Dans les domaines industriels et en particulier celui du transport, le nombre et la puissance des équipements électriques et électroniques embarqués est en constante augmentation. L'alimentation des équipements électriques et la commande de ces actionneurs nécessitent l'utilisation de convertisseurs d'électronique de puissance à découpage dont la nature perturbatrice n'est plus à démontrer. Afin de prendre en compte la CEM dès la phase de conception d'un produit, les constructeurs doivent disposer d'outils dédiés à la CEM ou à défaut de règles ou techniques de conception spécifiques. C'est dans l'optique de répondre à ces besoins que se sont orientés ces travaux de thèse.La première partie des travaux traite de la modélisation des perturbations conduites des organes de puissance d'une chaîne de traction : un ensemble convertisseur / machine synchrone à rotor bobiné. Cette étude a conduit à un modèle CEM générique d'une structure non isolée quelconque d'électronique de puissance. La deuxième partie a permis de développer une nouvelle méthode de calcul qui ouvre de réelles perspectives quant à la réduction des temps de calcul. Par l'observation et l'étude de signaux sur différents horizons temporels, une technique de reconstitution des perturbations de mode commun par convolution a été proposée. Une troisième partie, consiste à synthétiser les sources de perturbations grâce à l'élaboration de fonctions de transfert décrivant le comportement haute fréquence d'une cellule de commutation. Cette approche immédiatement exploitable en simulation numérique se distingue dans la mesure où elle permet de s'affranchir des non linéarités intrinsèques des composants semi-conducteurs.

L'objectif de cette thèse est l'optimisation du rendement des chaînes de conversion photovoltaïques (PV). Différentes améliorations de l'architecture électriques et de ses algorithmes de commande ont été développées afin d'obtenir un haut rendement de conversion sur une grande plage de puissance d'entrée. Ces travaux portent également sur l'allongement de la durée de vie de l'étage de conversion électrique. Les avantages et les inconvénients d'un système composé de convertisseurs connectés en parallèle ont été montrés notamment à travers une analyse de pertes. Ces études ont permis la conception d'une nouvelle architecture constituée par des convertisseurs parallélisés. Cette dernière est appelée "Convertisseur Multi-Phase Adaptative" (MPAC). Sa singularité réside dans ses algorithmes de commande qui adaptent les phases actives selon la production de puissance en temps réel et recherchent la configuration la plus efficiente à chaque instant. De cette façon, le MPAC garantit un haut rendement de conversion sur toute la plage de puissance de fonctionnement. Une autre loi de commande permet quant à elle d'uniformiser le temps de fonctionnement de chaque phase par l'implémentation d'un algorithme de rotation de phase. Ainsi, le stress des composants de ces phases est maintenu homogène, assurant un vieillissement homogène pour chacune des phases. Etant donné alors le faible stress appliqué sur chaque composant, la structure MPAC présente une durée de vie plus importante. Les améliorations de l'étage de conversion de puissance ont pu montrer par la réalisation d'un prototype expérimental et par la réalisation de tests expérimentaux la validation globale du système. Pour finir, des tests comparatifs entre une chaîne de conversion PV classique et notre système ont montré une amélioration significative du rendement de conversion.

Issus de l'industrie de la microélectronique, les MEMS envahissent progressivement le marché avec des applications dans de nombreux domaines tels que l'aérospatiale, la médecine, l'industrie ou encore le grand public. Une des vocations de ces microstructures est de permettre le déploiement de réseaux de capteurs autonomes. Grâce à la miniaturisation, les systèmes deviennent de moins en moins consommateurs d'énergie et ceci permet de concevoir de nouvelles sources d'énergie basées sur la récupération de l'énergie ambiante (soleil, gradients de température,…). Il est par exemple possible de récupérer l'énergie des vibrations ambiantes à l'aide de systèmes piézoélectriques, électromagnétiques ou encore électrostatiques. Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons sur l'étude de structures électrostatiques utilisant les électrets (diélectriques chargés électriquement). / Developed from the microelectronics industry, MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) gradually invade the market with applications in many fields such as aerospace, medicine, industry or the general public. One of the purposes of these microstructures is to allow the deployment of autonomous sensor networks, that is to say a set of structures that can collect information from their environment, process, transmit and interact between them, without any human intervention. How to power these autonomous Microsystems? Use batteries… Unfortunately, the major flaw of batteries is their lifetimes, since it will be necessary to replace or to refill them after some months or some years. Actually, thanks to miniaturization, microsystems consume less and less energy, giving them the opportunity to harvest energy from their surrounding environment (sunlight, temperature gradients…). It is also possible to harvest energy directly from ambient vibration using piezoelectric, electromagnetic or electrostatic devices. In this mid-thesis work, we focus on the study of electrostatic structures using electret (electrically charged dielectrics). From the study of electrets to the fabrication and the optimization of electrostatic energy harvesters, we expose in this report, the results we obtained during this thesis.

L’état de l’art aujourd’hui dans la CEM en électronique de puissance permet d’avoir une certaine connaissance des émissions conduites générées par un convertisseur statique sur un réseau fictif normalisé. L’objectif est maintenant de progresser vers la prise en compte de plusieurs convertisseurs connectés sur un réseau complexe de type « réseau de bord ». Dans le cadre du projet PEPS CEM intégré au projet plus vaste O2M, cette thèse propose une méthodologie d’analyse permettant de connaître les perturbations CEM conduites avec précision sur un réseau complexe connecté à de multiples convertisseurs. Une approche théorique sur l’idée originale de ces modèle CEM « système » a été développé sous forme d’un modèle type boîte noire prenant en compte l’ensemble du convertisseur avec sa charge et validé par des simulations complexes et l’expérimentation prenant en compte plusieurs convertisseurs statiques connectés sur le même réseau. / Today, the state of the art in EMC in power electronics allows to have some knowledge on conducted emissions generated by a converter on a Line Impedance Stabilization Network. Now, the new challenge is to include several converters connected in an embedded network. This PHD has been funded trhough the PEPS CEM sub-project, part of O2M project. It proposes a method to obtain the EMC interferences on a complex network including several converters. Based on the original idea of a “system” type EMC model, we came up with a theoretical approach based on a “Black Box” model. This model, including the converter load, has been validated through complex simulations as well as experimentations taking in account several static converters connected to the same network.

La tomographie d’émission par positrons est une technique d’imagerie médicale importante dans les domaines clinique et préclinique. Elle permet de diagnostiquer des cancers, des maladies cardiovasculaires ou encore des maladies neurodégénératives. Dans le domaine préclinique, la TEP permet de mener des recherches de pointe pour mieux comprendre les métabolismes au niveau moléculaire afin de développer des thérapies ciblées qui seront utilisées dans la médecine de demain. C’est pourquoi, depuis plus de quinze ans, le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS) et le Centre d’Imagerie Moléculaire de Sherbrooke (CIMS) collaborent pour concevoir des scanners TEP permettant d’obtenir des images avec un contraste et une résolution inégalée. Pour obtenir ces images, les paramètres des scanners doivent être optimisés de manière minutieuse. L’un des paramètres les plus importants en TEP est la mesure temporelle pour minimiser les coïncidences fortuites et ainsi améliorer le rapport signal sur bruit de l’image. La mesure temporelle peut être entachée d’une part, de bruit statistique provenant de différentes sources comme le bruit thermique, le bruit d’amplification, la pente du signal au point de discrimination et d’autre part, les variations systémiques qui peuvent être corrigées par un traitement approprié de l’information. Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la conception d’une nouvelle méthode embarquée et automatisée faisant appel à une sonde d’alignement temporel pour effectuer cet alignement et corriger la dispersion temporelle systémique dans le scanner. Cette méthode a été testée sur le scanner LabPET II, la dernière génération de scanner développé au GRAMS et a permis une amélioration de la mesure temporelle de 47%.

L'imagerie moléculaire est un domaine permettant d'observer et d'analyser in vivo le fonctionnement cellulaire et tissulaire. Elle permet une meilleure compréhension des bioprocessus et par ricochet, le diagnostic, le traitement et le suivi de plusieurs maladies telles que les maladies neurologiques, cardiovasculaires ou les tumeurs cancéreuses. Le LabPET[indice supérieurTM] II, un scanner d'imagerie médicale TEP en développement au sein du Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS), vise à atteindre une résolution spatiale submillimétrique. Ceci demande une densité de détecteurs de l'ordre de 37 000, répartis sur un anneau de 15 cm de diamètre par 12 cm de longueur axiale. Le but ultime est de pouvoir jumeler la tomodensitométrie (TDM) durant la même séance, et de combiner ainsi les informations métaboliques et les informations anatomiques tout en assurant une réduction par un facteur 1,5 à 5 la dose de rayon X par rapport aux doses actuelles en TDM. Ce défi est réparti sur plusieurs axes, parmi lesquels se trouve la chaîne de détection frontale analogique. Un circuit intégré (ASIC) a été développé pour atteindre les performances attendues en TEP et initier des travaux en TDM par comptage de photons individuels. La conception se base sur l'approche de mesures au-dessus d'un seuil (Time Over Threshold (TOT)). Ce choix impose un soin particulier au niveau de l'extraction de l'information temporelle des événements détectés. Ainsi, un convertisseur temps numérique a été conçu à partir d'une boucle à verrouillage de délai (DLL). Le convertisseur comporte deux composantes dont un compteur grossier synchronisé sur l'horloge de référence de 100 MHz (10 ns) et un autre compteur d'une résolution de 312.5 ps.

Le Groupe de recherche en appareillage médical de Sherbrooke possède une expertise unique dans la conception de scanners à tomographie d’émission par positrons. Le fonctionnement de la tomographie d’émission par positrons repose sur la détection de photons d’annihilation colinéaires par un agencement de cristaux scintillateurs, photodétecteurs, convertisseurs temps-numérique et électronique de traitement. Une partie du groupe de recherche s’oriente vers l’utilisation des matrices de photodiodes à avalanches opérées en mode Geiger, afin d’obtenir une meilleure résolution temporelle du système et un seuil de détection plus faible que les générations précédentes,ce qui permet de détecter les premiers photons émis par le cristal scintillateur. Le convertisseur temps-numérique (TDC) développé se veut un bloc polyvalent et réutilisable mesurant des intervalles de temps avec grande précision. Son développement cible des applications de détection monophotoniques avec estampilles temporelles comme la tomographie optique dffuse, les caméras 3D ou la tomographie d’émission par positrons. Il s’intègre ici dans un circuit intégré en CMOS 130 nm assemblé verticalement avec plusieurs gaufres et dédié à la détection en tomographie d’émission par positron. La méthodologie de conception du convertisseur temps-numérique s’inspire d’une approche en signaux mixtes avec suprématie du numérique. En simulation, le TDC développé arbore une résolution de 14,5 ps, une non-linéarité différentielle de 1 bits de poids faible, une non-linéarité intégrale de 2,2 bits de poids faible, une fréquence de conversion de 11,1 millions d’échantillons par seconde, une plage dynamique de 5 ns, une puissance moyenne consommée en moyenne de 4,5 mW et une taille de 0,029 mm². Un mécanisme pour améliorer la résolution du TDC a été intégré dans un exemplaire du TDC. Son utilisation a permis d’obtenir une résolution de 12,6 ps sur un exemplaire du circuit fabriqué. Ces travaux ont permis d’explorer l’architecture en oscillateur vernier avec anneaux et d’en faire ressortir plus clairement les avantages, les inconvénients et les écueils à surveiller lors de la conception.

Dans le présent travail, après un résumé de l'état de l'art, une nouvelle interpolation temporelle des images avec réduction de halo est proposée. D'abord, pour la télévision de définition standard, une estimation de mouvement dont la résolution est le pixel, est suggérée. L'estimation se fait par l'appariement des blocs, et est suivie par un raffinement basé pixel en considérant des vecteurs de mouvement environnant. La réduction de halo se faisant à l'aide d'une fenêtre glissante de forme adaptative ne recourt pas à une détection explicite des régions d'occlusion. Ensuite, pour la télévision à haute définition, dans le but de réduire la complexité, l'estimation de mouvement de résolution pixel ainsi que la réduction de halo sont généralisées dans le contexte d'une décomposition hiérarchique. L'interpolation finale proposée est générique et est fonction à la fois de la position de l'image et de la fiabilité de l'estimation. Plusieurs . post-traitements pour améliorer la qualité de l'image sont aussi suggérés. L'algorithme proposé intégré dans un ASIC selon la technologie de circuit intégré contemporain fonctionne en temps réel.

Les Convertisseurs Analogique-Numérique (CAN) à Bancs de Filtres Hybrides (BFH) sont de bons candidats pour répondre aux exigences des futurs systèmes de communication devant être versatile, intelligent et à large-bande. Cependant, les BFH montrent une grande sensibilité aux non-idéalités analogiques du banc d'analyse, de sorte que les CAN à BFH classiques ne seraient pas pratiquement utilisables à moins que ces erreurs ne soient corrigées. Les efforts, dans cette thèse, ont porté sur l'étude de ce problème afin de proposer des pistes de solutions. A cet égard, la conception des BFH est, d'abord, décrite sous la forme de matrice. Puis, en utilisant des circuits analogiques simplement réalisables ainsi que des Filtres numériques à Réponse Impulsionnelle Finie (RIF), les BFH sont conçus pour la conversion A/N. Selon la simulation des CAN à BFH, nous montrons que la sensibilité de ceux-ci aux erreurs analogiques est très élevée puisque la matrice d'analyse associée est mal-conditionnée, surtout dans le cas oµu le suréchantillonnage est utilisé. Pour estimer numériquement les imperfections des circuits analogiques, nous proposons l'utilisation de méthodes d'estimation aveugle, basées sur des statistiques de seconde-ordre ou d'ordre supérieur. Cependant, ces techniques semblent ne pas être applicables aux BFH classiques en raison du sous- échantillonnage inclus µa chaque branche du CAN à BFH. Ainsi, pour exploiter les techniques numériques pour la correction des imperfections analogiques des Filtres d'analyse, nous proposons de nouvelles structures µa Entrée-sortie Multiple (ESM). Dans ces structures, il n'existe plus aucune opération de sous-échantillonnage entre les entrée-sortie associées. Les simulations prouvent que les BFH µa ESM (à sous-bande et à multiplexage temporel) mènent non seulement à une meilleure résolution mais aussi µa une sensibilité moins élevée par rapport aux BFH classique. En conclusion, en utilisant les BFH à ESM, les méthodes aveugles telles que la déconvolution ou l'annulation du bruit peuvent être employées afin de réduire encore la sensibilité aux non-idéalités analogiques.

Le courant d'alimentation d'une carte à puce présente des corrélations significatives avec les données traitées par son microcontrôleur. Les techniques de cryptanalyse dites « par analyse en courant » exploitent ces corrélations pour déterminer les clés secrètes des cryptosystèmes embarqués. Cette étude traite de la conception d'un système d'alimentation sur puce destiné à protéger les microcontrôleurs encartables contre les attaques par analyse en courant. Le nouveau système proposé permet de réguler la tension d'alimentation interne du microcontrôleur à partir de la tension d'alimentation externe fournie par le lecteur, tout en décorrélant le courant d'alimentation externe du courant d'alimentation interne. Sa surface et son rendement respectent les contraintes imposées par le support. De plus, son architecture inclut un nouveau générateur d'horloge aléatoire basé, entre autres, sur un attracteur chaotique de type « double-scroll ». Le système a été simulé avec Eldo et les paramètres MM9 d'un procédé CMOS 0.18 µm standard de la société STMicroelectronics; les résultats des simulations témoignent de son efficacité. Par ailleurs, l'oscillateur chaotique a été fabriqué suivant le procédé CMOS 0.35 µm 2P/4M du fondeur AMS; les mesures expérimentales confirment les résultats théoriques.