La gamme térahertz est une région du spectre électromagnétique située à l'interface entre les techniques optiques et électroniques de génération et de détection d'un rayonnement. Elle est qualifiée de "fossé" technologique THz en raison du manque de dispositifs alors que les applications potentielles concernant cette gamme sont vastes. Cette thèse comporte trois axes de recherches articulés autour d'une source THz prometteuse : les lasers à cascade quantique (LCQ). Ces hétérostructures de semiconducteurs sont des lasers unipolaires dont l'émission repose sur la relaxation d'électrons entre des états con nés de la bande de conduction (transitions intersousbandes). Tout d'abord, un système de spectroscopie THz dans le domaine temporel, adapté à l'étude du spectre du gain des LCQ THz, a été développé et optimisé. Des sources d'impulsions THz (antennes photoconductrices) ont été réalisées pour ce système permettant d'accéder à une large bande spectrale. Puis, ce système a été employé pour accéder au spectre du gain de LCQ THz, un paramètre clé, et en particulier appliqué à l'étude de LCQ hétérogènes (i.e. comprenant plus d'une région active permettant une émission large bande). Ces études ont permis de déterminer les facteurs limitant et d'améliorer leurs dessins, conduisant à un gain large et une émission laser à deux fréquences simultanément. En n, les propriétés non-linéaires résonantes de LCQ THz ont été étudiées. Une exaltation de la susceptibilité nonlin éaire a été démontrée en accordant un faisceau proche-IR avec des transitions interbandes du LCQ. En combinant cela à la grande puissance THz intracavité des LCQ, la conversion de l'émission THz du LCQ sur une porteuse optique proche-IR est montrée avec des e cacités élevées (0.12 %).

La description détaillée des phases de la coda permet d'affiner la compréhension des processus de propagation des ondes sismiques, en milieu hétérogène. Ces phases sont importantes puisque l'énergie globale qui leur est associée peut représenter une quantité d'énergie supérieure à celle que véhicule le champ d'onde direct. En terme d'évaluation de l'effet de site, les phases secondaires ne peuvent donc pas être négligées et il est important de comprendre et d'identifier la nature des structures responsables de leur existence. En milieu hétérogène, les ondes incidentes émises lors d'un séisme subissent de nombreuses déformations au cours de leur propagation. Ces ondes sont alors diffractées et réfractées par les structures hétérogènes qu'elles rencontrent, avant d'être réémises notamment dans la direction de l'antenne. Il en résulte des sismogrammes présentant une coda complexe, caractérisée par la présence simultanée de nombreuses composantes ondulatoires. Les approches statistiques ont été les plus utilisées pour caractériser la coda des sismogrammes régionaux. La décroissance d'énergie de la coda permet en effet d'estimer le facteur de qualité, qui traduit le degré d'hétérogénéité moyen du milieu de propagation. Dans ce travail, un point de vue déterministe de la description de la coda a été adopté et nous avons lors décomposé les différents trains d'onde enregistrés par une antenne sismologique, en une somme d'ondes planes, chacune étant décrite par un temps d'arrivée, un contenu fréquentiel, une direction et une vitesse apparente de propagation. Devant la complexité que présente la coda des sismogrammes régionaux, les traitements classiques souffrent d'un manque de résolution et ne suffisent plus à caractériser la propagation de chaque phase cohérente qui se propage à travers une antenne. Des développements méthodologiques ont permis de mettre au point une technique de décomposition temps-fréquence-nombre d'onde haute résolution des sismogrammes enregistrés par une antenne. Cette décomposition permet une description détaillée de l'évolution temporelle des paramètres de propagation des différentes phases cohérentes du sismogramme. Nous avons notamment construit un critère original permettant l'estimation du nombre de phases de même contenu fréquentiel, qui se propagent simultanément à travers l'antenne. Ce critère est basé sur la reconstruction a posteriori des formes d'onde analysées, à partir des paramètres de propagation retrouvés par la décomposition temps-fréquence-nombre d'onde. La mise en pratique sur différents cas synthétiques simples (propagation d'une onde plane à travers l'antenne) a montré sa supériorité à caractériser les paramètres de propagation des champs d'ondes corrélées qui se propagent simultanément à travers l'antenne ainsi que l'efficacité du critère de reconstruction d'énergie, pour l'estimation du nombre de phases à une fréquence donnée, présentes dans la même fenêtre d'analyse temporelle. L'application de cette méthode de décomposition à l'analyse de signaux simulés numériquement nous a permis de tester son pouvoir de résolution dans la description des paramètres ssociés à la propagation d'un champ d'ondes en milieu hétérogène. La méthode de décomposition temps-fréquence-nombre d'onde développée ainsi que l'utilisation du critère du maximum d'énergie expliquée ont été validés. Les signaux réels auxquels nous nous sommes intéressés sont issus de l'expérience d'Annot, où les champs d'onde locaux ont été enregistrés par quatre antennes de faible ouverture (250 mètres). A partir des résultats obtenus de l'analyse des données, nous avons pu localiser les principales zones hétérogènes qui ont affecté la propagation des champs d'onde enregistrés par chaque antenne.

Les nano-antennes optiques permettent la manipulation, le confinement et l'exaltation des champs électromagnétiques dans des volumes sub-longueur d'onde. Les applications de ces nano-objets concernent des domaines variés tels que les nano-sources de lumière, la photovoltaïque, la microscopie, la spectroscopie... Les propriétés physiques de ces nano-antennes dépendant essentiellement de leur nature, leurs tailles et leurs géométries, la caractérisation expérimentale de ces nano-objets est essentielle car elle permet d'en améliorer fortement le design et d'amplifier les réponses électromagnétiques. La problématique de ce travail de thèse concerne la caractérisation et l'exploitation des propriétés de nano-antennes optiques. Différentes techniques de caractérisation expérimentale de nano-antennes ont été développées au cours de cette thèse: spectroscopie de corrélation de fluorescence, suivi de dynamique temporelle de boîtes quantiques, spectroscopie sous saturation de fluorescence. Ces techniques ont été appliqués pour étudier différents types d'antennes optiques: microsphères diélectriques, nano-ouvertures simples et nano-ouvertures corruguées. Réciproquement, ces nano-antennes optiques ont été utilisées pour améliorer efficacement la détection de molécules fluorescentes en solution, avec des exaltations de fluorescence moléculaire supérieures à un facteur 100 et un contrôle de la directivité d'émission de fluorescence, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités en biophotonique.

du fait de l'explosion actuelle des télécommunications, les opérateurs sont victimes d'une crise de croissance les obligeant à installer toujours plus de relais, à découper les cellules (zone de couverture d'un relais) en micro-cellules dans les grandes villes, afin de faire face à la demande toujours grandissante de communications. Les concepteurs des nouveaux réseaux de transmission sont donc constamment à la recherche d'une utilisation plus efficace des ressources disponibles

Les nanostructures d'or peuvent être utilisées comme antennes optiques : elles se couplent à un émetteur ou récepteur de photons en champ proche et amplifient l'interaction de celui-ci avec le champ lointain. Nous montrons ici comment des dimères de nanoparticules d'or assemblés autour d'un brin d'ADN fonctionnent comme des antennes aux fréquences optiques, alimentées par un émetteur quantique unique. L'électrophorèse permet d'isoler des nanoparticules de 36 nm de diamètre fonctionnalisées par un seul monobrin d'ADN de 30 ou 50 bases et, après hybridation de séquences complémentaires, de dimères de géométries contrôlées. Les fréquences de résonance de ces assemblages indiquent un décalage spectral vers le rouge pour des distances interparticules réduites ; en excellent accord avec des calculs théoriques corrélés à une étude topologique par microscopie électronique cryogénique. En alimentant ces dimères par une unique molécule d'ATTO647N, nous produisons des sources de photons uniques dont les taux d'émission spontanée sont exaltés de deux ordres de grandeur par rapport à des fluorophores isolés. Les taux de désexcitation mesurés sur plusieurs centaines de molécules uniques (isolées et en présence d'une ou deux nanoparticules d'or) coïncident quantitativement avec les exaltations estimées en théorie de Mie. Des mesures d'ensemble par spectroscopie de corrélation de fluorescence indiquent également une exaltation de plus d'un ordre de grandeur des coefficients d'extinction molaire et un gain en signal de fluorescence pour les dimères les plus courts malgré une réduction notable du rendement quantique. En modifiant fondamentalement l'environnement électromagnétique local, ces nanostructures hybrides offrent une nouvelle voie d'ingénierie des propriétés photochimiques de systèmes moléculaires.

En sismique pétrolière, les ondes de surface représentent encore un sujet d'investigation important, le plus souvent pour s'affranchir du fait qu'elles masquent les informations de la profondeur véhiculées par les ondes de volume. D'autre part, les expérimentations à l'échelle du laboratoire restent relativement peu usitées pour des études impliquant un grand nombre de points de mesure. Dans ce contexte, cette thèse a d'abord permis de valider un environnement de laboratoire automatisé, adapté à l'étude des ondes de surfaces, présentant en particulier un mélange " ondes de surface - ondes de volume " comparable à celui rencontré en sismique pétrolière. Dans un deuxième temps, ondes de surface et ondes de volume ont pu être séparées efficacement par traitement d'antennes. Après séparation, il devenait possible de suivre les variations de temps d'arrivées des ondes en présence de modification du milieu en surface et/ou en profondeur comme dans le cas d'une surveillance de réservoir d'hydrocarbure (4D). Une étude 4D complète a donc été réalisée, permettant de suivre non seulement les variations de temps d'arrivées mais également d'amplitude et de directions de départ et d'arrivées des ondes. Une méthode pour compenser les variations de vitesses parasites de la proche surface à été proposée. Cette étude de données laboratoire a été complétée par une étude utilisant des données terrains. En outre, l'adaptation d'algorithme haute résolution a permis de considérer les cas d'ondes se propageant avec des angles très voisins. Enfin, en tirant partie de la haute densité spatiale de points d'acquisitions permise par l'environnement mis en place, une étude comparée de deux dispositifs - l'un théoriquement idéal mais peu réaliste et l'autre économiquement viable sur le terrain mais moins efficace - a permis de s'attaquer au problème des ondes de surface réfléchies sur des diffractants qui perturbent beaucoup les acquisitions actuelles. Une nouvelle solution de filtrage a été proposée pour le deuxième cas.

L'Ultra Large Bande constitue une technologie très prometteuse pour les futures communications sans fil à courte distance : débits très importants et fonctionnalités de localisation. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux antennes ULB et plus particulièrement à leur caractérisation et modélisation. Les propriétés spécifiques des antennes ULB sont soulignées comparativement aux antennes des systèmes à bande étroite. Nous montrons l'intérêt de considérer les antennes ULB comme des systèmes linéaires et invariants et proposons de nouvelles approches pour définir les fonctions de transfert et réponses impulsionnelles associées. Cette caractérisation « système » est alors complétée en lui associant une modélisation paramétrique dans le but de réduire le nombre de données requises mais aussi d'intégrer les modèles d'antennes dans des environnements de simulation variés. Les modélisations proposées s'appuient sur des simulations électromagnétiques et des mesures fréquentielles, et considèrent différents types d'antennes ULB.

Une grande partie des travaux de cette thèse a été guidée par les réflexions mené au sein du groupe de travail " Antennes Réseaux Très Large Bande " du GDR Ondes. Il s'agit de concevoir des antennes réseaux planaires de faible épaisseur (sur plan de masse) très large bande passante. Pour ces travaux la bande de fréquence choisie est celle allouée par la Federal Communications Commission (3.1-10.6GHz). Une première phase de ce travail a consisté à définir le facteur de réseau dans les domaines fréquentiel et temporel. Puis la métrologie particulière pour déterminer les caractéristiques radioélectriques des antennes ULB a été décrite et mise en place grâce à l'installation de deux bancs de mesure : l'un dans le domaine temporel et l'autre dans le domaine fréquentiel. Une antenne planaire originale présentant un diagramme de rayonnement hémisphérique a été conçue. Il s'agit d'une fente rectangulaire dans un plan de masse alimentée par ligne microruban terminée par un stub carré centré dans la largeur de l'ouverture. Une cavité métallique remplie d'air dont les dimensions sont identiques à celles de l'ouverture est soudée du coté du plan de masse. Les performances de l'élément proposé (gain, réponse impulsionnelle, facteur de fidélité, etc...) ont pu alors être mesurées et comparées à celle d'autres éléments. Enfin ce travail a aboutit à la réalisation de deux antennes réseaux planaires à fort gain utilisables dans les systèmes de communication à haut débit et en régime impulsionnel.

Une antenne auto-complémentaire possède des caractéristiques radioélectriques très intéressantes en ce qui concerne l'élargissement de sa bande passante. Basée sur le principe de Babinet, l'auto-complémentarité permet en effet de maximiser la largeur de bande de par la complémentarité air-métal dans la structure de l'antenne. L'objectif de cette thèse est d'étudier quels pouvaient être les apports de l'auto-complémentarité dans le cas d'antennes à fortes contraintes d'intégration telles que celles utilisées pour les terminaux mobiles. Pour tester les limites de notre étude, nous avons choisi d'appliquer nos résultats à l'intégration d'antennes auto-complémentaires dans un objet communicant de type Smartphone multi-standards. Les antennes dites AC doivent par conséquent satisfaire de nombreux critères de performances tout en montrant leur capacité d'intégration. Celle-ci est rendue d'autant plus délicate, que la miniaturisation implique à son tour des phénomènes physiques limitant certaines performances, notamment en basse fréquence avec la nouvelle bande LTE. Dans une première étude, nous avons considéré différentes antennes et opté pour les antennes IFA-AC sur un plan de masse fini afin de couvrir initialement les bandes hautes DCS/PCS/UMTS et WLAN/LTE2600. Dans une seconde étude, nous avons amélioré leurs performances à l'aide d'éléments structurels nouveaux et interdépendants (éléments rayonnants de type double IFA), qui nous ont permis d'obtenir des résultats probants relatifs notamment à la couverture des bandes LTE800 et GSM. Enfin, nous avons complété notre projet en optimisant le lien radio par l'intégration de plusieurs éléments rayonnants AC sur un même PCB.

La RFID est une technologie majeure qui connaît depuis plus d'une dizaine d'années un essor considérable en termes d'applications. Cependant son déploiement à grande échelle reste limité par des plusieurs verrous technique et technologique par lesquels la portée de lecture des tags et leur forte sensibilité à l'environnement de l'application. Le travail engagé dans cette thèse vise le développement des nouvelles antennes lecteurs pour systèmes RFID UHF champ proche. Ce type de système exploite la bande UHF de la RFID en zone de champ proche pour la traçabilité des cibles de taille miniature sur une zone proche du lecteur avec une portée limitée. Les tags se trouvant au delà de cette portée ne doivent pas être détectés par le lecteur. L'objectif dans ce travail est d'apporter des solutions au niveau des antennes lecteurs également celles du tag pour assurer une détection des tags sur une zone confinée de l'espace. Actuellement, moyennant l'utilisation d'un tag sous forme de boucle (1*1 cm²), il est possible de lire ce dernier en contact, c'est à dire dans la zone 0 – 10 cm. Il fallait donc pouvoir assurer une lecture fiable (de type couplage EM) pour une portée s'étendant d'une dizaine de centimètres. Les antennes lecteurs champ proche développés dans ce travail sont en mesure d'assurer une zone de lecture limitée (20 à 35 cm) qui s'étend sur une dizaine de centimètres de côté. / RFID is one of the most popular technologies in this decade. However, its deployment at a high scale is limited by several technical and technological limitations as the read range of tags and their sensitivity to the application's environment. In this thesis we focus on the development of new reader antennas for Near Field UHF RFID systems. This type of system uses the UHF RFID band in near field zone for the traceability of miniature size targets on an area near the reader with a limited zone. Tags being outside this zone should not be detected by the reader .One of the objective of this thesis is to provide solutions in terms of readers and tag antennas to ensure detection tags on a confined area of space. Actually, we can read loop RFID tag (1*1 cm²) in contact (read range 0-10 cm). So we have to be able to ensure a good reading of tag (EM coupling) in a range from few centimeters to meters. Near field reader antenna developed in this thesis work, has a limited range between 20 and 30 cm with a large reading zone.