involved in the modification of transistor's behavior. The numerical method allows electrical simulation to predict the effects of EM aggression. A static and dynamic characterization of the component was also necessary to understand the observed phenomenon and provide data to the electrical model.

Dans cette thèse, la recherche de neutrinos lourds droitiers à travers la désintégration d'un boson W droitier (Wʀ) en deux leptons et deux jets avec l'expérience CMS au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) est présentée.Le boson Wʀ se désintègre en un lepton et un neutrino massif (Nʀ), et le neutrino se désintègre en un autre lepton de la même saveur et en une paire de jets. Les données recueillies par l'expérience CMS dans les collisions proton-proton à 13 TeV en 2016 correspondant à une luminosité totale intégrée de 35.9 fb ⁻¹ ont été utilisés pour cette analyse.Ces neutrinos lourds manquent dans le Modèle Standard (SM) de la physique des particules et ils sont donc importants pour faire la lumière sur la physique au-delà du SM. Mes principales contributions ont été la simulation et la validation des échantillons de signaux, l'estimation de l'un des principaux bruit de fonds, la production des limites 1D et 2D sur la section transversale du Wʀ (en fonction de la masse du Wʀ et de la masse du Wʀ par rapport à la masse du Nʀ, et l'analyse statistique et systématique. Les résultats obtenus avec cette analyse donnent les limites les plus strictes à ce jour.Des études pour l'amélioration du calorimètre électromagnétique de CMS pour la Phase II du LHC, qui prévoit un remplacement partiel de l'électronique dans le tonneau, sont également présentés. Mes principales contributions ont été dans la préparation de l'installation et dans la prise de données des test beams réalisée à la ligne de faisceau H4 dans la zone SPS Nord du CERN,dont le but était d'étudier la performance du prototype pour les nouvelles Very-Front-End cartes (CATIA chips avec un ADC de 160 MHz), et dans l'étude des formes et bruit des signaux recueillis par une matrice de 5 x 5 cristaux pour calculer leur timing et leur résolution énergétique.Le document commence par une introduction théorique sur le Modèle Standard et sur la physique au delà du Modèle Standard, en particulier sur les neutrinos lourds, suivi d'une description du détecteur CMS et de son calorimètre électromagnétique. Les études pour l'amélioration du calorimètre électromagnétique sont présentées dans un chapitre dédié, puis l'analyse sur la recherche de neutrinos lourds et un aperçu de la physique des neutrinos au LHC et autres expériences sont décrits. / In this thesis, the search for heavy right-handed neutrinos through the decay of a right-handed W (Wʀ) boson into two leptons and two jets with the CMS experiment at the Large Hadron Collider is presented. The Wʀ boson decays into a lepton and a massive neutrino (Nʀ), and the neutrino decays into another lepton of the same flavor and into a pair of jets. The data collected by the CMS experiment in proton-proton collisions at 13 TeV during 2016 and corresponding to a total integrated luminosity of 35.9 fb ⁻¹ were used for this analysis. These heavy neutrinos are missing in the Standard Model (SM) of particle physics and thus they are important to shed light on physics beyond the SM. My main contributions were the simulation and validation of the signal samples, the estimation of one of the main backgrounds, the production of the 1D and 2D limits on the Wʀ cross section (as a function of the Wʀ mass and of the Wʀ mass versus Nʀ mass), and the systematics and statistical analysis. The results obtained with this analysis give the most stringent limits to date.Studies on the upgrade of the CMS electromagnetic calorimeter for the LHC Phase II, that foresees a partial replacement of the electronics in the barrel, are also presented. My main contributions were in the preparation of the setup and in the data taking of test beams performed at the H4 beam line in the SPS North Area of CERN, whose goal was to study the performance of the prototype for the new Very-Front-End boards (CATIA chips with 160 MHz ADC), and in studying the shapes and noise of the signals collected by a matrix of 5 x 5 crystals calculating their timing and energy resolution.The document starts with a theoretical introduction about the Standard Model and the physics beyond the Standard Model, in particular on heavy neutrinos, followed by a description of the CMS detector and its electromagnetic calorimeter. The upgrade studies on the electromagnetic calorimeter are presented in a dedicated chapter, then the analysis on the search for heavy neutrinos and an overview on the overall neutrino physics at the LHC and other experiments are described.

Le bassin versant du Bandama blanc amont, au nord de la Côte d’Ivoire, est situé sur un socle fissuré, composé de granites et de schistes, et constitue un aquifère pérenne pour l’approvisionnement en eau des populations. Cet aquifère de type fissuré est mal connu, tant dans la géométrie des réservoirs que dans le potentiel hydrogéologique des réserves qu’il contient. La précarité des populations rurales est en partie liée au manque d’eau potable ainsi qu’au nombre encore insuffisant des points d’approvisionnement. Un nombre important d’échecs a été observé lors de la réalisation des ouvrages de captages des eaux souterraines, dont l'une des causes est une faible connaissance du fonctionnement du milieu. Cette étude consiste à améliorer les connaissances sur le fonctionnement hydrodynamique des réservoirs du socle fissuré (géométrie des aquifères, paramètres hydrodynamiques, recharge, disponibilité de la ressource) en vue de l’installation d’ouvrages de captage.L’approche méthodologique multidisciplinaire intègre des méthodes d’hydrogéophysique, d’hydrogéologie, de géologie et de chimie. Il s’agit de développer de nouvelles techniques et outils appropriés de prospection pour affiner la caractérisation du socle fissuré, afin de mieux contraindre l'exploitation des sites, notamment en termes de stabilité des débits prélevés.Pour étudier l’aquifère de socle du bassin versant du Bandana blanc amont, nous avons couplé des mesures électromagnétiques aux données lithologiques pour affiner la géométrie de l'aquifère et de mieux contraindre le choix pour les futurs localisations des forages. Cette étude présente donc une nouvelle approche hydrogéophysique pour améliorer la connaissance des ressources importantes dans un aquifère de socle, à l’échelle locale ou régionale, par l'utilisation du système électromagnétique multifréquentiel PROMIS. L'interprétation des résultats a conduit à proposer des modèles multicouches conformes à la structuration lithologique et discontinuités géologiques en place, et à la localisation de l'aquifère, sa géométrie et les interfaces de sa base et du toit.Cette méthode est efficace pour améliorer la caractérisation de l’aquifère de socle, et les résultats ont révélé une bonne concordance entre les sondages (1D), la section de résistivité (2D), les forages et les structures géologiques.La géométrie de l’aquifère présente une structure multicouche présentant de haut en bas de la cuirasse ferrugineuse, des arènes argileuses, une zone fissurée reposant sur un substratum rocheux. Nous sommes en présence d’une nappe captive, sous pression sous les argiles, contenue dans les arènes et la frange fissurée, et présentant une épaisseur variable entre 15 et 30 m. Une connaissance détaillée de la géométrie de l'aquifère locale constitue la première étape cruciale avant d'aller plus loin dans une étude hydrogéologique complète. / The upstream watershed of White Bandama, north of Ivory Coast, is located on a fissured hard-rock, composed of granites and schists, and is a perennial aquifer for populations’ water supply. The upstream watershed of White Bandama, northern Ivory Coast, is located on a hard-rock aquifer which geometry and potential as an hydrogeological reserve is not yet well characterized. Insecurity of rural populations is partly due to lack of drinking water as well as still inadequate number of water supply points. A significant number of failures was observed when performing wells and boreholes for groundwater, one of the causes is a weak scientific knowledge on the environment.This study is to improve knowledge on the hydrodynamic behavior of the hard rock reservoir (geometry of aquifers, hydrodynamic parameters, recharge, availability of the resource) in order to drill perennial boreholes.The multidisciplinary methodological approach integrates hydrogeophysics, hydrogeology, geology, chemistry methods. It is to develop new techniques and appropriate exploration tools to refine the characterization of fissured hard-rock to better constrain the operation of sites, especially in terms of stability of pomped yield.To study the hard-rock aquifer of upstream watershed of White Bandama, we coupled electromagnetic measurements to lithological data to refine the geometry of the aquifer and to better constrain the choice for future drilling locations. This study presents a new hydrogeophysical approach using the multifrequency electromagnetic device PROMIS® to improve knowledge of resources on hard-rock aquifer, at the local or regional level.Our geophysical data are interpreted with multi-layer models consistent with the discontinuities observed in lithology logs and the geology of the site. This method is effecient to improve the characterization of the hard-rock aquifer, and the results showed good agreement between the soundings (1D), the resistivity cross-section (2D), drillings and geological structures.Results allow to precise the local thicknesses of the 3 main units of our study area down to 50 m, being from top to down, saprolite, a fissured-rock zone and the rock substratum. The fissured-rock zone constitutes the main aquifer unit under pressure, interesting target for productive water wells. Its thickness ranges from 15 to 30 m. A detailed knowledge of the local aquifer geometry constitutes the first and crucial step before going further into a complete hydrogeological study.

L'imagerie électromagnétique est le problème de la détermination de la distribution de matériaux à partir de champs diffractés mesurés venant du domaine les contenant et sous investigation. Résoudre ce problème inverse est une tâche difficile car il est mal posé en raison de la présence d'opérateurs intégraux (de lissage) utilisés dans la représentation des champs diffractés en terme de propriétés des matériaux, et ces champs sont obtenus à un ensemble fini et non nécessairement optimal de points via des mesures bruitées. En outre, le problème inverse est non linéaire simplement en raison du fait que les champs diffractés sont des fonctions non linéaires des propriétés des matériaux. Le travail décrit traite du caractère mal posé de ce problème d'imagerie électromagnétique en utilisant des techniques de régularisation basées sur la parcimonie, qui supposent que le(s) diffracteurs(s) ne capture(nt) de fait qu'une petite fraction du domaine d'investigation. L'objectif principal est d'étudier de manière approfondie la régularisation de parcimonie pour les problèmes inverses non linéaires. Par conséquent, nous nous concentrons sur la méthode de Tikhonov non linéaire normalisée qui résout directement le problème de minimisation non linéaire en utilisant les itérations de Landweber, où une fonction de seuillage est appliquée à chaque étape pour promouvoir la contrainte de parcimonie. Ce schéma est accéléré à l'aide d'une méthode de descente de plus grande pente projetée et remplace l'opération de seuillage pour faire respecter cette contrainte. Cette approche a également été implémentée dans un domaine d'ondelettes qui permet une représentation précise de la fonction inconnue avec un nombre réduit de coefficients. En outre, nous étudions une méthode corrélée à la parcimonie qui offre de multiples solutions parcimonieuses qui partagent un support commun non nul afin de résoudre le problème non linéaire concerné. / So-called quantitative electromagnetic imaging focused onto here is the problem of determining material properties from scattered fields measured away from the domain under investigation. Solving this inverse problem is a challenging task because it is ill-posed due to the presence of (smoothing) integral operators used in the representation of scattered fields in terms of material properties, and scattered fields are obtained at a finite set of points through noisy measurements. Moreover, the inverse problem is nonlinear simply due the fact that scattered fields are nonlinear functions of the material properties. The work described in this thesis deals with the ill-posedness of the electromagnetic imaging problem using sparsity-based regularization techniques, which assume that the scatterer(s) capture only a small fraction of the investigation domain and/or can be described in sparse fashion on a certain basis. The primary aim of the thesis is to intensively investigate sparsity regularization for nonlinear inverse problems. Therefore, we focus on sparsity-regularized nonlinear Tikhonov method which directly solves the nonlinear minimization problem using Landweber iterations, where a thresholding function is applied at every iteration step to promote the sparsity constraint. This scheme is accelerated using a projected steepest descent method and replaces the thresholding operation to enforce the sparsity constraint. This approach has also been implemented in wavelet domain which allows an accurate representation of the unknown function with a reduced number of coefficients. Additionally, we investigate a method correlated with the joint sparsity which gives multiple sparse solutions that share a common nonzero support in order to solve concerned nonlinear problem.

La transformation d'espace (TE) a été développée par J. B. Pendry et U. Leonhardt en 2006 et suscite un énorme intérêt depuis la démonstration expérimentale de la première cape d'invisibilité en micro-ondes. Cette technique permet de contrôler la propagation des ondes en modifiant les propriétés électromagnétiques de l'espace. Malgré quelques limitations liées à la bande passante ou aux pertes consécutives à l'utilisation de métamatériaux pour les dispositifs TE, cette technique a attiré l'attention de nombreux domaines (optique, microondes, acoustique, etc). L'objectif de cette thèse est de développer des applications de la TE dans le domaine antennaire à l'aide de matériaux conventionnels lorsque cela est possible et aussi d'ouvrir de nouvelles voies dans le contrôle du rayonnement des antennes. Trois applications ont été étudiées: le réflecteur « parabolique plat »; un superstrat tout diélectrique pour contrôler l'ouverture angulaire d'une antenne patch; et finalement un superstrat permettant de modifier drastiquement le rayonnement d'une antenne. Ce travail a été financé par les agences de défense du Royaume Uni et de la France (DSTL et DGA respectivement), dans le cadre du projet MIMiCRA (Metamaterial Inspired Microwave Conformai Radar Antennas). / Transformation Electromagnetics technique was introduced by J. B. Pendry and U. Leonahrdt in 2006 and it has become an emerging research field in physics and engineering in the last few years after the concept was validated experimentally with a invisibility cloak in microwave regime. This technique claims the possibility of an unprecedented technique to control electromagnetic waves interaction with engineered materials to achieve exotic electromagnetic behaviour. Despite some issues about narrow bandwidth or excessive dispersive losses related to the use of metamaterials for realization of TE devices, this technique caught the attention in many research fields (optics microwave, acoustics, etc). The final purpose of this these is to explore and propose applications of Transformation Electromagnetics in the antenna design field by using standard materials with the purpose of controlling the radiation pattern of an antenna. More precisely, three applications were explored : a fiat "parabolic reflector", an all-dielectric superstrate to control the half power beamwidth of a patch antenna and finally a superstrate that allows to control drastically the radiation pattern of a planar antenna This work was funded by France and UK defence agencies (DSTL and DGA respectively), within the framework of MIMiCRA project (Metamateriallnspired Microwave Conformai Radar Antennas).