Les capteurs sont des dispositifs ayant montré une utilisation répandue, allant de la détection des molécules en phase gazeuse au suivi de signaux chimiques dans les cellules biologiques. En général, un capteur est réalisé à partir d’un élément actif de détection et d’un signal transducteur produisant un signal de sortie qui peut être électrique, optique, thermique ou magnétique. Les électrodes à base de nanotubes de carbone à simple paroi et les électrodes à base de graphène se sont révélées être un matériau excellent pour le développement des biocapteurs électrochimiques, puisqu’ils montrent des propriétés électroniques remarquables et la capacité de se comporter en tant que nano-électrodes individuelles, un excellent transport de porteur de charge à faible dimension, et permettent de l’électrocatalyse de surface. Le travail présenté vise à la préparation et à l’étude d’électrodes de nanotubes de carbone à simple paroi et d’électrodes de graphène modifiées par voie électrochimique pour des applications dans le domaine des biocapteurs. Nous avons d’abord étudié les films de nanotubes de carbone à simple paroi et nous nous sommes intéressés à leur topographie, à leur composition de surface, et leurs propriétés électriques et optiques. Nous montrons que ces films sont homogènes avec une conductivité d’environ 200-300 Ω/□, et une transparence d’environ 40%. En parallèle aux nanotubes de carbone à simple paroi, des films de graphène ont été étudiés. Des valeurs de résistance plus élevées en comparaison avec les films de nanotubes ont été obtenues. La modification de surface par voie électrochimique des deux types d'électrodes a été étudiée en suivant deux voies, (i) l’électro-greffage de sels d’aryl diazonium, et (ii) l’addition électrophile de 1, 3- benzodithiolilyumtetrafluoroborate (BDYT). Les caractéristiques qualitatives et quantitatives de la surface modifiée des électrodes ont été étudiées, comme le degré de fonctionnalisation et la composition de surface. La combinaison de spectroscopie Raman, et de photoelectrons X- (XPS) de microscopie à force atomique (AFM),d'électrochimie et d’autres techniques, a montré que des précurseurs particuliers peuvent être ancrés de façon covalente à la surface des électrodes de nanotubes etde graphène, grâce à la formation de nouvelles liaisons carbone-carbone. Dans le premier cas (i), leur post-modification par des réactions de « clickchemistry» mène finalement à l’immobilisation sur la surface de l’électrode des groupes fonctionnels souhaités, comme des sondes/shuttles redox (e.g., un groupeferrocenyl) ou des groupements catalytiques (e.g., une enzyme). L'enzyme HRP(horse-radish peroxidase) a été, par exemple, immobilisée sur des surfaces de nanotubes de carbones à simple paroi modifiées par un groupe aryl, et l'étude voltammétrique a montré une réponse catalytique avec l’augmentation de la concentration de peroxyde d’hydrogène en solution, en suivant le « shuttle » redoxhydroquinone/benzoquinone à la surface de l’électrode. Dans le second cas (ii), l’addition électrophile de radicaux BDYT électro-générés a été étudiée pour la première fois sur des électrodes de nanotubes de carbone à simple paroi ou sur les électrodes de graphène. La combinaison de différentes techniques complémentaires a montré l’attachement covalent de BDYT aux électrodes de nanotubes de carbone à paroi simple. Une telle modification mène à la formation de rubans torsadés qui ont pu être observés et analysés par AFM et parmicroscopie électronique à balayage. Aucune preuve de la formation de rubans torsadés n’a pu être mise en évidence pour les électrodes modifiées à base de graphène. / Sensors are devices that have shown wide spread use, from the detection of gas molecules to the tracking of chemical signals in biological cells. In general, a sensor is made of an active sensing element and a signal transducer producing an electrical,optical, thermal or magnetic output signal. Single walled carbon nanotube (SWCNT) and graphene based electrodes have demonstrated to be an excellent material for the development of electrochemical biosensors as they display remarkable electronic properties and the ability to act as individual nanoelectrodes, display an excellent low-dimensional charge carrier transport, and promote surface electrocatalysis. The present work aims at the preparation and investigation of electrochemically modified SWCNT and graphene-based electrodes for applications in the field of biosensors. We initially studied SWCNT films and focused on their topography and surface composition, electrical and optical properties. We show that these films are homogeneous with thickness around 6̴ 0-70 nm, resistance values around 2̴ 00-300Ω/□, and transparency around 4̴ 0%. Parallel to SWCNTs, graphene films were investigated. Higher resistance values were obtained in comparison with nanotubes films.The electrochemical surface modification of both electrodes was investigated following two routes (i) the electrografting of aryl diazonium salts, and (ii) the electrophylic addition of 1, 3-benzodithiolylium tetrafluoroborate (BDYT). Both the qualitative and quantitative characteristics of the modified electrode surfaces were studied such as the degree of functionalization and their surface composition. The combination of Raman, X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, electrochemistry and other techniques, has demonstrated that selected precursors could be covalently anchored to the nanotubes and graphene-based electrode surfaces through novel carbon-carbon formation. In route (i), their post-modification by click-chemistry reactions finally leads to the immobilization at the electrode surface of desired functional groups, such as redoxprobes/shuttles (e.g., a ferrocenyl group) or catalytic moieties (e.g., an enzyme).HRP has been for instance immobilized on SWCNT-aryl-modified surfaces, and its voltammetric study showed catalytic response with the increasing concentration of hydrogen peroxide in solution upon monitoring the redox shuttlehydroquinone/benzoquinone at the electrode surface. In route (ii), the electrophylic addition of electrogenerated BDYT radicals was investigated for the first time at either SWCNT- or graphene-based electrodes. The combination of different techniques has demonstrated the covalent attachment of BDYT to SWCNT-based electrodes. Such modification leads to the formation of twisted ropes observed and analyzed by AFM and scanning electron microscopy. No evidence of twisted ropes formation was instead observed for modified graphene based electrodes.

Planifier un chemin géométrique pour un robot d'une configuration initiale à une configuration initiale est aujourd'hui un problème quasiment résolu moyennant une représentation géométrique de l'environnement statique du robot, une modélisation de la chaîne cinématique du robot et de ses contraintes cinématiques. L'exécution de tels chemins en environnement réel est en revanche un problème qui est loin d'être résolu malgré une littérature fournie sur le sujet. De nombreuses raisons expliquent cette difficulté parmi lesquelles l'inexactitude des modèles d'environnement utilisés et des moyens de localisation. L'objectif de notre travail est de proposer une approche générique de planification de mouvements référencés sur des amers. Le principe de notre approche consiste à associer à une trajectoire géométrique sans collision des couples amers-capteurs qui pendant l'exécution sont utilisés pour asservir localement le mouvement du robot. Cette approche nous permet de produire des mouvements sûrs en donnant plus d'importance aux amers qui ont de bonnes propriétés de localisation ou bien à ceux qui représentent un danger de collision. Des résultats expérimentaux réalisés sur un robot mobile non holonome de type Hilare avec remorque valident notre approche.

La diffusion Brillouin stimulée (DBS) constitue un des effets non-linéaires observés dans les fibres optiques monomodes et est d'une grande importance dans diverses applications. Elle résulte de la diffusion des ondes lasers par interaction avec les ondes acoustiques présentes dans le milieu et se manifeste essentiellement par la génération d'une onde Stokes rétrodiffusée, limitant la puissance maximale d'une onde laser transmise dans une fibre optique et impliquant une sévère contrainte pour les transmissions optiques longue distance. Le décalage fréquentiel de cette onde par rapport à l'onde laser est appelé fréquence Brillouin et est proche de 11 GHz à une longueur d'onde 1550 nm. L'analyse de l'onde Stokes permet également l'étude des effets modifiant les caractéristiques acoustiques, telles que la température et la contrainte. C'est pourquoi la DBS est largement utilisée pour la réalisation de capteurs à fibres optiques. Dans ce présent travail de thèse, une étude générale des propriétés de la DBS dans les fibres est proposée, incluant notamment l'établissement d'une nouvelle expression de la puissance de seuil et une solution approchée aux équations Brillouin traditionnelles. A partir de la technique pompe-sonde utilisant une seule source laser grâce à un modulateur électro-optique et qui consiste en l'introduction artificielle d'une onde Stokes contre-propagative que l'on balaye en fréquence, la courbe de gain Brillouin est analysée pour des températures allant de 1K à la température ambiante. La potentialité unique de capteur Brillouin fibré des très basses températures est démontrée et ce avec une sensibilité inférieure à 1°C. Les résultats en pression hydrostatique montrent pour la première fois une relation parfaitement linéaire avec la fréquence Brillouin, ce qui fait de la DBS un nouvel outil de mesure de la pression dans les fibres optiques.

Le filtrage multiobjet est une technique de résolution du problème de détection et/ou suivi dans un contexte multicible. Cette thèse s'intéresse au filtre PHD (Probability Hypothesis Density), une célèbre approximation du filtre RFS (Random Finite Set) adaptée au cas où les observations sont le fruit d'un seul capteur. La première partie propose une construction rigoureuse du filtre PHD multicapteur exact et son expression simplifiée, sans approximation, grâce à un partitionnement joint de l'espace d'état des cibles et des capteurs. Avec cette nouvelle méthode, la solution exacte du filtre PHD multicapteur peut être propagée dans des scénarios de surveillance simples. La deuxième partie aborde le problème de gestion des capteurs dans le cadre du PHD. A chaque itération, le BET (Balanced Explorer and Tracker) construit une prédiction du PHD multicapteur a posteriori grâce au PIMS (Predicted Ideal Measurement Set) et définit un contrôle multicapteur en respectant quelques critères opérationnels simples adaptés aux missions de surveillance.

Ces dernières années, sont apparues de nombreuses applications, utilisant des données en nombre potentiellement illimité, provenant de façon continue de capteurs distribués afin d'alimenter un serveur central. Les données sont utilisées à des fins de surveillance, de supervision, de déclenchement d'alarmes en temps réel, ou plus généralement à la production de synthèses d'aide à la décision à partir de plusieurs flux. Le volume des données collectées est généralement trop grand pour être entièrement stocké. Les systèmes de gestion de flux de données (SGFD) permettent de gérer facilement, et de façon générique les flux de données : les données sont traitées au fil de l'eau sans les archiver. Toutefois, dans certaines applications, on ne souhaite pas perdre complètement l'ensemble des flux de données afin de pouvoir analyser les données du passé et du présent. Il faut donc prévoir un stockage de l'historique du flux. Nous considérons dans cette thèse, un environnement distribué décrit par une collection de plusieurs capteurs distants qui envoient des flux de données numériques et unidimensionnelles à un serveur central unique. Ce dernier a un espace de stockage limité mais doit calculer des agrégats, comme des sommes ou des moyennes, à partir des données de tout sous-ensemble de capteurs et sur un large horizon temporel. Deux approches sont étudiées pour construire l'historique des flux de données :(1) Echantillonnage spatial en ne considérant qu'un échantillon aléatoire des sources qu'on observe dans le temps ; (2) Echantillonnage temporel en considérant toutes les sources mais en échantillonnant les instants observés de chaque capteur. Nous proposons une méthode générique et optimisée de construction de résumés à partir de flux de données distribués : A partir des flux de données observés à une période de temps t -1, nous déterminons un modèle de collecte de données à appliquer aux capteurs de la période t. Le calcul des agrégats se base sur l'inférence tatistique dans le cas de l'échantillonnage spatial et sur l'interpolation dans le cas de l'échantillonnage temporel. A notre connaissance, il n'existe pas de méthodes d'interpolation qui estiment les erreurs à tout instant et qui prennent en compte le flux de données ou courbe à interpoler et son intégrale. Nous proposons donc deux approches : la première se base sur le passé des courbes pour l'interpolation (approche naive) ; et la seconde utilise à un processus stochastique pour modéliser l'évolution des courbes (approche stochastique).

Les systèmes informatiques ont connu récemment de grandes avancées dans leur conception. D'une part, la démocratisation des réseaux via la croissance exponentielle de l'Internet a permis d'envisager des systèmes à l'échelle mondiale, visant de mettre en commun une multitude de ressources à travers la planète entière. D'autre part, la réduction continue de la taille des équipements informatiques a permis l'apparition de matériels miniatures. Le jumelage de ces deux évolutions est à l'origine de l'apparition des réseaux de capteurs sans fil. Le spectre des applications potentielles de ces réseaux est extrêmement large, que cela soit dans le contexte d'une infrastructure fixe autant que dans l'informatique embarquée. Cette thèse propose un ensemble de contributions pour la gestion de l'information à la fois dans le contexte mobile et statique. Édifiées autour des mêmes propriétés de collaboration et d'autoorganisation, ces propositions sont conçues selon une méthodologie de la théorie vers la pratique. Cette thèse vise ainsi, en premier lieu, une analyse théorique a priori d'une application classique des réseaux de capteurs statiques, à savoir le suivi de trajectoires d'objets mobiles non identifiés. Par la suite, nous étendons le spectre des applications visées en proposant une structure générique à toute mise en oeuvre réelle de réseaux de capteurs statiques. En second lieu, nous considérons une modélisation de la mobilité permettant d'analyser fondamentalement les impacts de celle-ci sur la convergence des protocoles dits de population. Enfin, nous établissons un parallèle entre les travaux menés théoriquement sur les réseaux de capteurs mobiles avec ceux plus pratiques et empiriques proposés dans le cadre des protocoles épidémiques sur réseaux filaires. En démontrant que ces deux domaines portent en réalité sur la même classe de protocoles – et donc de problèmes – nous ouvrons ainsi une voie captivante pour de futures recherches dans chacun de ces deux domaines, par l'utilisation de l'un dans l'autre.

Nous présentons ici un nouveau type de capteurs chimiques dont le principe repose sur la modification des propriétés mécaniques d'une micropoutre recouverte d'une couche sensible. L'adsorption d'espèces chimiques par cette couche modifie sa fréquence de résonance mais également sa courbure. La modélisation analytique des phénomènes physiques mis en jeu a permis l'optimisation de la géométrie des structures. Pour réaliser la mesure de la fréquence de résonance des micropoutres, celles-ci ont été insérées dans un oscillateur à contre-réaction. Les résultats expérimentaux ont mis en évidence la diminution de la fréquence de résonance en fonction de la masse additionnelle lors des dépôts de la couche sensible. Enfin, des détections de vapeur d'éthanol ont été réalisées. Les résultats obtenus ont ensuite été comparés aux modèles analytiques validant ainsi les mises en équation effectuées

Le CETP a une expertise reconnue depuis de nombreuses années dans le domaine des capteurs de champs magnétiques alternatifs en environnement spatial (plasmas naturels et magnétosphère). Ces magnétomètres nommés searchcoils, sont constitués d'un noyau en matériau ferromagnétique sur lequel est bobiné un fil de cuivre. De récentes améliorations ont été apportées aux searchcoils en travaillant sur la forme de leur noyau magnétique : des instruments plus petits et plus légers, à sensibilité égale, ont pu être réalisés pour la mission multisatellite THEMIS par exemple. Par principe, le searchcoil ne permet pas de mesurer les champs magnétiques continus. Dans les expériences spatiales, cette mesure est confiée au magnétomètre fluxgate. Les capteurs de champs magnétiques issus des technologies employées pour la microélectronique (dépôts en couches minces, semi-conducteurs), tels que les capteurs à effet Hall ou les magnétorésistances, n'ont pas des sensibilités comparables à celles des fluuxgates, et ce, à au moins trois ordres de grandeur près ! Le point de départ de notre travail est d'ajoindre au searchcoil un capteur de champ magnétique continu issu de la microélectronique en utilisant le noyau magnétique pour améliorer sa sensibilité et tenter d'atteindre les performances des fluxgates. Ce nouvel instrument aurait pour intérêt de proposer une mesure redondante sur le champ magnétique continu, en utilisant une technologie différente du fluxgate, sans augmentation de l'encombrement puisque le searchcoil est peu modifié par l'introduction du microcapteur.

Thèse doctorat : Mécanique : Villeurbanne, INSA : 1999. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 183-190.

Thèse de doctorat : Productique automatique et informatique industrielle : Lille 1 : 2002. Thèse de doctorat : Productique automatique et informatique industrielle : Ecole centrale de Lille : 2002. / N° d'ordre (Lille) : 3186. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p. 185-188. Index.