Les mesures utilisées actuellement en chambres anéchoïque, pour la caractérisation de la surface équivalente radar (SER) sont généralement perturbées, en particulier en basse fréquence lorsque les parois de la chambre génèrent des trajets multiples. En basse fréquence l’épaisseur des matériaux absorbants devient faible devant la longueur d’onde et ceux-ci ne peuvent plus être considère comme parfaitement absorbants. Dans ce cas, le champ total incident sur la cible sous test est ainsi la somme du champ incident direct et des champs réfléchis par les parois. Basé sur le principe de retournement temporel qui permet de focaliser spatialement et temporellement une onde électromagnétique, l’objectif de la thèse est de présenter une nouvelle méthode d’imagerie microonde qui profite des degrés de liberté spatio-temporels de la propagation au sein d’un milieu diffusant afin de détecter une cible avec une haute résolution. / The currently used methods for radar cross section (RCS) measurements at low frequencies encounter several disturbing phenomena, such as the multipath propagation caused by reflections from the walls. Descending in frequency, the thickness of absorbent materials becomes small compared with the wavelength and they are no longer perfectly absorbent. Therefore, the total incident field on the target becomes the sum of the incident wave and the reflected waves from the walls of the chamber. Inspired by time reversal technique which allows spatial and temporal focusing of an electromagnetic wave, the objective of the thesis is to present a novel imaging method in the microwave range which benefits from the spatio-temporal degrees of freedom provided by the transmission through a random medium in order to detect a target with high resolution.

Ce travail de thèse porte sur la conception et la réalisation de méta-structures pour l’amelioration des performances de détecteurs dans les gammes spectrales du moyen infrarouge et du térahertz (THz). Ces méta-structures sont des matrices de résonateurs métalliques qui actent aussi comme antennes, permettant une meilleure collection des photons et un plus fort confinement du champ électrique. Dans ce manuscrit, j’examine les résultats expérimentaux concernant deux photo-detecteurs infrarouges à puits quantiques (QWIP) résonants à une longueur d'onde de 55.5 µm (5.4 THz) et de 8.6 µm, implémentés dans des réseaux d’antennes patch. La responsivité, la détectivité et les performances thermiques des dispositifs en microcavité sont systématiquement comparées au même détecteur fabriqué en géométrie standard ‘mesa’, pour lequel le rayonnement infrarouge est couplé par le substrat. La cohérence du modèle est évaluée en comparant le gain photoconducteur de chaque structure QWIP. Dans le moyen infrarouge, le fonctionnement à température ambiante avec une source de radiation thermique est démontré pour la première fois. De plus, en exploitant la courte durée de vie des porteurs dans la zone de QWIP, une détection hétérodyne à température ambiante a été démontrée jusqu’aux fréquences de quelques GHz, limitée uniquement par la fréquence de coupure du circuit externe. Dans la dernière partie de ce manuscrit, plusieurs perspectives sont discutées concernant des structures de détecteurs quantiques couplés à la géométrie de résonateurs patch et des architectures inspirées des métamateriaux, avec la perspective d’améliorer davantage les performances des photodétécteurs / The present thesis manuscript is about the conception and the realisation of metastructures for the improvement of detector performances in the mid-infrared and terahertz (THz) spectral ranges. These meta-structures are arrays of metal resonators that also act as antennas, allowing a better collection of photons and a stronger confinement of the electric field. In this manuscript, I examine the experimental results regarding a 55.5 µm (5.4 THz) and a 8.6 µm quantum well infrared photodetectors (QWIP), implemented into patch-antennae arrays. The responsivity, the specific detectivity and the thermal performances of the antenna-coupled devices are systematically compared to the same detector processed in standard substrate-coupled ‘mesa’ geometry. In the mid-infrared, the room temperature operation using a thermal radiation source is reported for the first time. Moreover, exploiting the short carrier lifetime in semiconductor quantum wells, a room temperature heterodyne detection is demonstrated, at frequencies up to few GHz, limited only by the cut-off frequency of the external circuit. In the last part of this work, several perspectives are discussed, regarding alternative quantum detector structures coupled to the patch resonators geometry and innovative circuit-like plasmonic architectures, envisioning orders of magnitude improvement in photodetector performances

Ce projet de thèse en création littéraire, divisé en trois parties, vise à poursuivre dans la veine entomologique et littéraire présente dans L’Insecte, de l’historien Jules Michelet, et dans La Vie des Abeilles, La Vie des Fourmis et La Vie des Termites, du poète symboliste Maurice Maeterlinck. Dans un premier temps, nous analyserons la teneur du discours scientifique de ces deux écrivains reconnus par l’institution littéraire en adoptant une approche épistémocritique. Nous chercherons à comprendre comment les connaissances entomologiques au sujet de l’abeille, de la fourmi et du termite servent les textes de notre corpus et à quel point elles diffèrent d’un écrivain à l’autre. Nous examinerons également leur utilisation des références scientifiques, de la terminologie, des figures et des représentations abstraites afin de mieux nous outiller pour la création. Dans un deuxième temps, nous présenterons la trilogie de nouvelles Antennes qui traite des mêmes connaissances entomologiques que Michelet et Maeterlinck, mais d’une façon imagée et à une échelle différente, car nous y transposons les qualités animales aux humains. L’ensemble est construit en fonction de la hiérarchie établie par Maeterlinck au sujet des espèces qu’il a étudiées pour déterminer si cet ordre tient toujours, un siècle plus tard. Nous retrouvons ainsi les qualités de l’indestructible fourmi (L’Organe) qui, par son altruisme, serait supérieure à l’abeille asservie et à la santé fragile (L’Extrudeuse), qui elle-même serait supérieure à l’impitoyable termite (La Termitière). En changeant les proportions et les acteurs, nous expérimentons avec la fiction pour tenter de comprendre ce que signifient la nature, l’intelligence, l’altruisme et la mort pour l’être humain au XXIe siècle. Dans la dernière partie, forte de notre analyse et de notre création, nous aborderons dans L’Excès le comportement de l’espèce humaine et la place qu’elle se croit en droit d’occuper au sein de la nature.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s'intéresse au problème de l'imagerie microonde bidimensionnelle polarimétrique. Il est scindé en deux parties, la première est dédiée aux études expérimentales liées à la détection d'objets enfouis tandis que la seconde présente le développement d'un algorithme d'imagerie quantitative. Ainsi le travail effectué dans la première partie du manuscrit porte sur la réalisation d'antennes ultra-large bande et la détermination de leur comportement lors de mesures polarimétriques sur sites. Dans ce dernier cas, plusieurs tests ont été réalisés et permettent de conclure sur les qualités des capteurs développés. Dans une deuxième phase, un code d'imagerie bidimensionnelle prenant en compte à la fois la polarisation 2D-TM et 2D-TE est présenté. Le développement d'un algorithme de diffraction électromagnétique est tout d'abord exposé. Son association avec un algorithme de problème inverse existant déjà au laboratoire permet alors de générer le code d'imagerie quantitative. Plusieurs configurations de reconstruction d'objet homogène, isotrope ou non, permettent ensuite de mettre en évidence ses capacités.

Dans cette thèse, nous nous intéressons aux méthodes de traitement d'antennes pour la localisation de sources dans le cas des antennes linéaires non uniformes. Le travail porte principalement sur les méthodes à haute résolution qui sont particulièrement adaptées aux antennes linéaires non uniformes afin de s'affranchir des problématiques associées aux lobes secondaires. Nous démontrons que Root-MUSIC peut être directement appliquée dans le cas des antennes non uniformes lacunaires. De plus, nous montrons que la suppression d'un certain nombre de capteurs d'une antenne linéaire uniforme ne dégrade que très légèrement les performances grâce à l'utilisation des méthodes à haute résolution comme Root-MUSIC. Ensuite, nous proposons une nouvelle méthode EM-ESPRIT qui peut être utilisée pour n'importe quel type de géométrie d'antenne non uniforme. Cette méthode itérative est basée sur les deux algorithmes : Expectation-Maximization (EM) et ESPRIT. L'étude des performances de EM-ESPRIT montre qu'elle présente de meilleures performances que la plupart des méthodes, en particulier pour des niveaux de bruit importants. De plus, deux variantes : EM-ESPRIT stochastique et EMRoot- MUSIC sont proposées afin d'améliorer les aspects de convergence et de consistance de EM-ESPRIT. Finalement, nous considérons une application liée à la localisation de sources aéroacoustiques sur la carrosserie d'une voiture. La mise en oeuvre d'une méthode de type Zero-Forcing MUSIC a permis d'obtenir de bons résultats sur des données simulées et réelles, en particulier pour des sources proches et de puissance différente.

L'optimisation de l'association " antenne - système" est une préoccupation majeure des concepteurs de tags RFID UHF et micro-ondes. L'évaluation conjointe de l'énergie reçue par ces antennes et de l'énergie re-rayonnée permettrait aux concepteurs d'évaluer directement les potentialités de télé-alimentation de leurs tags ainsi que la qualité de la communication. Pour répondre à cette problématique, nous avons développé une stratégie originale de modélisation et de simulation de systèmes RFID intégrés reposant sur l'utilisation du langage VHDL-AMS; langage compatible avec la majorité des outils de Conception Assistée par Ordinateur utilisés en microélectronique. La solution que nous proposons consiste en une modélisation à différents niveaux d'abstraction du système RFID que nous souhaitons optimiser, y compris le lien RF et les antennes. Nous adaptons ainsi le flot de conception classique largement utilisé en électronique numérique à un problème de conception mixte et RF.

La détection radio des rayons cosmiques a été tentée dans les années 60 mais a rapidement été abandonnée du fait du manque de reproductibilité des résultats et des limitations techniques de l'époque au profit d'autres techniques comme les réseaux de détecteurs au sol ou les détecteurs de fluorescence<br /><br />Aujourd'hui, la compréhension de l'origine et de la nature des rayons cosmiques d'ultra haute énergie constitue l'un des enjeux scientifiques de premier plan pour la communauté des physiciens des astroparticules. Cependant, le très faible flux de particules à ces énergies rend difficile leur étude et nécessite la mise en place de détecteurs géants. C'est dans ce contexte et compte tenu des récents développements technologiques que la méthode de radio-détection des rayons cosmiques est réinvestiguée. Ses qualités intrinsèques doivent permettre, en complément des méthodes de détection existantes de renforcer la statistique et la précision des observatoires de ces rayons cosmiques d'ultra haute énergie.<br /><br />Après avoir rappelé la problématique des rayons cosmiques, nous présentons l'état actuel des connaissances concernant l'émission radioélectrique associée au développement de gerbes atmosphériques. Nous décrivons ensuite en détail les développements techniques mis en œuvre pour construire et rendre opérationnel le démonstrateur expérimental CODALEMA installé à Nançay. Nous discuterons les méthodes d'analyses ainsi que les résultats obtenus avec cet instrument qui a permis de démontrer pour la première fois, de manière non ambiguë, la détection d'un signal radio associé au passage d'une gerbe atmosphérique. Nous présentons aussi le banc de test implanté sur le détecteur géant Pierre Auger en Argentine, et dont le but est d'apporter des réponses sur les caractéristiques que devrait posséder un grand détecteur radio pour le domaine d'étude des énergies extrêmes

Nous présentons dans cette thèse la définition, la réalisation et les tests d'un radar V.H.F. multifréquence et multipolarisation, travaillant dans une gamme allant de 20 à 100 MHz. <br />Ce système dénommé M.O.S.A.R. (Maquette Orientée pour un Système d'Analyse de Résonances) a pour objectif la mesure des sections efficaces radars d'avions dans cette gamme de fréquence, afin de fournir l'ensemble des connaissances qui permettront de concevoir un futur radar opérationnel, destiné à la détection et à l'identification des cibles aériennes.<br />Dans un premier temps, nous définissons les caractéristiques principales du système, telles que la largeur de l'impulsion émise, la période de récurrence, le nombre de fréquences utilisées, ... . Ensuite, nous construisons un radar à impulsions, monostatique, cohérent, commandé par ordinateur, capable de mesurer et d'enregistrer les signaux rétrodiffusés par des avions. Ce système emploie deux réseaux d'antennes différents pour l'émission et la réception, chacun de ces réseaux utilisant respectivement quatre antennes log-périodiques dipolaires. Les informations relatives aux cibles (amplitude, phase et fréquence Doppler) sont ensuite extraites par une analyse spectrale non linéaire haute résolution.<br />Nous évaluons les performances du radar et précisons les limites du système. Enfin, des résultats expérimentaux sont présentés et confirment les choix dans la définition et la réalisation du radar.

Les radars HF à ondes de surface (HFSWR) trouvent des applications dans la surveillance maritime, l'océanographie ou la détection de cibles. Ils utilisent des ondes HF qui se propagent sur la surface de la mer jusqu'à quelques centaines de km. Néanmoins, ils sont récents et encore peu opérationnels à cause de quelques inconvénients. L'objectif de cette thèse est de résoudre deux de ces inconvénients pour améliorer les performances des HFSWR. Tout d'abord, en réduisant la taille des antennes HF usuelles qui sont beaucoup trop grandes. Pour des raisons pratiques et pour envisager des configurations radars embarquées, il est nécessaire de créer une antenne HF compacte pouvant répondre aux cahier des charges du HFSWR. Deuxième préoccupation, les ondes HF et les vagues interagissent et créent des échos de mer élevés qui peuvent masquer des échos de cibles éventuelles. Le second objectif de cette thèse est donc de réduire ces échos marins gênants par une méthode de filtrage adaptatif.

Les travaux présentés dans ce mémoire traite du développement et de l'optimisation de nouvelles filières technologiques d'élaboration de circuits micro-ondes suspendus sur membrane diélectrique. Cette élaboration passe par l'étude physique, mécanique et électrique de nouveaux matériaux susceptibles de répondre aux cahiers des charges. Nous proposons la filière technologique basée sur la fabrication de membranes épaisses à partir des dépôts par plasma. L'intérêt majeur de cette technologie est d'améliorer la fiabilité mécanique du composant. Les résultats en terme de caractérisation fréquentielle montre un bon accord avec la filière développée auparavant et qui est dédiée essentiellement à la fabrication de circuits micro-ondes de surface assez faible sur membrane mince. Dans un second volet, nous proposons un banc de test pour la caractérisation mécanique des matériaux. Dans cette optique, un système de gonflement de membrane suspendue sous pression différentielle a permis de tester les propriétés mécaniques du nitrure de silicium. Les contraintes résiduelles et le module d'Young du matériau sont extraits. La dernière partie concerne la réalisation d'une antenne à émission surfacique de type Yagi-Uda sur membrane diélectrique. La miniaturisation et les technologies de micro-usinage volumique du silicium ont permis la réduction des dimensions, et surtout l'utilisation de ce type d'antennes en haute fréquence. Nous décrivons un nouveau procédé de gravure de silicium adapté à la fabrication de ce type d'antenne. La caractérisation électrique des structures fabriquées est en accord avec les résultats de simulation électrique. De plus, des simulations mécaniques des structures fabriquées sont présentées afin de clarifier l'origine des déformations des dispositifs.