L'insomnie peut être considérée comme un trouble cérébral, à l'éveil comme pendant le sommeil. La neurobiologie soutient l'idée que l'insomnie présente des biomarqueurs compatibles avec le phénomène d'hyperactivation corticale. Au cours d'une première étude (article #1), il a d'ailleurs été démontré que le réseau fronto-pariétal des individus souffrant d'insomnie présente une diminution de sa connectivité pendant le sommeil paradoxal, en particulier dans les bandes de basse fréquence. Cette baisse de connectivité (ou hausse d'asymétrie) est associée à des symptômes cliniques tels que la sévérité de l'insomnie et la dépression. En passant en revue les études pertinentes dans le domaine de la neuromodulation et l'insomnie au cours d'une deuxième étude (article #2), le constat le plus notable est qu'il existe peu d'études ciblant spécifiquement l'insomnie, et que parmi celles-ci, une grande hétérogénéité peut être observée au sein des protocoles de recherche quant aux résultats obtenus. De surcroît, en raison de sa possible efficacité face au sommeil dans l'insomnie, la stimulation transcrânienne à courant continu (tDCS) parait être une modalité de traitement prometteuse. Dans la troisième étude (article #3), six individus souffrant d'insomnie ont reçu de la tDCS (active, active-contrôle ou placébo) aux régions fronto-pariétales. Bien que l'utilisation de ce protocole démontre peu d'efficacité vis-à-vis la modulation de l'activité cérébrale de la nuit subséquente, la tDCS contribuerait à diminuer la proportion du sommeil paradoxal, augmenter la mésestimation du temps d'endormissement, optimiser la performance en mémoire de travail auditive, mais n'entraînerait aucun bénéfice sur la mémoire épisodique auditive-verbale. À la lumière des résultats de la présente thèse, ce protocole de tDCS fronto-pariétale apparait insuffisant pour améliorer le sommeil dans l'insomnie. Des études supplémentaires demeurent requises afin de tester les effets du protocole au sein d'un échantillon plus large, ou encore investiguer les effets d'une autre technique de neuromodulation sur ces mêmes régions. / Insomnia can be considered as a 24-hour brain disorder. Neurobiological evidence supports the idea that insomnia exhibits biomarkers compatible with the phenomenon of cortical hyperousal. Our first study (article # 1) thus revealed that the fronto-parietal network of insomnia sufferers presents a decrease in its connectivity during REM sleep, in particular in lower frequency bands. This decreased connectivity (or increased asymmetry) is associated with clinical symptoms such as the severity of insomnia and depression. When reviewing relevant studies in the field of neuromodulation and insomnia in our second study (article # 2), the most notable finding is that there are few studies specifically targeting insomnia, and that among these, a great heterogeneity can be observed between the research protocols as to the results obtained. Furthermore, in light of its possible efficacy against sleep in insomnia, transcranial direct current stimulation (tDCS) appears to be a promising treatment modality. In our third study (article # 3), six individuals with insomnia received tDCS (active, active-control or placebo) in the fronto-parietal regions. Although the use of this protocol demonstrates little effectiveness regarding the modulation of brain activity in the subsequent night, tDCS contributes to the reduction of REM sleep proportion, overestimation in sleep latency and optimization of auditory working memory manipulation processes, but does improve auditory-verbal episodic memory. In light of the results of this thesis, this fronto-parietal tDCS protocol appears insufficient to improve sleep in insomnia. Additional studies are still required in order to test the effects of the same protocol in a larger sample, or to investigate the effects of another neuromodulation technique on these same regions.

La génératrice synchrone à griffes est une technologie mature et économique qui est largement utilisée dans l'industrie automobile pour l'alimentation des équipements électriques à bord des véhicules et la recharge de l'accumulateur d'énergie. Cependant, le système de génération actuel qui utilise un simple pont redresseur à diodes atteint ses limites en raison de son faible rendement et de l'augmentation progressive de la puissance consommée. Ce travail présente une étude comparative de différentes structures de redressement qui peuvent être associées à un alternateur à rotor à griffes dans le but d'augmenter la puissance de sortie et le rendement du système, tout en minimisant l'ondulation du courant de sortie. Nous proposons un modèle équivalent de type circuit permettant de simuler le comportement d'un système de génération automobile conventionnel avec une précision raisonnable. Plusieurs techniques pour augmenter la puissance maximale de sortie d'un alternateur branché à un redresseur à diodes sont évaluées. Ces techniques ne nécessitent aucune modification de géométrie de l'alternateur mais rajoutent certaines limitations sur le fonctionnement qui sont discutées. Nous étudions ensuite des structures de redressement à MLI en comparant leur prix et leurs performances théoriques. Des versions entrelacées de ces structures sont analysées pour minimiser l'ondulation du courant de sortie. Toutes ces solutions sont testées et comparées sur un banc d'essai polyvalent qui a été développé dans le cadre de cette étude. Ce travail montre qu'il est possible d'augmenter la puissance de sortie et le rendement lors du fonctionnement à haute vitesse avec des redresseurs MLI ou des redresseurs à diodes, mais il est très difficile d'égaler, en même temps, la puissance et le rendement à la vitesse de ralenti. L'entrelacement de plusieurs structures de redressement permet une réduction importante de l'ondulation du courant de sortie et n'entraine pas forcement une augmentation de prix. Les essais pratiques ont aussi mis en évidence les limites d'une comparaison des performances par simulation lorsque la saturation magnétique dans la machine est négligée.

La transmission synaptique dans les corticaux est généralement décrite comme un phénomène de « tout ou rien » ou digital. Un Potentiel d'Action (PA) est émis dans la cellule présynaptique, provoquant le relargage de neurotransmetteurs au niveau du bouton présynaptique et, en conséquence, une dépolarisation transitoire de la cellule postsynaptique (Potentiel Post-Synaptique Excitateur ou PPSE). Cependant, de nombreuses études ont démontrées que la forme du PA présynaptique dépend de l'activité sous liminaire précédant son émission. En effet, si la cellule présynaptique est dépolarisée durant 5 à 10 s avant l'émission du PA, ce dernier s'élargit, ce qui provoque une augmentation du relargage de neurotransmetteurs et de l'amplitude du PPSE. Ainsi, la transmission synaptique dépend d'un phénomène digital, le PA, dont la forme est modulée analogiquement. On parle de transmission Analogique-Digitale. L'élargissement du PA et l'augmentation de la transmission synaptique suite à une longue dépolarisation de la transmission synaptique est nommée Facilitation Analogique-Digital due à la Dépolarisation (FADD). Durant cette thèse, nous nous sommes posé 3 questions principales. Quel est le mécanisme biophysique de la FADD ? Existe-il des Facilitations Analogique Digitale dépendante de modulation de l'amplitude du PA et non de sa largeur ? Les modulations de la forme du PA sont-elles toutes à court terme (de la milliseconde à la seconde) ou existe-t-il des modulations de la forme du PA à long terme (plusieurs jours) ? Pour répondre à la première question, nous avons enregistré des paires de neurones CA3 de l'hippocampe et avons dépolarisé la cellule présynaptique durant 10 s avant l'émission du PA. Nous avons observé une FADD de 30 % qui était supprimée par le blocage pharmacologique des canaux potassiques axonaux Kv1. Ces canaux sont responsables de la phase de repolarisation du PA et ont la propriété de s'inactiver durant de longues dépolarisations. Nous en avons conclu qu'entre les neurones CA3, la FADD était due à l'inactivation des canaux Kv1 pendant la dépolarisation précédant le PA, ce qui provoque un ralentissement de la phase de repolarisation du PA et ainsi un élargissment du PA. Afin de répondre à la seconde question, nous avons enregistré des paires de neurones CA3 dans l'hippocampe. Nous avons observé qu'une courte hyperpolarisation (50 ms) du neurone présynaptique avant l'émission du potentiel d'action provoquait une augmentation de l'amplitude du PA entrainant un accroissement du relargage de neurotransmetteur et de la taille du PPSE. Nous avons nommé ce phénomène FADH pour Facilitation Analogique-Digitale induite par Hyperpolarisation. La FADH est due à récupération de l'inactivation de canaux sodiques responsables de l'amplitude du PA quand le neurone présynaptique est hyperpolarisé, ce qui augmente leur disponibilité. Enfin, pour répondre à la troisième question, nous avons bloqué la transmission synaptique entre les neurones CA3 durant 3 jours. Cela a entrainé une augmentation compensatoire de la transmission synaptique entre les paires de neurones CA3. Il est important de noter que cette augmentation compensatoire est due à la régulation négative des canaux Kv1 entrainant un élargissement du PA. Ainsi, la forme du PA peut-être moduler sur le long terme et participer à la plasticité synaptique. En conclusion, nous avons démontré que le PA n'a pas une forme fixée mais que cette dernière est modulée sur des échelles de temps allant de la dizaine de ms à plusieurs, permettant aux réseaux neuronaux d'élargir leur capacité de transfert d'information. / Generally, the synaptic transmission in cortical networks is described as an « all-or-none » or digital phenomenon. An Action Potential (AP) is emitted in the presynaptic cell entailing the release of neurotransmitters at presynaptic terminal and, consequently, a transient depolarization of the postsynaptic cell (Excitatory Post-Synaptic Potential or EPSP). However, several studies showed that the presynaptic AP shape depend on the subthreshold activity before his occurrence. Indeed, if the presynaptic cell is depolarized during 5 to 10 seconds before the AP emission, the AP is getting broader which leads to an increase in neurotransmitters release and EPSP amplitude. Therefore, the synaptic transmission depends on a digital phenomenon, the AP, whose shape is modulated in an analogic way, the so-called Analog-Digital transmission. The increase in AP width and synaptic transmission following a long depolarization of the presynaptic cell is named Analog Digital Facilitation induced by depolarization (d-ADF). During this thesis, we asked 3 main questions. What is the biophysic mechanism of d-ADF? Are there ADFs depending on AP amplitude modulation? Are the modulations of the AP shape all short term modulations (ms to s) or are there some long term AP shape modulations (days)? To answer the first question, we recorded pairs of hippocampal CA3 neurons and we depolarized the presynaptic cell during 10 ms before AP emission. We observed a d-ADF of 30 % which was suppressed by the phamarcological blockade of axonal potassium channels Kv1. These channels are responsible of the AP repolarization phase and have the property to inactivate during long depolarization. We concluded that the d-ADF at the CA3-CA3 synapse is due to inactivation of Kv1 channels during the depolarization preceding the AP which entails a slowing of the AP repolarization phase and a broadening of the AP. In order to answer the second question, we recorded pairs of hippocampal CA3 neurons. We observed that a short hyperpolarization of the presynaptic neuron (50 ms) before the AP emission entailed an increase of the AP amplitude leading to an increase of neurotransmitters release and EPSP amplitude. We named this phenomenon hyperpolarization induced Analog-Digital Facilitation (h-ADF). The h-ADF is due to the recovery from inactivation of sodium channels responsible of AP amplitude when the presynaptic neuron is hyperpolarized. Finally, to answer the third question, we blocked the synaptic transmission between CA3 neurons for 3 days. This provoked a compensatory increase of synaptic transmission between pairs of CA3 neurons. Interestingly, this compensatory increase is due to the downregulation of Kv1 channels leading to a broadening of the AP. Therefore, the AP shape can be modulated within days and participate to synaptic plasticity. In conclusion, we showed that the AP is not digital but that its shape is modulated within time scales going from the ms to several days, increasing information transfer ability of neuronal networks.

Pour développer un hodoscope de faisceau en hadronthérapie, capable de localiser les ions dans le plan transverse et de les étiqueter en temps avec une précision de 1 nc et un taux de comptage de 100 000 000 HZ, nous avons mené des études de conception d'ASICs (Aplication Specific Integrated Circuits) de lecture à associer à des photomultiplicateurs multi-anode. Un front-end ASIC 16 voies en technologieAMS BiCMOS 0,35 µm a été conçu, fabriqué et testé. Il intégre, sur chaque voie, un convoyeur de courant avec deux sorties en étage d'entrée, et deux étages de sortie séparés qui sont respectivement un comparateur en courant et un préamplificateur de charge. Il réalise à la fois la détection d'évènements et la quantification de signal détecté. L'étude de conception a apporté des performances optimisées sur la dynamique d'entrée, la consommation d'énergie, la rapidité, le bruit. Le fonctionnement du circuit de lecture incorporé dans un système de test a aussi été vérifié par une expérimentation en faisceau. D'autre part, nous avons conçu un ASIC d'étiquetage en temps utilisant la technologie AMS CMOS 0,35 µm. Il est à base d'une boucle à verrouillage de délai analogique avec la mise en oeuvre de la méthode de mesure du "temps de vol", et dispose d'un mode d'entrée d'horloge LVDS (Low Voltage Differential Singaling) et d'une sortie de 5 bits en code Gray. Il fonctionne avec une résolution temporelle de 200 ps selon les résultats de tests. Ces études nous ont permis de lancer un nouveau projet de conception : intégrer sur une puce les fonctions électroniques que nous avons réalisées et validées.

Le système rénine-angiotensine est impliqué dans le remodelage structurel et électrique caractérisant la fibrillation auriculaire (FA). L’angiotensine II (ANG II) induit le développement de fibrose et d’hypertrophie au niveau des oreillettes, prédisposant à la FA. Or, les mécanismes électrophysiologiques par lesquels l’ANG II pourrait promouvoir la FA sont peu connus. L’objectif de ce projet de recherche est d’évaluer l’effet de l’ANG II sur les courants potassiques et calciques au niveau auriculaire indépendamment du remodelage structurel. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique de patch-clamp avec un modèle de souris surexprimant le récepteur de type 1 à l’angiotensine II (AT1R) spécifiquement au niveau cardiaque. Pour distinguer les effets directs de la surexpression d’AT1R des effets induits par le remodelage cardiaque, nous avons étudié des souris âgées de 180 jours, qui présentent du remodelage structurel, et des souris âgées de 50 jours, qui n’en présentent pas. Des études précédentes sur ce modèle ont montré qu’au niveau des myocytes ventriculaires, l’ANG II réduit le courant potassique global (Ipeak) et rectifiant entrant (IK1) ainsi que le courant calcique de type L (ICaL). Ainsi, notre hypothèse est que l’ANG II modulera aussi ces courants au niveau auriculaire, pouvant ainsi augmenter l’hétérogénéité de repolarisation auriculaire et de ce fait le risque de développer et maintenir la FA. Nous avons observé une diminution significative de la densité d’IK1 dans l’oreillette gauche des souris transgéniques sans changement d’Ipeak. De plus, la densité d’ ICaL n’est pas réduite chez les souris transgéniques âgées de 50 jours. En conclusion, l’effet de l’ANG II sur les courants potassiques et calciques semble dépendre de la chambre cardiaque. En effet, nous savions que l’ANGII réduisait Ipeak, IK1 et ICaL au niveau ventriculaire, mais nos résultats ont montré qu’il ne les affectait pas directement au niveau des oreillettes. Ceci suggère des mécanismes de régulation impliquant des voies de signalisation distinctes selon les chambres cardiaques. Enfin, nos résultats montrant l’absence de l’influence directe de la surexpression d’AT1R sur les canaux K+ et Ca2+ au niveau des myocytes auriculaires renforcent l’importance d’approfondir nos connaissances sur les effets de l’angiotensine II sur le développement de la fibrose, sur le remodelage structurel et sur la conduction électrique cardiaque. / The renin-angiotensin-aldosterone system contributes to the structural and electrical remodelling that characterise atrial fibrillation (AF). Angiotensin II (ANG II) induces fibrosis and hypertrophy in the atrium, creating a substrate for AF development. Whether or not ANG II promotes electrophysiological remodelling in the atrium and by which mechanisms is not known. The objective of this research project is to evaluate the effect of ANG II on potassium and calcium currents in atrial myocytes independently of structural remodelling. We used the patch-clamp technique to measure ionic currents in a mouse model overexpressing the angiotensin II type 1 receptor (AT1R) locally in the heart. To differentiate the direct effects of AT1R overexpression with those related to structural remodelling, we studied mice aged of 180 days that are characterised by structural remodelling and mice aged of 50 days that aren’t. Previous studies have shown that this mouse presented with reduced total potassium current (Ipeak) and inward rectifier potassium current (IK1) as well as with a decrease in L-type calcium currents (ICaL) in ventricular myocytes. Therefore, our hypothesis was that ANG II would also regulate those currents at the atrial level, possibly leading to an increase in heterogeneity in atrial repolarisation and to an increase in AF initiation and maintenance. We show in this project a significant reduction of the IK1 in the left atrium of transgenic mice without any changes of the Ipeak. Furthermore, we show no modulation of ICaL density in 50 days old transgenic mice. We conclude that ANG II effect on potassium and calcium currents depends on the cardiac chamber. Indeed, although we already knew ANG II reduced Ipeak, IK1 and ICaL in ventricular myocytes of transgenic mice, in this project we found ANG II did not affect Ipeak and ICaL at the atrial level. These findings suggest distinctive regulation pathways by which ANG II affects the different cardiac chambers. Furthermore, the absence of direct influence of ANG II on potassium and calcium currents in atrial myocytes reinforces the importance to better understand ANG II’s effect on cardiac fibrosis development, structural remodelling and electric conduction.

Les modèles théoriques qui prônent l’existence d’un filtrage en symétrie dans les électrodes ferromagnétiques n’ont jamais souffert d’autre justification que leur potentiel à éclairer les résultats expérimentaux. En la matière, les jonctions tunnel magnétiques Fe/MgO/Fe(001) apparaissent être un outil approprié pour confronter expérience et théorie de par leur haute qualité cristalline, cette dernière étant essentielle pour se rapprocher au plus près des considérations théoriques. Les premières mesures de bruit basse fréquence réalisées sur ce système en démontrent la qualité remarquable, paramètres primordiaux au bon déroulement des mécanismes de transport tunnel. L’étude de la dynamique du courant a permis de montrer l’existence d’un mode de transport tunnel direct d’une électrode à l’autre et d’invalider un mode de transport séquentiel via des défauts dans la barrière. L’intégration de films minces de Cr(001) dans ce système idéal a permis de valider de façon non ambigüe l’existence effective du filtrage en symétrie suite à l’apparition d’états de puits quantiques pour une seule symétrie électronique dans des jonctions Fe/Cr/Fe/MgO/Fe. Ce résultat phare met aussi en évidence un mode de transport tunnel cohérent et balistique. La validation de ces concepts autorise l’étude de l’injection de spin dépendant des symétries dans des matériaux plus complexes, comme des films minces de Fe3O4(001). Ces derniers ont fait l’objet d’une étude structurale approfondie et ont amené à des résultats de magnéto-transport encourageants suite à leur intégration dans des dispositifs tunnel à base de MgO(001). / The symmetry-filtering into the ferromagnets as predicted by the theoreticians has never suffered of any other justification than its ability to shed the light on the experimental observations. Fe/MgO/Fe(001) junctions are then an appropriate tool to test its validity thanks to their high crystallinity. The first performed low frequency noise measurements have proved the well-suited quality of this kind of junctions and the study of the current’s dynamic through the system, its pure direct tunneling. By using Cr(001) thin films, the symmetry-filtering has been unambiguously highlighted with the occurrence of quantum-well states only for one specific electronic symmetry in Fe/Cr/Fe/MgO/Fe(001). Thus, the validity of the theoretical concepts allows investigating the symmetry-dependent spin-injection into more complex systems such as Fe3O4(001) thin films which have revealed theirselves as promising to integrate into MgO(001)-based tunnel devices.

Ce manuscrit porte sur l’analyse, les méthodes de conception et la recherche de nouvelles structures de sources de courant, en se focalisant principalement sur les miroirs de courant, source la plus élémentaire. Le dépassement des limites actuelles pour l’optimisation du compromis vitesse-précision-consommation est l’objectif majeur des travaux présentés.La première partie est consacrée à l’étude de l’origine de ces limites et dresse l’état de l'art des structures de miroir de courant CMOS. Sont ensuite étudiées plus en détails, les possibilités offertes par les miroirs à entrée active. Une des premières contributions de nos travaux de recherche a été de proposer un formalisme dédié à l’étude et à l’implémentation de ce type de miroir, suivi de propositions d’amélioration à coût minimum de la topologie classique.Le développement d’une nouvelle approche de conception utilisant un principe de rétroaction non-linéaire en mode courant constitue la contribution majeure de cette thèse. La rétroaction est implémentée grâce à un convoyeur de courant de seconde génération dédié, très faible consommation et conçu pour avoir un comportement volontairement non-linéaire. Couplée avec des techniques classiques de régulation cascode pour une copie en courant de haute-précision, cette topologie constitue une source de courant élémentaire compétitive pour la réalisation de systèmes à haut niveau de performance.L'approche est mise en œuvre puis validée par la conception, en technologie CMOS 180nm, de deux circuits dédiés à la génération des courants dans les puces de stimulation neurale. L’ensemble des résultats obtenus dans ces dernières études démontre, qu’il est possible de dépasser les limites actuelles du compromis vitesse-précision-consommation, en se basant sur la stratégie de conception et les nouvelles topologies de miroirs à entrée active proposées. / The work presented in this manuscript involves analysis, design methods and search for improved structures of current sources, with main focus on the current mirrors, the most elementary current source. The main objective of our research was to outperform the present limitations in terms of speed, power and accuracy that exists in CMOS current mirror design.In the first part of the manuscript, we investigate on the origin of these limitations and present a literature review of popular and recent advanced current mirror structures. Then follow a deeper analysis of active-input current mirror capabilities. The first scientific contributions were, the development of analytical tools dedicated to the implementation of the standard active-input topology, supported by two solutions for dynamic range and stability improvements at minimal costs.The proposition of a novel design approach, relying on a power-efficient speed boosting technique based on current-mode non-linear control loops, constitutes the major contribution of the work presented in this manuscript. The feedback circuit is implemented using a custom low-power current conveyor (CCII), built to be intentionally non-linear. Coupled with classical regulated cascode structures required for high-precision current copy, this enhanced active-input current mirror topology forms a new competitive elementary current source to the design of high-performance systems.The approach is validated and illustrated with the realization of two circuits in 180 nm CMOS technology. Cores of the circuits are two examples of output stages dedicated to neural stimulation chips. Finally, Results of the last studies have demonstrated that, thanks to the design strategy and the new active-input current mirror topologies proposed, it is actually possible to outperform the present limit of the speed-power-accuracy trade-off.

Cette thèse a été dirigée par le Professeur Kauffmann de l’Université de Franche-Comté. Le co-directeur de l’Ecole Royale Militaire était le Docteur Johan Gallant et les essais à l’Institut franco-allemande de recherches de Saint-Louis (ISL) étaient encadrés par le Docteur Markus Schneider.Un lanceur à rails conventionnel est composé de deux rails conducteur connecté par un projectile. L’interaction entre le champ magnétique induit par le courant dans les rails et le courant dans le projectile résulte en une force électromagnétique accélérant. Dans cette thèse on utilise un projectile avec deux ponts de courant. Pour un lanceur à rails conventionnel la méthode la plus efficace pour augmenter la force sur le projectile est d’augmenter le courant dans les rails. Mais la densité de courant est limitée. L’échauffement des contacts entre les rails et les ponts de courant par l’effet Joule et la force de frottement, peut résulter dans la transformation d’un contact solide dans un contact plasma, ce qui est à éviter. Une possibilité d’adresser ce problème est d’ajouter des ponts de courant pour améliorer la distribution de courant. Une autre possibilité est d’appliquer un champ magnétique extérieur généré par un circuit extérieur qui nous permet d’augmenter la force électromagnétique sans augmenter le courant dans le circuit intérieur. Dans cette thèse l’objectif est d’étudier la distribution de courant et de température dans un projectile à deux ponts de courant pour un lanceur augmenté. Comme les deux ponts de courants et les rails du circuit intérieur forment un circuit fermé, le champ augmenté va induire un courant de circulation qui influence la distribution de courant entre les brosses. Le premier modèle de simulation est un modèle global du lanceur en PSpice qui nous permet de déterminer les courants globaux, la force électromagnétique, la position et la vitesse du projectile et la température moyenne des brosses. Le modèle global prend en compte l’effet de peau dû à la vitesse et est validé par des résultats expérimentaux. Le deuxième modèle est un modèle local en ANSYS, un code à éléments finis, pour un projectile fixe. Ce modèle permet une étude locale de la distribution de courant et de température. Un modèle pour la zone de contact entre les rails et la brosse est introduit. Le modèle local est utilisé pour calculer les coefficients de l’équation de force dans le modèle global. Les résultats des deux modèles de simulation sont cohérents.Le lanceur LARA, utilisé pour les essais, a une longueur de 1.5 m et un calibre de 15 mm. On disposait de trois bancs de condensateurs pour l’alimentation du lanceur en configuration non-augmenté et augmenté. Les vitesses à la bouche obtenues varient entre 48 et 214 m/s. Pour la détermination de la distribution de courant nous avons utilisé une méthode proposée par [SCH05a]. Cette méthode est une combinaison d’une mesure de tension entre deux pins dans les rails et dans une boucle. Nous avons constaté que les signaux obtenus avec cette méthode, appliquée dans ce régime de vitesse, sont perturbés par les courants de Foucault induits avant le projectile et les résultats ne répondent pas à nos attentes. Une méthode analytique basée sur la mesure de tension dans la boucle a été développée. Les résultats expérimentaux sont comparés avec les simulations. Nous avons constaté une bonne correspondance entre les valeurs des courants maximaux dans les rails calculés avec PSpice et les valeurs expérimentales, mais le courant calculé avec PSpice est plus faible dans la phase décroissante du courant. Les erreurs sur la vitesse sont inférieures à 10 %. Les deux modèles de simulation et les essais montrent que la brosse avant porte la plus grande partie du courant. La dernière partie de cette thèse est une étude paramétrique avec ANSYS pour l’avant-projet du circuit intérieur d’un lanceur à rail existant. / This thesis was supervised by Professor Jean-Marie Kauffmann of the University of Franche-Comté. The co-director at the Royal Military Academy was Dr. Johan Gallant and the experiments at Franch-German Research Institute ISL were directed by Dr. Markus Schneider. A conventional electromagnetic railgun is composed of two conducting rails connected by a projectile. The magnetic field generated by the current in the rails interacts in the projectile resulting in an electromagnetic force accelerating the projectile. The projectile used in this thesis is two brush projectile. For a conventional railgun the most efficient way to increase the force on the projectile is to increase the current in the rails. But the current density is limited. The heating of the sliding contacts between the brushes and the rails due to the Joule losses and the friction can cause the contacts and can result in contact transition which we want to avoid. One way to reduce the heating is to add more current brushes to obtain a better current distribution between the brushes. Another way is to add an extra pair of rails and create an additional magnetic field. This augmenting field allows us to increase the electromagnetic force without increasing the current through the projectile. In this thesis the current and heat distribution in a two brush projectile in a parallel augmented railgun is studied through simulations and experiments. Because the current brushes and the inner rails form a closed loop, the augmenting field will induce a loop current and influence the current distribution between the brushes. The first simulation model is a global model of the railgun in PSice which allows us to predict the global currents as well as the average temperature in the brushes, the force on the projectile and the position and the velocity of the projectile. The model takes into account the velocity skin effect and was validated based on experiments. The second model is a finite element model in ANSYS for a fixed projectile. This model allows a local study of the current and temperature distribution in the projectile. A model for the contact between the rails and the projectile is introduced. The local model is used to calculate the time-dependent coefficients for the force equation used in the global model. Both simulation models are compared and a good correspondence is found. The LARA railgun of ISL with a length of 1.5 m and a square caliber of 15 mm has been used for the experiments. A maximum of three capacitor banks was used for the non-augmented and the augmented configuration. The muzzle velocities obtained in the experiments vary between 48 and 214 m/s. To determine the current distribution between the brushes a technique proposed by [SCH05a] has been used. It is based on the measurement of the voltage between two pins in the rails in combination with the voltage in a loop. When applied to this velocity range, the eddy currents in front of the projectile hamper the interpretation of the signals and the results are not what we expected. An analytical method for the determination of the current distribution based on the voltage in the loop was introduced. The results are then compared with the results of the simulations. The maximum current in the rails found with PSpice shows a good correspondence with the experiments, the calculated decrease of the current is slightly overestimated. The errors on the velocities are less than 10%. Both simulation models and experiments show that the brush towards the breech carries the greater part of the current for the non-augmented as well as the augmented railgun. In the last part a parametric study is carried out with ANSYS for the preliminary design of an augmenting circuit for an existing railgun.

La réduction des dimensions des transistors MOS, brique de base des circuits intégrés, ne permet plus d'augmenter efficacement leurs performances. Une des solutions envisagées actuellement consiste à remplacer le silicium par d'autres semi-conducteurs à haute mobilité (Ge, III-V) comme matériau de canal.<br />A partir de modèles analytiques originaux, calibrés sur des simulations avancées (quantique, Monte Carlo), cette thèse démontre que, à des dimensions nanométriques, les performances attendues de ces nouvelles technologies sont en fait inférieures à celles des composants silicium conventionnels. En effet, les phénomènes quantiques (confinement, fuites tunnel) pénaliseraient davantage les dispositifs à matériaux de canal alternatifs.

L'influence du confinement sur les propriétés macroscopiques d'un cristal liquide antiferroélectrique (MHPOBC) a été étudiée sur une cellule planaire de 2µm d'épaisseur. Une attention toute particulière a été apportée à la transition de phase ferroélectrique-antiferroélectrique.<br /><br />Une analyse théorique a montré que deux ancrages distincts, ferroélectrique (FE) et antiferroélectrique (AF), peuvent exister dans la phase antiferroélectrique. La combinaison des ces ancrages (FE) et (AF) avec les surfaces supérieures et inférieures de la cellule autorise quatre structures différentes : 1) FE-FE, 2) AF-AF, 3) AF-FE, 4) FE-AF. Les états 3) et 4) sont appelés états mixtes. Ils peuvent être obtenus par application d'une impulsion électrique sur la cellule.<br /><br />Trois méthodes expérimentales ont été développées durant cette thèse afin de prouver l'existence des ces états mixtes : 1) spectroscopie électro-optique de balayage, 2) courant de dépolarisation à très basse fréquence (de l'ordre de 20 mHz), 3) mesures de courant pyroélectrique. Les résultats obtenus sont complémentaires et confirment clairement l'existence de ces états. <br /><br />Une étude complémentaire a montré une très forte influence des ions dans les mesures de courant de dépolarisation.<br /><br />Les mesures de courant pyroélectrique menées à la transition para-ferro ont également confirmé de précédentes études portant sur l'effet électroclinique de surface. Cet effet est un exemple typique de l'influence des conditions aux limites sur les propriétés générales des échantillons confinés en cellules minces.