Les nouveaux protocoles de réseautage et cryptographiques peuvent considérablement améliorer les systèmes de paiement électroniques en ligne. Le présent mémoire porte sur la conception, la mise en œuvre et l’analyse sécuritaire du GNU Taler, un système de paiement respectueux de la vie privée conçu pour être pratique pour l’utilisation en ligne comme méthode de (micro-)paiement, et en même temps socialement et moralement responsable. La base technique du GNU Taler peut être dû à l’e-cash de David Chaum. Notre travail va au-delà de l’e-cash de Chaum avec un changement efficace, et la nouvelle notion de transparence des revenus garantissant que les marchands ne peuvent recevoir de manière fiable un paiement d’un payeur non fiable que lorsque leurs revenus du paiement est visible aux autorités fiscales. La transparence des revenus est obtenue grâce à l’introduction d’un protocole d’actualisation donnant lieu à un changement anonyme pour un jeton partiellement dépensé sans avoir besoin de l’introduction d’une évasion fiscale échappatoire. De plus, nous démontrons la sécurité prouvable de la transparence anonyme de nos revenus e-cash, qui concerne en plus l’anonymat habituel et les propriétés infalsifiables de l’e-cash, ainsi que la conservation formelle des fonds et la transparence des revenus. Notre mise en œuvre du GNU Taler est utilisable par des utilisateurs non-experts et s’intègre à l’architecture du web moderne. Notre plateforme de paiement aborde une série de questions pratiques telles que la prodigue des conseils aux clients, le mode de remboursement, l’intégration avec les banques et les chèques “know-your-customer (KYC)”, ainsi que les exigences de sécurité et de fiabilité de la plateforme web. Sur une seule machine, nous réalisons des taux d’opérations qui rivalisent avec ceux des processeurs de cartes de crédit commerciaux globaux. Pendant que les crypto-monnaies basées sur la preuve de travail à l’instar de Bitcoin doivent encore être mises à l’échelle pour servir de substituant aux systèmes de paiement établis, d’autres systèmes plus efficaces basés sur les Blockchains avec des algorithmes de consensus plus classiques pourraient avoir des applications prometteurs dans le secteur financier. Nous faisons dans la conception, la mise en œuvre et l’analyse de la Byzantine Set Union Consensus, un protocole de Byzantine consensus qui s’accorde sur un (Super-)ensemble d’éléments à la fois, au lieu d’accepter en séquence les éléments individuels sur un ensemble. Byzantine Set consensus peut être utilisé comme composante de base pour des chaînes de blocs de permissions, où (à l’instar du style Nakamoto consensus) des blocs entiers d’opérations sont convenus à la fois d’augmenter le taux d’opération. / We describe the design and implementation of GNU Taler, an electronic payment system based on an extension of Chaumian online e-cash with efficient change. In addition to anonymity for customers, it provides the novel notion of income transparency, which guarantees that merchants can reliably receive a payment from an untrusted payer only when their income from the payment is visible to tax authorities. Income transparency is achieved by the introduction of a refresh protocol, which gives anonymous change for a partially spent coin without introducing a tax evasion loophole. In addition to income transparency, the refresh protocol can be used to implement Camenisch-style atomic swaps, and to preserve anonymity in the presence of protocol aborts and crash faults with data loss by participants. Furthermore, we show the provable security of our income-transparent anonymous e-cash, which, in addition to the usual anonymity and unforgeability proper- ties of e-cash, also formally models conservation of funds and income transparency. Our implementation of GNU Taler is usable by non-expert users and integrates with the modern Web architecture. Our payment platform addresses a range of practical issues, such as tipping customers, providing refunds, integrating with banks and know-your-customer (KYC) checks, as well as Web platform security and reliability requirements. On a single machine, we achieve transaction rates that rival those of global, commercial credit card processors. We increase the robustness of the exchange—the component that keeps bank money in escrow in exchange for e-cash—by adding an auditor component, which verifies the correct operation of the system and allows to detect a compromise or misbehavior of the exchange early. Just like bank accounts have reason to exist besides bank notes, e-cash only serves as part of a whole payment system stack. Distributed ledgers have recently gained immense popularity as potential replacement for parts of the traditional financial industry. While cryptocurrencies based on proof-of-work such as Bitcoin have yet to scale to be useful as a replacement for established payment systems, other more efficient systems based on Blockchains with more classical consensus algorithms might still have promising applications in the financial industry. We design, implement and analyze the performance of Byzantine Set Union Consensus (BSC), a Byzantine consensus protocol that agrees on a (super-)set of elements at once, instead of sequentially agreeing on the individual elements of a set. While BSC is interesting in itself, it can also be used as a building block for permissioned Blockchains, where—just like in Nakamoto-style consensus—whole blocks of transactions are agreed upon at once, increasing the transaction rate.

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Le contrôle des propriétés et la maîtrise du couplage cohérent d'objets quantiques individuels dans une matrice solide sont un enjeu essentiel pour le développement de l'information quantique. Les centres colorés dans le diamant, équivalent aux molécules artificielles, présentent des caractéristiques qui sont très prometteuses pour la réalisation d'une telle application. Parmi les centres colorés, le centre NV (azote-lacune) est le plus intéressant, dû en particulier à sa grande photostabilité à température ambiante. Le travail de cette thèse est consacré à l'étude des propriétés optiques et électroniques des centres colorés NV à température ambiante. / Researches over the past decade in many fields of science, including physics, chemistry have initiated the dream of building computers that work according to the rules of quantum mechanics, and computer and quantum information have been proposed. The Nitrogen-Vacancy color center in diamond is one of the most promising candidate due to several advantages: no blinking and no photo bleach at room-temperature, single photon generation, electron spin manipulated with microwave and readout optically. This thesis concentrates on the study of optical and spin properties of NV color center.

Les jonctions tunnel magnétiques épitaxiées sont des systèmes modèles permettant de confronter l’expérience à la théorie de l’effet tunnel polarisé en spin. Celles à barrière de MgO(001) font à ce titre l’objet de nombreuses études, dont certaines ont permis d’établir expérimentalement l’existence de phénomènes tunnel cohérents dépendant de la symétrie des états de Bloch. Les expériences réalisées au cours de cette thèse visent à identifier et contrôler plusieurs propriétés des interfaces, de la barrière et des électrodes qui s’expriment dans le transport tunnel. Nous étudions les conséquences d’un excès d’oxygène à l’interface Fe/MgO dans les jonctions Fe/MgO/Fe(001). La réalisation d’un empilement modèle Fe/p(1×1) O/MgO/Fe(001) nous permet de confirmer certains effets attendus, notamment la formation d’une barrière additionnelle à l’interface pour les états de symétrie ?1. Cependant, et contre toute attente, la magnétorésistance dépend peu de la présence d’oxygène. Elle est en revanche très sensible à la qualité cristallographique des interfaces. Nous démontrons ainsi les influences néfastes du désordre et du désaccord paramétrique entre la barrière de MgO et l’électrode sous-jacente. L’emploi d’alliages Fe V de composition variable permet de réduire le désaccord paramétrique et de diminuer la densité de dislocations, ce qui conduit à une forte augmentation de la magnétorésistance. Nous étudions enfin comment les structures électroniques des alliages Fe Co et Fe V se manifestent dans le transport tunnel. Des mesures de photoémission résolue en spin nous permettent de sonder directement les bandes ? et les états de résonnance interfaciale des surfaces (001) libres ou recouvertes de MgO. / Epitaxial magnetic tunnel junctions are model systems in order to test the spin polarized tunnel effect theory. MgO(001) based junctions are thus subject of many studies. Some of them experimentally established the existence of coherent tunnelling involving the symmetry of Bloch states. However quantitatively, characteristics of real junctions strongly deviate from predictions. The role of imperfections in the barrier and at the interfaces is suspected but the current knowledge of dominant mechanisms is still limited. This thesis experiments aim at identifying and controlling several properties of the interfaces, of the barrier and of the electrodes which influence tunnelling. We study the consequences of an excess of oxygen at the Fe/MgO interface in Fe/MgO/Fe(001) junctions. Preparing a model Fe/p(1×1) O/MgO/Fe(001) stacking allows us to confirm some expected effects, namely the appearance of an additionnal potential barrier at the interface for states with ?1 symmetry. However, and unexpectedly, the magnetoresistance little depends on the presence of oxygen. On the other hand, it is very sensitive to the crystallographic quality of interfaces. We show evidence for the detrimental influence of disorder and of the misfit between the MgO barrier and the supporting electrode. Using Fe V alloys with variable composition allows us to reduce the misfit and the dislocations density, which in turn induces a great enhancement of the magnetoresistance. We finally investigate how the electronic structures of Fe Co and Fe V alloys express themselves in tunnelling. In addition, we probe by spin resolved photoemission the ? bands and interfacial resonance states of free and MgO covered (001) surfaces.

Les trois dernières décennies ont vu l’émergence de l’électronique organique ainsi que son établissement en tant que domaine scientifique interdisciplinaire et dans notre vie quotidienne. On dénombre actuellement deux défis scientifiques majeurs dans ce domaine. Le premier est de s’attacher à augmenter l’efficacité des dispositifs par l’utilisation de nouveaux matériaux, plutôt le deuxième consiste en l’intégration de fonctionnalités multiples un seul dispositif. Atteindre ces objectifs nécessite la compréhension des mécanismes fondamentaux de la physico-chimie, gouvernants les propriétés de base de l’électronique organique tels l’injection ou le transfert de charge et le transport. Ces travaux de thèse rapport le développement de systèmes complexes, auto assemblés, dont les propriétés électriques et optiques au sein de dispositifs organo-électroniques peuvent être modulées en réponse aux stimuli extérieurs. Ce but a été obtenu par le développement des briques élémentaires et par l’étude de leurs propriétés physico-chimiques afin de modéliser tous les mécanismes impliqués. / In the last three decades Organic Electronics emerged and established itself as an interdisciplinary field of science and as part of our daily life. Presently, the greatest scientific challenges in this field of research are two: the former relies on the improvement of devices efficiency which can be accomplished by using new materials, whereas the latter consist in the integration of multiple functionalities in a single device. To accomplish these goals one needs to develop a deep understanding on the fundamental physical-chemistry ruling the properties which are on the basis of organic electronics such as charge injection, charge transfer and transport. This PhD project reports the developing of efficient multicomponent electroactive self-assembled systems whose electro- and optical properties can be modulated, in devices, as a response to multiple external and independent stimuli. This goal has been achieved by engineering of the proper building blocks and the study of the the physico-chemical properties to be able to model all the mechanisms involved.

Dans le domaine de l'électronique souple, les substrats flexibles à base de polymères sont de plus en plus utilisés. Si dans les prochaines années, les structures de propagation mises en œuvre sur ce type de substrat véhiculent une puissance, alors la connaissance de la conductivité thermique de ces matériaux est essentielle. Dans ce travail, nous mesurons la conductivité thermique de matériaux de type polymère en utilisant la méthode 3 omégas. Des mesures ont été effectuées sur du polydiméthylsiloxane (PDMS). Un procédé technologique particulier est utilisé pour la fabrication des échantillons de PDMS. De ce fait, les conducteurs métalliques sont encapsulés dans le polymère et non en surface de ce dernier. Mais cela est sans conséquence sur les valeurs de conductivité thermique mesurées. Les procédés photolithographiques utilisés traditionnellement pour réaliser les lignes métalliques sont coûteux et longs. Par conséquent, nous proposons pour ce type de matériaux une méthode alternative pour la réalisation des lignes conductrices grâce à la technologie d'impression par jet d'encre. Les conductivités thermiques du polyimide et polyétheréthercétone ont été mesurées en utilisant la méthode 3omega combinée à la technologie d'impression par jet d'encre.Des simulations numériques basées sur la méthode des éléments finis ont été développées au cours de la thèse. Les mesures expérimentales obtenues sont comparées aux résultats obtenus par une solution analytique et par notre modélisation numérique.Ainsi durant cette thèse nous montrons avec succès la possibilité d'utiliser la technologie d'impression jet d'encre pour mesurer la conductivité thermique d'un substrat souple. / The characterization of polymers is gaining a great attention as they are one of the main constituents of future flexible or organic electronics. Given the fact that thermal management is an important issue in the frame work of flexible electronics, the knowledge of the thermal conductivity of polymer materials is needed. In this work, we propose the measurement of polymer material thermal conductivity using the three omega method. This method requires heating a metallic line conductor placed on the surface of the material under test by an alternating current source. The first measurements were done on polydimethyl siloxane (PDMS) polymer material for which a special procedure that consists in embedding the metallic line conductors near the surface has been applied.In addition to the well-known limitations of photolithography process which are the cost and the process duration, a particular concern lies in the fabrication of the metallic conductors by such process which might be destructive in case of polymer materials. Consequently, we propose an alternative method for this kind of materials based on inkjet printing technology. The thermal conductivities of polyimide and polyetherether ketone have been successfully measured using the three omega method combined with inkjet printing technology for sample preparation. Numerical simulations using finite element method (FEM) are also performed. Finally, experimental measurements are compared to Cahill’s analytical solution and FEM modelling. The overall results demonstrate that the inkjet printing technology is a good candidate for the characterization of flexible materials in terms of thermal conductivity.

Depuis quelques années, nous assistons à l’essor d’une nouvelle filière d’électronique basée sur des supports flexibles. De nombreuses applications difficilement atteignables par l’électronique classique sont visées, c’est notamment le cas des tags RFID, des capteurs mobiles, des écrans flexibles…. Cette électronique est essentiellement basée sur des matériaux organiques pour lesquels la faible mobilité (<1cm2 /V.s) limite considérablement les performances hyperfréquences des composants. Dans ce contexte, l’intégration hétérogène de composants des filières GaN et graphène sur substrat flexible apparait comme une solution prometteuse pour des applications de puissance hyperfréquence où la conformabilité sur surface non plane est souhaitée. Ces travaux présentent d’une part, une méthode de transfert de composants HEMTs AlGaN/GaN sur ruban flexible et d’autre part, une technique de manipulation du substrat souple et de fabrication directe des composants à base de graphène sur celui-ci. Des HEMTs AlGaN/GaN à faible longueur de grille (LG = 100nm) ont été transférés sur ruban flexible et ont permis d’atteindre des résultats à l’état de l’art en termes de puissance hyperfréquence avec un gain de puissance linéaire (Gp) de 15,8 dB, une densité de puissance de sortie (Pout) de 420 mW / mm et une puissance ajoutée (PAE) de 29,6%. Pour les composants à base de graphène, une technique de manipulation du substrat flexible a été développée et a permis de fiabiliser le procédé technologique de fabrication. Une fréquence de coupure ft de 1GHz et une fréquence maximale d’oscillation fmax de 3 GHz ont été obtenues. / In recent years, the field of flexible electronics has been expanding. Many applications difficult to achieve by conventional electronics are targeted as RFID tags, mobile sensors, flexible screens… This field is essentially based on organic material for which the poor mobility (<1cm2 /V.s) limits considerably the device performances. In this context, the heterogeneous integration of GaN and graphene devices on a flexible substrate appears to be a promising solution for microwave power applications where conformability on a non-planar surface is needed. This work presents, on the one hand, a method to transfer AlGaN/GaN HEMTs onto flexible tape and, on the other hand, a technique for handling and manufacturing graphene-based components directly on the flexible substrate. HEMTs with short-gate length (LG = 100 nm) have been transferred onto flexible tape and showed state of the art results in terms of microwave power with a linear power gain (Gp) of 15.8 dB, an output power density (Pout) of 420 mW/ mm and an added power efficiency (PAE) of 29.6%. Concerning graphene-based devices, a flexible substrate handling technique has been developed making the manufacturing process more reliable. A cut-off frequency ft of 1 GHz and a maximum oscillation frequency fmax of 3 GHz were obtained.

Le développement de nombreuses applications nomades, souples, déformables et sur de larges surfaces nécessite la réalisation de circuits mécaniquement flexibles, intégrant des capacités d'intéraction avec l'environnement, de communication et de traitement du signal. Une part importante de ces applications proviennent actuellement de l'industrie de l'électronique organique, mais l'apparition de nouvelles méthodes de fabrication a permis la réalisation de dispositifs à la fois souples mécaniquement et électriquement performants. En outre, les techniques de report sur substrat souple présentent de nombreux avantages (flexibilité mécanique, conservation des propriétés originelles, intégration hétérogène possible). Lors de ces travaux, une procédure d'amincissement puis de transfert sur film souple (métal, verre) des composants CMOS initialement réalisés sur des tranches SOI (silicium sur isolant) a été développée. Cette solution permet la réalisation de transistors MOS flexibles et performants possédant des fréquences caractéristiques fT/fmax de 165/188 GHz. De plus, l'utilisation d'autres matériaux que le plastique permet de modifier les propriétés originelles d'un dispositif en termes de dissipations thermiques ou de distorsions harmoniques par exemple, afin d'en améliorer les performances. La réalisation de composants souples, performants et stables a donc été démontrée. / The ability to realize flexible circuits integrating sensing, signal processing, and communicating capabilities is of central importance for the development of numerous nomadic applications requiring foldable, stretchable and large area electronics. A large number of these applications currently rely on organic electronics, but new fabrication methods permitted to realize flexible mechanically and electrically efficient devices. Besides the transfert on flexible substrates offers many advantages (mechanical flexibility, preservation of original properties, possible heterogeneous integration). In this work, a solution has been developed, based on thinning and transfert onto flexible substrate (metal, glass) of high frequency (HF) CMOS devices initially patterned on conventional silicon-on-insulator (SOI) wafers. This transfer process first enables the fabrication of high performance electronics on metal, with n-MOSFETs featuring characteristic frequencies fT/fmax as high as 165/188 GHz. Secondly, the use of materials other than plastic permit to modify the original properties of a device in terms of thermal dissipation or harmonic distorsions for example, demonstrating flexibility, high performance and stability.

Les transistors à haute mobilité électronique à base de Nitrure de Gallium sur substrat de silicium (GaN-sur-Si) sont des candidats prometteurs pour les futures générations de convertisseur de puissance. Aujourd’hui, plusieurs verrous techniques ralentissent la commercialisation de cette technologie au niveau industriel, en particulier pour les applications requérant de haute tension (≥ 600 V). Dans ce contexte, ces travaux constituent une contribution au développement de composants innovants à base de GaN-sur-Si fonctionnant au-delà de 1kV. Nous nous sommes principalement focalisés sur l’amélioration de la tenue en tension de ce type de transistors au travers du développement d’un procédé de gravure localisée du substrat en face arrière permettant de supprimer le phénomène de conduction parasite localisé entre les couches tampons et le substrat. Ce procédé ainsi que l’utilisation de structures d’épitaxie innovantes nous ont permis d’observer une amélioration drastique des performances électriques des transistors à haute tension. Nous avons pu notamment démontrer pour la première fois la possibilité de délivrer des tenues en tension de plus de 3 kV sur cette filière émergente. Ces résultats obtenus, supérieurs à l’état de l’art, laissent envisager l’utilisation des technologies GaN-sur-Si pour les moyennes et hautes gammes de tension (>1000V). / GaN-based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) on Silicon substrate (GaN-on-Si) are promising candidates for future generations of power converters. Today, technical limitations need to be overcome in order to allow the industrial commercialization of this technology, particularly for high-voltage applications (≥ 600 V). In this frame, this work constitutes a contribution to the development of innovative GaN-on-Si devices operating above 1kV. We mainly focused on the improvement of the blocking voltage of the transistors with the realization of a local substrate removal process with the aim of suppressing the parasitic conduction phenomena between the buffer layer and the substrate. Owing to an improved technological process and innovative epitaxial structures, we observed a drastic improvement of the electrical performances of the transistor under high voltages. In particular, we have been able to demonstrate for the first time a blocking voltage above 3kV for this emerging technology. These results, well beyond the state of the art, pave the way for higher voltage operation GaN-on-Si power devices.

Les matériaux biopolymères sont l’objet d’un engouement très fort pour des applications très variées dans de nombreux domaines d’activités où ils remplacent de plus en plus les polymères pétrosourcés. Compte tenu de leurs propriétés, parmi lesquelles la biocompatibilité, la biodégradabilité, la flexibilité et la légèreté, ils suscitent un intérêt croissant dans le domaine de l’électronique. Néanmoins, leur possible intégration dans l’électronique haute fréquence passe par l’étude de propriétés importantes telles que la conductivité thermique et la permittivité diélectrique complexe. Dans ce travail nous nous intéressons à deux biopolymères en particulier, l’acide poly lactique (PLA) et le palmitate de cellulose (CP). L’extraction des propriétés de ces matériaux est réalisée au travers de la mise en œuvre de deux méthodes. La méthode 3ω pour la détermination de la conductivité thermique et la méthode dite des deux lignes pour la détermination de la permittivité diélectrique complexe. Cette dernière est mesurée sur une bande de fréquences allant de 0,5 à 67 GHz. Ces deux techniques de caractérisation requièrent la réalisation de lignes métalliques en surface des films biopolymères qui compte tenu de leur nature supportent mal les procédés de photolithographie. Aussi, des procédés alternatifs ont été développés pour répondre à ce challenge technologique. Ce travail expérimental est accompagné d’études de modélisation sur les deux volets, estimations de la conductivité thermique et de la permittivité diélectrique complexe des matériaux investigués. La confrontation des modèles proposés, analytiques et numériques, aux données expérimentales montre une bonne compréhension du problème de caractérisation de ces biopolymères. / Biopolymer materials attract significant attention in many fields where they tend to replace petrosourced polymers. Thanks to their properties, such as biocompatibility, biodegradability, flexibility and lightness, biopolmyers are also increasingly used in many electronic applications. Nevertheless, their possible integration into high-frequency electronics requires the study of important properties such as thermal conductivity and dielectric complex permittivity. In this work we are interested in two biopolymers in particular, poly lactic acid (PLA) and cellulose palmitate (CP). The extraction of the properties of these materials is carried out through the implementation of two methods. The means selected are the 3ω method for the thermal conductivity and the two-line method for the dielectric complex permittivity. This latter is measured in the frequency band 0.5 - 67 GHz. These two characterization techniques require the realization of metal lines on the surface of the biopolymer films. Since biopolymers are not compatible with classical photolithography method, an alternative processes have been developed to meet this technological challenge. This experimental work is accompanied by modeling studies on both aspects, estimates of the thermal conductivity and the complex dielectric permittivity of the investigated materials. The comparison of the proposed analytical and numerical models with the experimental data shows a good understanding of the problem of characterization of these biopolymers.