Ce travail de thèse porte sur l’étude de la propagation d’ondes de volume et d’ondes de surface dans des cristauxphononiques granulaires en régime linéaire. Différents aspects sont développés dans ce manuscrit. L’effet de la prise encompte des degrés de liberté en rotation des particules sur la structure de bande de différents cristaux phononiquesgranulaires est étudié. En effet, l’introduction de ces degrés de liberté additionnels rend possible l’existence de modes derotation qui interagissent fortement avec les modes transverses. Ce travail s’intéresse aussi à l’existence d’ondeslocalisées et d’ondes de surface dans des cristaux phononiques granulaires et en particulier à la comparaison des théoriesdéveloppées avec les prédictions de la théorie de Cosserat. Dans un premier temps, l’étude d’une chaîne phononique granulaire monoatomique est présentée. En considérant lachaîne semi-infinie avec une condition aux limites appliquée à son extrémité, le modèle analytique démontre l’existence demodes localisés, chaque mode étant composé de deux modes évanescents. Ensuite, une description théorique des modes se propageant dans un cristal phononique granulaire en deux dimensions est présentée. Les particules possèdent trois degrés de liberté, deux en translation et un en rotation. L’analyse des interactions entre ondes de translation et ondes de rotation permet de mettre en évidence une grande richesse de structure de bandes ainsi que des phénomènes particuliers (bandes interdites complètes, cône de Dirac, modes non-monotones, phénomène de double réfraction). Dans un dernier temps, une analyse de l’existence d’ondes de Rayleigh et de cisaillement horizontal dans un cristal phononique granulaire en trois dimensions est effectuée. Les limites de la théorie de Cosserat dans la description d’ondes acoustiques de surface dans les milieux micro- et nano-inhomogènes sont établies. / This work is devoted to the analysis of propagating and surface acoustic waves in granular phononic crystals in thelinear regime. First, the propagation and localization of transversal-rotational waves in a two-dimensional granularchain of equal masses are analyzed. By considering the semi-infinite chain with a boundary condition applied at itsbeginning, the analytical study demonstrates the existence of localized modes, each mode composed of two evanescentmodes. Secondly, the phononic properties of a two-dimensional discrete phononic crystal, made of circular cross-section, infinitely long contacting elastic cylinders arranged on a simple cubic lattice, are described analytically. The theoretical analysis provides a clear physical explanation for the existence of a zero-group velocity point of the lowest-energy acoustic mode in particular directions of the phononic crystal and demonstrates the birefraction phenomenon. Finally, the existence of surfaces elastic waves at mechanically free surface of granular phononic crystals is presented. Depending on the degrees of freedom of the particles, different types of surface waves exist in the structure. First, Rayleigh type surface waves aredemonstrated in a granular phononic crystal with particles possessing two translational and one rotational degrees offreedom; and secondly, shear-horizontal surface waves are studied in a granular phononic crystal with particlespossessing two rotational and one translational degrees of freedom. A comparison with surface waves predicted by theCosserat theories is made in order to establish the limitations of the Cosserat theories.

La télémédecine et plus particulièrement la télémédecine mobile semble représenter l’avenir en termes de soins médicaux. Ce concept nécessite cependant pour sa viabilité, de disposer d’éléments rayonnants miniatures, fortement efficaces, et capables de communiquer sur plusieurs bandes. Ce mémoire présente la méthodologie de conception et l’optimisation d’antennes miniatures intégrées, dédiées à un dispositif spécifique permettant de réaliser une liaison radiofréquence entre un implant médical et le téléphone portable d’un patient. Cependant, la miniaturisation des antennes, éléments clés de ce concept, s’accompagne généralement d’une dégradation de son efficacité et de sa bande passante, ce qui rend délicat leur mise en œuvre sur au moins deux des points essentiels recherchés. La conception de ce type d'antennes nécessite donc une analyse très fine des phénomènes physiques mis en jeu dont notamment la limite théorique en termes de performances que l'on peut atteindre pour une antenne circonscrite à un volume donné. De plus, ces performances radioélectriques sont fortement dépendantes de l'environnement dans lequel est placée l’antenne. Par conséquent, l'influence de chaque partie constituant cet environnement doit être prise en compte lors de l'intégration, ce que nous décrivons également dans ce manuscrit à travers différentes solutions d’éléments rayonnants. / This thesis presents the design and the optimization of miniature antennas integrated in specific devices dedicated to ensure communications between medical implants and a mobile phone in the context of telemedicine applications. However, the miniaturization of antennas necessarily implies a degradation of efficiency and bandwidth, which makes it difficult for implementation. Then, the design of electrically small antennas requires a very good understanding of the physical phenomena such as the theoretical limits of performance in terms of bandwidth and efficiency that can be expected for a radiating element with given dimensions. Furthermore, the performance of an electrically small antenna is also highly dependent on the environment in which it is mounted. Therefore, its interaction with each part of its close environment was highlighted and analyzed.

Pour déployer la quatrième génération de téléphonie 4G/LTE ou « LTE advanced », les opérateurs mobiles sont confrontés à de fortes contraintes : d’une part assurer une bonne couverture géographique mais aussi une excellente qualité de service. Ceci nécessite une ingénierie du réseau qui dépasse largement ce qui a été mis en place pour les réseaux GSM ou 3G. L’industrie des télécoms a créé pour cela le concept de « small cells » ou petites cellules qui viennent en renfort des « macrocells » ou grosses cellules. Cette thèse cherche à apporter une solution à cette problématique à travers notamment le développement d'antennes pour « smart cells ». Cette étude, supportée par le projet FUI NETCOM, doit permettre aux opérateurs d’étendre la couverture et la capacité de leurs réseaux à moindre coût tout en préservant la qualité de service. Pour cela, l’objectif plus précis de cette thèse est de concevoir un système multi-antennaire multistandard MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) dédié à des noeuds relais pour le déploiement de la quatrième génération de téléphonie LTE. Cette conception doit être compatible avec 3 bandes de fréquences du LTE : (700-900 MHz) pour les bandes LTE 700 et LTE 800, (1710-1880 MHz) pour les bandes GSM 1800 / LTE 1800 et la dernière (2500-2690 MHz) pour le LTE 2600. Pour cela, nous avons étudié tout d’abord un système à 4 accès mono-bande, en nous concentrant uniquement sur la bande basse de 700 à 900 MHz. Dans une seconde étude, nous avons cherché à couvrir les deux autres bandes supérieures en nous servant d’éléments parasites pour constituer un système MIMO à 4 accès tri-bande. Nous avons ensuite étudié l’influence de l’environnement proche du système antennaire, avec la présence d’un radiateur métallique. Un problème important et fréquent dans les systèmes multi-antennes étant le couplage, nous avons également étudié et réalisé une technique de découplage. Celle-ci servira à isoler les éléments rayonnants à espacement réduit, conçus pour nos trois bandes LTE. / To deploy the fourth generation called 4G/LTE or "LTE advanced", mobile operators face strong constraints: they must ensure a good geographic coverage but also an excellent quality of service. This requires new methods that go far beyond what has been implemented for GSM or 3G networks. The telecom industry has created the concept of "small cells" that reinforce the "macrocells" deployed by the operators. This thesis tries to provide a solution to this problem and more particularly through the development of antennas for a product called "smart cell". This study, supported by the FUI project NETCOM, should enable mobile operators to extend the coverage and capacity of their networks at a lower cost while maintaining a good quality of service. To do that, the aim of this thesis more particularly is the design of a multi-band multi-antennas MIMO system (Multiple-Input Multiple-Output) dedicated to relay nodes for the deployment of the fourth generation 4G/LTE or "LTE advanced". The antenna design considers the coverage of the three LTE operating frequency bands and must be compatible with them. The (700-900 MHz) frequency band is used for the LTE 700 and LTE 800 bands, (1710-1880 MHz) for the GSM 1800/LTE 1800 bands and the last (2500-2690 MHz) for the LTE 2600 bands. In our first study, a reference system with 4 access was studied in simulation and measured, for only the low band 700-900 MHz. In a second study, we tried to cover the other two higher bands to have a tri-band system using the parasitic elements to get a three-band MIMO system with 4 access. We studied then, the influence of the environment close to the antenna system, with the presence of a metallic radiator. As we often encounter a frequent problem in multi-antenna systems which is the coupling problem between the different access of a multi antenna system, so we have studied and realized a decoupling technique. This technique was used to enhance the isolation between the different access.

Les milieux granulaires sont très étudiés depuis des décennies mais la description de l'ensemble des comportements observés de ces matériaux reste une grande question ouverte. Lorsqu'ils sont soumis à une contrainte suffisamment importante, une caractéristique est de présenter de la localisation de la déformation. L'objectif du travail présenté dans ce mémoire est d'étudier expérimentalement et numériquement la déformation d'un milieu granulaire et de caractériser des comportements observés lors d'un text biaxial. La première partie est consacrée à la réalisation des tests biaxiaux en déformation plane. Pour pouvoir visualiser de très petites déformations, nous utilisons une méthode interférométrique basée sur la diffusion multiple de la lumière. La deuxième partie est dédiée à la modélisation numérique d'un test biaxial en 2D dans des conditions similaires à celles de l'expérience par la méthode des éléments discrets. Enfin, dans la dernière partie, des outils développés pour l'analyse d'images utilisés pour étudier aussi bien les expériences que les simulations numériques sont abordés. L'étude du champ plastique moyen dans les expériences montre que la localisation de la déformation est un processus progressif initié par une bifurcation qui correspond à l'apparition d'une direction bien définie. Cette direction est en accord avec l'angle de Mohr-Coulomb et son apparition a lieu avant la rupture du matériau. L'étude des fluctuations de la plasticité dans les expériences et les simulations numériques semble mettre en évidence une croissance d'une longueur caractéristique. / Granular materials have been studied for decades, but the description of the behaviors observed of these materials is still an open question. They display localization of deformation when submitted to a large enough stress. The objective of this work is to study experimentally and numerically the deformation of a granular material and to characterize observed behaviors in a biaxial text. The first part is devoted to the realization of plane strain biaxial tests. In order to visualize very small deformations, we use an interferometric method based on the multiple light scattering. The second part is devoted to the numerical modeling of a 2D biaxial test under conditions similar to those of the experiment by the discrete element method. Finally, in the last part, tools developed for the analysis of images used to study as well the experiences as the numerical simulations are approached. The study of the average plastic field in the experiments shows that the localization of the deformation is a progressive process initiated by a bifurcation which corresponds to the appearance of a well defined direction. This direction is in agreement with the angle of Mohr-Coulomb and its appearance takes place before the failure of the material. The study of the fluctuations of the plasticity in the experiments and the numerical simulations seems to show an increase of a characteristic length.

Cette thèse présente des résultats nouveaux dans deux sujets de la physique statistique du désordre: les modèles aux energies aléatoires logarithmiquement corrélées (logREMs), et la transition de localisation dans les matrices aléatoires à longues portées.Dans la première partie consacrée aux logREMs, nous montrons comment décrire leurs points communs et les données spécifiques aux modèles particuliers. Ensuite nous appliquons la méthode de la brisure de symétrie des répliques pour les étudier en general, et en déduirons la transition vitreuse et le processus des minima, en termes de processus de Poisson décorés. Nous présentons également une série d'application des polynômes de Jack à la prédiction exactes des observables dans le modèle circulaire et ses variants. Finalement, nous décrivons les progrès récents sur la connexion exacte entre les logREMs et la théorie conforme de Liouville.La seconde partie a pour but d'introduire une nouvelle classe de matrices aléatoires à bandes, dite la classe des distributions larges; elle ressemble essentiellement aux matrices creuses. Nous étudions d'abord un modèle particulier de la classe, les matrices aléatoires Bêta, qui sont inspirées par une correspondence exacte à un modèle statistique récemment étudié, celui de la dynamique épidémique. A l'aide des arguments analytiques appuyés sur la correspondence et des simulations numériques, nous montrons l'existence des transitions de localisation avec des valeurs propres critiques dans le régime des paramètres dit d'exponentielle étirée. Ensuite, en utilisant une approche de renormalisation et de diagonalisation par blocs, nous soutenons que les transitions de localisation sont en général présentes dans la class des distributions larges. / This thesis presents original results in two domains of disordered statistical physics: logarithmic correlated Random Energy Models (logREMs), and localization transition in long-range random matrices.In the first part devoted to logREMs, we show how to characterise their common properties and model--specific data. Then we develop their replica symmetry breaking treatment, which leads to the freezing scenario of their free energy distribution and the general description of their minima process, in terms of decorated Poisson point process. We also report a series of new applications of the Jack polynomials in the exact predictions of some observables in the circular model and its variants. Finally, we present the recent progress on the exact connection between logREMs and the Liouville conformal field theory.The goal of the second part is to introduce and study a new class of banded random matrices, the broadly distributed class, which is characterid an effective sparseness. We will first study a specific model of the class, the Beta Banded random matrices, inspired by an exact mapping to a recently studied statistical model of long--range first--passage percolation/epidemics dynamics. Using analytical arguments based on the mapping and numerics, we show the existence of localisation transitions with mobility edges in the ``stretch--exponential'' parameter--regime of the statistical models. Then, using a block--diagonalization renormalization approach, we argue that such localization transitions occur generically in the broadly distributed class.

À travers une séries d'études de cas éclairées par l'apport de l'éthologie, l'histoire de l'art, la psychologie cognitive et les neurosciences, cette thèse tente de répondre au paradoxe apparent du cinéma d'animation qui rend les personnages stylisés et caricaturaux sont plus à même de faire oublier leurs artificialité que les personnages visant au plus grand réalisme. / Through a series of case studies, supported by reasearch in art history, ethology, cognitive psychology and neuroscience, this dissertation aims at explaining the strange animated film paradox that makes stylised and caricatural characters more efficient than characters tending towards strong realism at overcoming their artificialit / Doctorat en Information et communication / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Afin de pouvoir utiliser les nouveaux matériaux semi-conducteurs dans les domaines de l’électronique et de l’optique, il faut parvenir à comprendre leur «structure électronique», ou plus précisément le positionnement des niveaux d’énergie des électrons impliqués dans l’absorption / émission d’un photon. Les propriétés électroniques, sensibles à la composition chimique et à la structure du matériau, sont théoriquement accessibles en résolvant les équations de la mécanique quantique sur ordinateur. Ce travail porte sur des simulations théoriques de la structure électronique de semi-conducteurs binaires constitués d'indium (ou du gallium) et de sélénium, ainsi que de leurs "dérivés" à base de cuivre. La stabilité relative des phases cristallographiques de certains composés In-Se et Ga-Se a été évaluée, ce qui a permis d’expliquer certaines tendances connues et de formuler des prédictions. Les résultats obtenus seront particulièrement utiles dans le domaine du photovoltaïque. Les simulations numériques ont été réalisées dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), visant les structures cristallines d'équilibre et les propriétés électroniques de quelques semi-conducteurs binaires ou (pseudo)ternaires à base de Cu, In, Ga et Se. Les systèmes étudiés possèdent la même structure à courte portée (environnement tétraédrique des cations et anions) mais diffèrent à longue portée. Les composés binaires (Ga/In)Se, (Ga/In)2Se3 constituent des références importantes dans les diagrammes de phases des systèmes à base de (Cu, In, Se) et (Cu, Ga, Se), au sein desquels figurent les phases potentiellement utiles dans le domaine du photovoltaïque. Le travail comprend deux chapitres d'introduction et trois chapitres exposant des résultats nouveaux / In order to optimally use new semiconductor materials in electronics or optics, one needs to understand their “electronic structure”, that is, the mutual placement of the electron energy levels concerned by the processes of absorption / emission of a photon. The electronic properties, which depend on the material’s chemical composition and crystal structure, may be assessed by theory via solving quantum-mechanical equations on a computer. The present work deals with theory simulations of electronic structure done for several binary semiconductors consisting of indium (or gallium) and selenium, moreover for their “derivatives” containing copper. As a result, the relative stability of crystallographic phases of some Ga-Se and In-Se compounds has been assessed, explaining the known trends and making predictions. The results are expected to be useful for current works in photovoltaics. The numerical simulations have been performed within the density functional theory (DFT), aimed at the equilibrium crystal structures and electronic characteristics of several binary or (pseudo)ternary semiconductors based on Cu, In, Ga and Se. The compounds under study share similar short-range order features (tetrahedral environment of both cations and anions), differently assembled on a long-range scale. The binary compounds (Ga/In)Se, (Ga/In)2Se3 mark important end points at the phase diagrams of the (Cu,In,Se) and (Cu,Ga,Se) systems that cover a number of phases relevant, e.g., for applications in photovoltaics. The work comprises two chapters of introduction and three outlining novel results

L’évaluation classique de la posture rachidienne chez les patients porteurs d’une scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) se fait habituellement dans une position contrainte et statique en radiographie standard. Les conséquences sur la fonction rachidienne dynamique de ces déformations sont mal connues. Par ailleurs, les changements de la posture rachidienne au cours de la croissance et avec l’acquisition d’une marche stable n’ont encore jamais été explorés. L’analyse quantifiée du mouvement (AQM) d’une cohorte d’enfants sains a permis de mettre en évidence des modifications de la posture rachidienne dynamique au cours de la croissance, avec une augmentation de la gîte du tronc vers l’avant. Ces modifications s’accompagnaient de modifications anatomiques, en particulier au niveau des facettes articulaires cervicales. En AQM, les patients porteurs d’une SIA avaient des modifications du schéma de marche avec un décalage de phase à la marche entre la rotation des épaules et du bassin chez les patients scoliotiques. Il n’y avait pas de différence dans le schéma de marche entre les patients ayant une courbure thoracique droite et ceux ayant une courbure lombaire gauche. L’analyse de ces patients à 11 mois postopératoire a montré une restauration de certains paramètres grâce à la fusion vertébrale. Notamment, l’arthrodèse rachidienne postérieure de la courbure scoliotique a pour effet de faire disparaître le décalage de phase dans le plan transversal. L’AQM permet de mettre en évidence des modifications de la posture rachidienne chez ces patients et apparait comme un outil d’évaluation fondamental, qui pourrait nous permettre de mieux évaluer les traitements de la SIA. / In adolescent idiopathic scoliosis (AIS) patients, spinal posture is usually assessed in a constraint position with radiographic evaluation. However, the consequences of spinal deformity in these patients on the daily functioning of the spine remains unclear. On the other hand, spinal posture changes with normal growth and mature gait achievement have never been explored.A gait analysis was performed on a cohort of healthy children and highlighted changes in dynamic spinal posture with growth, showing that the trunk was increasingly leaning forward with mature gait achievement. These modifications were associated with anatomical changes, especially in the cervical spine.Changes in gait pattern were also observed in AIS patients thanks to gait analysis. In particular, there was a modification of upper trunk and pelvic rotation during gait. There was no difference in gait pattern according to major curve location. Eleven month postoperatively, our results showed that spinal fusion allowed restoration of a normal gait pattern, especially in the transversal plane.Gait analysis was able to highlight changes in dynamic spinal posture that occur in AIS patients, and thus appears as a major tool for spinal posture assessment in these patients. It could help us to improve the evaluation of the treatments that are proposed for spinal deformity correction.

Face à la demande croissante de débits de données de plus en plus élevées, l’une des principales solutions proposées par la 5G est de densifier le réseau en y intégrant notamment de nouvelles « Small cells ». La réorganisation de l’architecture du réseau mobile pour s’adapter à l’intégration poussée de ces Small cells, fait naître la problématique de la connexion backhaul entre les stations de bases desservant les Small cells et le cœur de réseau. Ainsi, des liaisons backhaul de plusieurs Gb/s de données sont nécessaires pour pouvoir assurer un débit de données d’au moins 100Mb/s à l’utilisateur qui est l’un des objectifs fixés pour la 5G. Les solutions de connexion backhaul sans fils ont un avantage indiscutable face aux coûts de déploiements de fibres optiques qui sont très élevés. Pour augmenter la capacité spectrale des liaisons sans fils, l’utilisation des fréquences millimétriques au-delà de 6 GHz caractérisées par des larges bandes passantes sera prochainement discutée pour la 5G durant le World Radiocommunication Conference 2019. Parmi ces fréquences, les bandes V (57-66GHz) et E (71-76 GHz et 81-86 GHz) ont un intérêt indéniable grâce aux larges bandes passantes disponibles ainsi qu’aux conditions de licenciement peu exigeantes. Les travaux développés dans cette thèse consistent à concevoir des antennes directives à large bande passante permettant d’établir les liens backhaul point-à-point sans fils (LoS). En exploitant les technologies de fabrications à faibles coût telles que l’impression 3D et Printed Circuit Board (PCB) sur des substrats FR4, la conception de deux types d’antenne directives a été étudiée à savoir des antennes lentilles et des antennes réseaux. / In order to address the ever-increasing demand of higher data rates, adding small cells to the existing macrocells infrastructure is one of the most important milestones of the 5G roadmap. With the integration of small cells and the re-organization of the network topology, backhaul bottleneck is the main challenge to address in the near future. Facing the costs of deployments of fiber optic connections, point-to-point wireless backhaul links using millimeter wave (mmW) frequencies are gaining prominence. 5G future frequencies, to be discussed under the World Radiocommunication Conference 2019 (WRC-19) open-up the way towards mmW frequency band where large bandwidths are naturally available. The high bandwidths available at these frequencies enable several Gbps data rate backhaul links, which is un utmost necessity to respect the 100 Mbps user-experienced data rate promised by the 5G standard. Millimeter-wave frequencies in V and E-bands unlicensed/light licensed spectrum are considered as primary candidates for backhaul links. In addition to the light license regime, the high free space path loss experienced at these frequencies is rather beneficial to limit the interference between small cells links. Moreover, the high available bandwidths at V and E-bands enable to achieve multi Gb/s links without using complex modulation schemes. In this thesis, we focused our research study on developing high gain wide-band antennas usable in point-to-point backhaul links in a Line of Sight (LoS) context. Leveraging cost-efficient technologies like 3D printing and Printed Circuit Board (PCB) on FR4 substrates, we studied two high-gain antenna types: lens antennas and flat array antennas.

Les dispositifs optoélectroniques sont importants pour nombreuses applications de la vie de tous les jours : ordinateurs, téléphones, les objets connectés en général. La gamme spectrale du THz (0.1-10 THz) reste cependant un domaine industriellement peu exploité en raison de problèmes intrinsèques à la génération et détection des photons THz.De nombreuses applications relèvent pourtant du THz, dans les domaines médicaux par exemple, pour la détection des gaz à l’état de trace, ou bien pour l’imagerie d’objets opaques dans le visible.Cette thèse se focalise sur les photodétecteurs à puits quantiques (QWIPs) et les lasers à cascade quantique (QCLs) fonctionnant dans la gamme du THz dans le but de développer des dispositifs compacts, rapides et sensibles (mais fonctionnant à températures cryogéniques). Nous avons utilisé des résonateurs à anneau fendu, inspirés des travaux sur les métamatériaux, pour concevoir et développer des détecteurs sub-longueur d’onde accordables en fréquence dans la gamme spectrale du térahertz grâce à une inductance externe. En ce qui concerne les émetteurs, cette thèse étudie les micro-lasers THz qui utilisent des résonateurs de type microdisques, avec pour but de concevoir et fabriquer des lasers fonctionnant sur le mode électromagnétique fondamental. Les futures perspectives de ce travail concernent la réalisation d’un laser entièrement sub-longueur d’onde et rapide dans la gamme spectrale du THz. / Optoelectronic devices are crucial for many applications in everyday life: computers, smartphones, connected objects in general.The THz range (0.1-10 THz) still remains industrially unexploited because of the intrinsic difficulties to produce or generate THz photons. However, many applications exist for THz radiation : in the medical field for example, for the sensitive detection of gases, or for the imaging of concealed objects in the visible range.This thesis focuses on quantum well photodetectors (QWIPs) and quantum cascade lasers (QCLs) operating in the THz range in order to develop compact, fast and sensitive devices (but operating at cryogenic temperatures).We used Split Ring Resonators (SRR), inspired by metamaterial research, in order to design and develop subwavelength tunable THz detectors with an external inductance.Concerning lasers, this thesis studies THz micro-lasers using microdisk resonators with the aim of designing and manufacturing lasers operating on the fundamental electromagnetic mode (dipolar mode). The future perspective of this work is to build an entirely sub-wavelength and fast laser in the THz spectral range.