L’utilisation répétée de la bouillie bordelaise pour la lutte contre le mildiou a entrainé une accumulation de cuivre dans les sols viticoles. Afin d’évaluer l’impact de cette pollution, les capteurs passifs sont fréquemment utilisés pour renseigner sur la biodisponibilité du cuivre et donc sur sa toxicité. Toutefois, au vu de l’ensemble des principes de diffusion qui régissent l’échantillonnage par capteur passif, plusieurs modifications, notamment sur la géométrie, ont pu être apportées et constituent l’objet de cette étude au travers du développement de nouveaux capteurs passifs : les DMG (Diffusive MilliGel). Leur synthèse par un système millifluidique leur confère une géométrie unique, constituée de billes ellipsoïdales de dimension millimétrique. Leurs paramètres physico-chimiques ont été caractérisés. Différents paramètres tels que le temps d’exposition et les méthodes d’analyses ont été optimisés. Les DMG ont été testés au cours d’applications environnementales et leur aptitude à échantillonner la fraction labile du cuivre a été mise en évidence. Une première étude dans des eaux douces a permis de mettre en évidence l’influence de la matière organique sur la fraction retenue par DMG, ainsi que l’aptitude de ce capteur à évaluer la toxicité du cuivre. Pour cela, un organisme modèle, Ceriodaphnia dubia, a été exposé dans les mêmes conditions au cours d’une étude écotoxicologique. La comparaison entre les DMG, les DGT et une méthode par colonne de chelex a mis en évidence les avantages qu’offre ce capteur par rapport aux autres techniques. Enfin, une série d’expériences sur les sols viticoles a révélé les aptitudes des DMG à échantillonner du cuivre dans cette matrice complexe. / Repeated use of copper in Bordeaux mixture to fight against mildew has led to an accumulation of this metal in the vineyard soils. To assess the impact of this pollution, the quantification of this element in the soil is essential and more precisely the quantification of the bioavailable fraction which give an indication of the copper toxicity. For that, the passive samplers appear as reliable and efficient tools. However, due to diffusion principles which control the uptake by passive samplers, an optimization of the geometry seems to be necessary and induced this study through the development of a new passive sampler: the DMG (Diffusive MilliGels). The synthesis by millifluidic process confers a unique geometry; DMG are composed of ellipsoidal beads of around 1 mm diameter. First of all, their physico-chemical parameters were characterized and analytical methods and the exposure time were optimized as well. DMG were then tested for an environmental application and their ability to sample the labile fraction of copper was thus demonstrated. Namely, analysis of freshwater by DMG allowed highlighting the influence of organic matter on the fraction retained by this passive sampler and their ability to evaluate the copper toxicity was confirmed. For that, a living organisms Ceriodaphnia dubia was exposed in the same condition during a comparative ecotoxicological study. Moreover, the comparison between DMG, DGT and a Chelex column method showed the advantages of our developed method particularly for in situ application. Finally, a series of experiments on vineyard soils was performed to reveal the abilities of DMG in copper sampling in this complex matrix.

Ce travail de recherche, réalisé dans le cadre du programme IDAF, est une contribution à l'étude des dépôts des constituants majeurs atmosphériques à la surface de la terre, en Afrique tropicale. Il concerne l'étude des concentrations atmosphériques des gaz azotés (ammoniac, dioxyde d'azote, acide nitrique), du dioxyde de soufre (SO2) et de l'ozone (O3) et leur dépôt sec en Afrique de l'Ouest et Centrale. Les gaz ont été mesurés sur une base mensuelle par la technique des capteurs passifs sur une période de dix ans (1998-2007) dans sept sites IDAF représentatifs d'un transect d'écosystèmes : savanes sèches - savanes humides - forêts. La validation et l'analyse de la base de données décennales des " gaz IDAF " a permis d'établir les niveaux de concentrations caractéristiques de chaque écosystème et d'étudier leurs évolutions moyennes mensuelles, saisonnières, annuelles et interannuelles sur le transect d'écosystèmes. Les flux de dépôt sec ont été estimés par la méthode inférentielle à partir des vitesses de dépôt sec calculées en utilisant le modèle " big-leaf " de Zhang et al. (2003b). Dans le modèle de dépôt, les conditions de surface et météorologiques spécifiques aux sites IDAF ont été adaptées puis validées pour être représentatives de ces sites et ont ainsi permis de simuler les vitesses de dépôt sec représentatives des grands écosystèmes. Les variations moyennes mensuelles, saisonnières et annuelles des flux de dépôt sec des gaz (NO2, HNO3, NH3, O3, et SO2) sont analysées dans l'objectif de réaliser un bilan de dépôt atmosphérique total (sec + humide) d'azote à l'échelle des écosystèmes africains. Le dépôt total d'azote est estimé respectivement à 6-9 kgN.ha-1.an-1, 7-10 kgN.ha-1.an-1 et 13 kgN.ha-1.an-1 en savanes sèches, en savane humides et en forêts, avec une contribution relative du dépôt sec sous forme gazeuse au dépôt total d'azote comprise entre 46 et 71% sur l'ensemble des écosystèmes. Un bilan émission-dépôt des composés azotés oxydés et réduits à l'échelle de chaque écosystème a été réalisé et a montré un flux d'émission totale de même ordre de grandeur que le dépôt moyen annuel d'azote pour les écosystèmes de savanes mais plus faible dans l'écosystème forestier. Enfin une analyse comparative entre les mesures IDAF de dépôt d'azote et, d'une part, le dépôt d'azote simulé par une analyse multi-modèle à l'échelle globale et d'autre part, avec les charges critiques d'eutrophisation existantes dans la littérature a permis une première évaluation de l'impact potentiel du dépôt total d'azote sur les écosystèmes tropicaux africains.

Un nouvel axe de recherche sur les réseaux de capteurs a été initié au LAAS par la réalisation de nouveaux capteurs sans fil passifs utilisant une transduction électromagnétique dans la détection de pression et de gaz. Ces capteurs fortement intégrés ne nécessitent aucune alimentation embarquée et leur fréquence de fonctionnement se situe dans la bande de fréquence Ka (26 à 40 GHz). Cette thèse s'inscrit donc dans la conception et la réalisation d'un lecteur adapté à l'interrogation à distance de capteurs à transduction électromagnétique. Son principe de fonctionnement est basé sur une technologie radar de type FMCW. L'avantage principal de la lecture radar des données issues de ce type de capteurs passifs réside dans la possibilité d'avoir des portées de plusieurs dizaines de mètres, bien supérieures à celles classiquement obtenues dans les technologies SAW ou RFID. Dans une première étape est présenté le principe de fonctionnement du lecteur radar et la réalisation de deux prototypes centrés sur les fréquences de 3GHz et 30GHz. Une étude du spectre de la sortie radar, appelé signal de battement radar, est abordée afin de montrer comment les positions et les mesures des capteurs sont lues à distance par ce type de lecteur. Par la suite, un travail d'analyse de la communication sans fil permet de déterminer les paramètres de rétrodiffusion électromagnétique à prendre en compte, tels que les impédances et les fréquences de fonctionnement des capteurs. Ces paramètres sont la base d'une optimisation du système global en termes de sensibilité, de portée radar et des niveaux minimaux de Surface Equivalente Radar (SER) des cibles interrogées. La validation de cette analyse se borne à la mesure de la portée maximale associée à ce type de lecteur et aux différentes mesures de SER de plusieurs types de capteurs dans les bandes de fréquence de 3GHz et 30GHz. Deux principes d'identification de cellules passives sont ensuite présentés. Le premier est basé sur l'utilisation des deux modes de rétrodiffusion de la SER d'un capteur (mode de structure et mode d'antenne) favorisant dans le même temps l'identification sur un mode et la mesure de la grandeur physique sur l'autre, a distance du lecteur. Le deuxième principe utilise le spectre d'un diffuseur multi-bande dont sa SER reconfigurable permet d'associer l'identification de chaque capteur dans un réseau, à la manière d'un code barre. En conclusion, les résultats obtenus dans cette étude valident le principe d'interrogation à longue distance de réseau de capteurs passifs et ouvrent de nouvelles perspectives sur la conception de nouvelles cellules de mesures pour de nouvelles applications dans les secteurs de l'aéronautique, du nucléaire, et de l'environnement. / A new development on sensor networks has been started by LAAS to implement new wireless sensors using passive electromagnetic transduction in the detection of pressure and gas. These highly integrated sensors require no power and the embedded operating frequency is in the Ka band (26 to 40GHz). This thesis is on the design and the realization of a reader suitable for remote sensing of sensor electromagnetic transduction. Its working principle is based on an FMCW radar technology. The main advantage of this radar when reading passive sensors is the ability to have ranges of several tens of meters, much higher than those obtained with conventional SAW or RFID technology. In the first step, the principle of operation of the reader and also the realization of two prototypes focused on the frequencies of 3GHz and 30GHz are presented. A study of the output radar spectrum, called beat signal radar, is discussed to show how the positions and measurements from the sensors are read remotely by the reader. Afterwards, an analysis of the wireless communication is performed to take into account parameters of electromagnetic backscatter such as the impedance and operating frequency of these sensors. These parameters are the basis of an optimization of the global system in terms of sensitivity radar range and the minimal levels of Radar Cross Section (RCS) of the interrogated targets.The validation of this analysis is limited by the reader's maximum range and by various RCS measurements of several types of sensors in the frequency bands of 3GHz and 30GHz. Two principles of sensor passive identification are then presented. The first is based on the simultaneous use of both modes of the sensor's RCS (structural mode and antenna mode), facilitating the identification by one mode and measuring the physical quantity using the other mode. The second principle uses the spectrum of a multiband scatterer where its reconfigurable RCS can associate the identification of each sensor in a network, such as a barcode. In conclusion, the result obtained in this thesis validate the principle of an interrogating network of passive sensors over a long reading range and consequently open a new way of sensor design for future aerospace, nuclear and environment applications.

L'objectif de cette thèse était de développer un capteur de température passif sans fil à transduction électromagnétique utilisant un couplage électromagnétique - fluide. Le principe de ce type de capteur est basé sur la dilation thermique d'un fluide dans un micro-canal qui modifie les propriétés électromagnétiques d'un dispositif aux fréquences millimétriques. Deux types de capteurs de température qui utilisent la transduction électromagnétique et la micro-fluidique ont été étudiés. Le premier est constitué d'une capacité planaire variable à l'aide d'un fluide diélectrique (eau distillée). La capacité est constituée par des électrodes en cuivre déposées sur un substrat en verre. La variation d'impédance, obtenue lors de la progression du front d'eau dans le micro-canal, permet de modifier l'impédance de charge d'une antenne et module ainsi le niveau de l'écho RADAR. Le second capteur utilise un fluide conducteur (Galinstan) qui court-circuite les deux brins d'une antenne dipôle lorsque le liquide se dilate. La structure utilisée est constituée d'un réseau d'antenne dont les deux brins sont court-circuités progressivement pour des températures différentes. On obtient ainsi une modulation de l'écho RADAR.

Un nouvel axe de recherche sur les réseaux de capteurs a été initié au LAAS par la réalisation de nouveaux capteurs sans fil passifs utilisant une transduction électromagnétique dans la détection de pression et de gaz. Ces capteurs fortement intégrés ne nécessitent aucune alimentation embarquée et leur fréquence de fonctionnement se situe dans la bande de fréquence Ka (26 à 40 GHz). Cette thèse s'inscrit donc dans la conception et la réalisation d'un lecteur adapté à l'interrogation à distance de capteurs à transduction électromagnétique. Son principe de fonctionnement est basé sur une technologie radar de type FMCW. L'avantage principal de la lecture radar des données issues de ce type de capteurs passifs réside dans la possibilité d'avoir des portées de plusieurs dizaines de mètres, bien supérieures à celles classiquement obtenues dans les technologies SAW ou RFID. Dans une première étape est présenté le principe de fonctionnement du lecteur radar et la réalisation de deux prototypes centrés sur les fréquences de 3GHz et 30GHz. Une étude du spectre de la sortie radar, appelé signal de battement radar, est abordée afin de montrer comment les positions et les mesures des capteurs sont lues à distance par ce type de lecteur. Par la suite, un travail d'analyse de la communication sans fil permet de déterminer les paramètres de rétrodiffusion électromagnétique à prendre en compte, tels que les impédances et les fréquences de fonctionnement des capteurs. Ces paramètres sont la base d'une optimisation du système global en termes de sensibilité, de portée radar et des niveaux minimaux de Surface Equivalente Radar (SER) des cibles interrogées. La validation de cette analyse se borne à la mesure de la portée maximale associée à ce type de lecteur et aux différentes mesures de SER de plusieurs types de capteurs dans les bandes de fréquence de 3GHz et 30GHz. Deux principes d'identification de cellules passives sont ensuite présentés. Le premier est basé s ur l'utilisation des deux modes de rétrodiffusion de la SER d'un capteur (mode de structure et mode d'antenne) favorisant dans le même temps l'identification sur un mode et la mesure de la grandeur physique sur l'autre, a distance du lecteur. Le deuxième principe utilise le spectre d'un diffuseur multi-bande dont sa SER reconfigurable permet d'associer l'identification de chaque capteur dans un réseau, à la manière d'un code barre. En conclusion, les résultats obtenus dans cette étude valident le principe d'interrogation à longue distance de réseau de capteurs passifs et ouvrent de nouvelles perspectives sur la conception de nouvelles cellules de mesures pour de nouvelles applications dans les secteurs de l'aéronautique, du nucléaire, et de l'environnement.

L’étude a pour objectif de déterminer la qualité des eaux de surface sous différentes conditions climatiques et pratiques de gestion des eaux de surface. Trois sites ont étés choisis pour: (1) la rivière Jalle de Blanquefort, (2) le lac de Bordeaux, France et (3) la rivière Pasig aux Philippines. Les sites français présentent des collecteurs d'eau qui se déversent directement dans les eaux de surface. La rivière Pasig sert de collecteur d'eaux usées en l’absence de stations de traitement des eaux usées et collectées. Au cours des campagnes de mesure, il a été possible de suivre l’impact de la variabilité climatique (pluviométrie) et d’événements aléatoires sur la qualité chimiques (éléments traces métalliques et polluants organiques) des eaux ; en combinant échantillonnage classique et par capteurs passifs. Les propriétés physico-chimiques de l'eau ainsi que les caractéristiques des particules et l'utilisation d'analyses statistiques permettent de préciser le comportement des molécules détectées et de décrire l’evolution hydrochimique des eaux de surface urbaines et estuariennes vis-à-vis d’aléas climatiques contrastés. / The study aimed to assess the water quality of the surface water in differingclimate conditions and management practices. Three interesting sites were chosen, (1)Jalle River and (2) Bordeaux Lac both in France and the (3) Pasig River in thePhilippines. The French sites have rainfall and run-off collectors that directly dischargewater to the water bodies. Pasig River, on the other hand, becomes a waste collector aswaste management and treatment plant are lacking. Trace metals and organics(pesticides, herbicides, pharmaceuticals and drugs) were measured. Conventional andpassive sampling approches were employed. The mass fluxes were obtained in order tocalculate the pollution transport. Physico-chemical properties and the particlecharacteristics, integrating statistical analyses, facilitated in explaining the behavior of themeasured molecules and describing the hydrological system in relation to climatevariability.