Les progrès de la technologie silicium germanium (SiGe) suscitent sa possible utilisation dans les applications à haute fréquence. Les travaux décrit dans ce mémoire visent à étudier les potentialités de cette technologie pour la réalisation de circuits intégrés monolithiques (MMIC) faibles bruit dans la bande de 10 GHz. Ce mémoire est articulé autour de trois chapitres. Le premier rappelle les contraintes auxquelles doit répondre un transistor bipolaire afin d'être utilisable dans les circuits RF millimétriques. La technologie qu'à développé STMicroelectronics pour ce domaine d'application est ensuite présentée. Enfin, le travail de caractérisation qui a été réalisé afin de valider le comportement des modèles que nous allons utiliser pour concevoir des circuits RF est présenté. Le second chapitre est consacré à la conception de circuits amplificateurs à faible bruit. La méthode de travail ainsi que les topologies de circuits sont présentées. Le résultat des caractérisations effectuées est ensuite présenté. Nous terminons en concluant au sujet des performances en terme de consommation, linéarité, gain et facteur de bruit des différents circuits. Le troisième chapitre aborde la conception de sources radiofréquence à faible bruit de phase. Les différentes topologies de circuits que nous avons étudiés sont présentées, ce qui nous a permis de mettre en évidence les topologies offrant les meilleures performances. Enfin, une technique basée sur le principe de dégénérescence de bruit, est également présentée. Ce travail nous a permis d'intégrer sur un circuit MMIC, autour d'un circuit oscillateur de type Colpitts, un dispositif réducteur de bruit. Les résultats théoriques de cette étude ont montré l'efficacité de cette méthode.

Les travaux présentés dans ce mémoire d'habilitation portent sur l'impact du bruit de fond électrique sur les technologies des composants actifs, les circuits et les systèmes des hautes fréquences. Durant nos 12 dernières années de recherche, nous nous sommes notamment intéressés à des filières émergentes à fort potentiel d'intégration (BiCMOS Silicium-Germanium) ou encore à forte puissance (GaN) : nous avons ainsi développé des modèles électriques (petit signal et fort signal) et en bruit (basse fréquence et haute fréquence) des composants actifs pour identifier les pistes d'améliorations technologiques, pour localiser les défauts structurels ou pour étudier le comportement de ces mêmes défauts après l'application de contraintes simulant un vieillissement accéléré. Sur la base de la connaissance des composants actifs (transistor bipolaire à hétérojonction et transistors à effet de champ), nous avons développé des circuits intégrés MMIC faible bruit à 10 GHz et 20 GHz (amplificateurs et oscillateurs) dont certains se positionnent à l'état de l'art : des comparaisons de topologies ont notamment été réalisées sur différentes versions intégrées d'oscillateurs contrôlés en tension de type MMIC SiGe. Nous proposons également une discussion sur la pertinence des facteurs de mérite usuellement employés. D'autres études sur des atténuateurs programmables MMIC SiGe ont fait l'objet de brevets. La troisième partie, orientée système, aborde l'étude du bruit d'un récepteur : nous traitons ainsi le cas d'un étage de réception affecté par la chaîne d'émission, en proposant différentes parades permettant de limiter les dégradations de son plancher de bruit ; une technique de filtre compact intégré à l'amplificateur faible bruit a ainsi été brevetée. Enfin, le cas d'un système de liaison hertzienne embarqué sur automobile est abordé. Diverses stratégies sont ainsi proposées pour pallier les évènements conduisant à une rupture de la liaison (diversité temporelle, diversité spatiale et diversité de polarisation). Ces études reposent sur une approche mixte de traitement de mesures par des modèles théoriques, et des simulations électromagnétiques.

Les nuisances sonores sont devenues une importante préoccupation environnementale. L'accroissement des exigences de confort et le durcissement des réglementations européennes et mondiales ont rendu la réduction du bruit aérodynamique des turbomachines un enjeu primordial pour plusieurs industries. Ce travail a pour objectif principal le développement d'outils de modélisation de la composante à large bande du bruit des ventilateurs de façon à l'intégrer comme critère d'optimisation dès leur phase de conception. L'étude est concentrée sur les deux sources reconnues pour leurs contributions significatives dans le bruit rayonné : l'interaction des pales avec l'écoulement turbulent amont et la diffraction de la couche limite turbulente au niveau du bord de fuite. Dans un premier temps, une approche reposant sur la formulation analytique d'Amiet pour la prédiction du bruit d'un profil isolé disposé dans un écoulement turbulent est mise en oeuvre. L'effet de l'épaisseur n'est pas pris en compte dans la formulation initiale d'Amiet. Une correction gaussienne a été proposée sur la base des travaux de Gershfeld améliorant ainsi considérablement les résultats de calculs. Une extension vers la turbomachine est ensuite proposée et validée expérimentalement. Un ventilateur axial est disposé à l'amont de différents écoulements incidents turbulents générés par cinq dispositifs de contrôle de turbulence. La turbulence incidente est caractérisée par le modèle spectral de von Kármán à partir des mesures à fils chauds. La confrontation des spectres de puissance acoustique calculés à ceux mesurés donne un accord satisfaisant sur une large bande fréquentielle audible. Dans la deuxième partie, une modélisation hybride combinant des Simulations des Grandes Echelles avec une solution intégrale dans le domaine temporel de l'analogie de Ffowcs Willimas & Hawkings est développée. Une validation complétée par une étude des erreurs numériques du code acoustique développé sur la base de la formulation intégrale 1A de Farassat avec une surface perméable de Di Francescontonio a été réalisée. Les simulations LES bidimensionnelles de l'écoulement turbulent autour d'un profil ont reproduit la transition de la couche limite turbulente et le détachement tourbillonnaire au bord de fuite. L'analyse des spectres de pression pariétale a révélé que l écoulement amont a un important effet sur les fluctuations de pression pariétale et leurs localisations.

Les systèmes de surveillance vidéo sont omniprésents dans les lieux publics achalandés et leur présence dans les lieux privés s'accroît sans cesse. Si un aéroport ou une gare de trains peut se permettre d'employer une équipe de surveillance pour surveiller des flux vidéo en temps réel, il est improbable qu'un particulier effectue une telle dépense pour un système de surveillance à domicile. Qui plus est, l'utilisation de vidéos de surveillance pour l'analyse criminalistique requiert souvent une analyse a posteriori des événements observés. L'historique d'enregistrement correspond souvent à plusieurs jours, voire des semaines de vidéo. Si le moment où s'est produit un événement d'intérêt est inconnu, un outil de recherche vidéo est essentiel. Un tel outil a pour objectif d'identifier les segments de vidéo dont le contenu correspond à une description approximative de l'événement (ou de l'objet) recherché. Ce mémoire présente une structure de données pour l'indexation du contenu de longues vidéos de surveillance, ainsi qu'un algorithme de recherche par le contenu basé sur cette structure. À partir de la description d'un objet basée sur des attributs tels sa taille, sa couleur et la direction de son mouvement, le système identifie en temps réel les segments de vidéo contenant des objets correspondant à cette description. Nous avons démontré empiriquement que notre système fonctionne dans plusieurs cas d'utilisation tels le comptage d'objets en mouvement, la reconnaissance de trajectoires, la détection d'objets abandonnés et la détection de véhicules stationnés. Ce mémoire comporte également une section sur l'attestation de qualité d'images. La méthode présentée permet de déterminer qualitativement le type et la quantité de distortion appliquée à l'image par un système d'acquisition. Cette technique peut être utilisée pour estimer les paramètres du système d'acquisition afin de corriger les images, ou encore pour aider au développement de nouveaux systèmes d'acquisition.

Les mousses actives sont des solutions composites de contrôle du bruit qui combinent les avantages complémentaires du matériau en mousse passif et des actionneurs piézoélectriques répartis spatialement à l'intérieur des mousses. Une étude sur le problème de l'amélioration de l'indice d'affaiblissement des mousses actives en utilisant des stratégies de contrôle actif a été effectuée à la fois numériquement et expérimentalement à l'intérieur d'un guide d'onde sous la condition de propagation en ondes planes. Trois différents modèles de prototypes de mousse active ont été pris en compte dans les simulations par éléments finis et leur efficacité à annuler l'onde transmise en aval de la mousse active a été étudiée. Des études expérimentales afin d'optimiser l'indice d'affaiblissement des mousses actives sous une commande prédictive SISO avec un microphone unidirectionnel comme capteur d'erreur démontrent que l'efficacité du contrôle sur une large gamme de fréquences est bonne. Le problème physique de l'annulation de la propagation des ondes sonores est étudié en détail dans les simulations numériques et elles apportent un éclairage précieux sur l'altération de la réponse vibratoire de l'actionneur piézo-électrique de la mousse active sous contrôle optimal.Les résultats des simulations ont aussi contribué à l'identification de stratégies de contrôle-de rechange pour l'atténuation de l'onde sonore transmise à l'aide de la réponse sensorielle de l'actionneur distribué. On peut pour cela remplacer éventuellement l'utilisation de microphones en champ lointain et ainsi améliorer notablement la compacité du système de contrôle actif. La réponse sensorielle d'un piezo-actionneur, en raison de sa déformation mécanique est indépendante de la réponse de sa charge totale, avec la compensation analogique-numérique hybride de la"capacite feedthrough" de l'actionneur, à l'aide d'un algorithme adaptatif. Cette charge mécanique de réponse s'est revélé être une bonne approximation de la vitesse radiale du volume de l'actionneur, et peut être utilisée comme signal d'erreur pour maximiser l'indice d'affaiblissement du système de mousse active. En outre, elle a été utilisée dans l'absorption et les problèmes de contrôle TL, fonctionnant sur une erreur de stratégie virtuelle de détection, et a produit les résultats souhaités sur une large plage de fréquences. Le succès du principe capteur/actionneur dans les problèmes de contrôle actif du bruit peut donner des améliorations importantes en termes de positions et de configurations de capteurs d'erreurs associés aux systèmes de contrôle actif.

Le bruit généré par les machines tournantes telles que les hélices, les ventilateurs ou encore les turbomachines est une problématique actuelle importante sur laquelle les industriels sont amenés à travailler. En effet, afin de faire face à l'exigence grandissante des consommateurs, mais aussi à la multiplication des normes environnementales en termes d'acoustique, ils sont amenés à travailler sur le développement de moyens de réduction de bruit afin de diminuer les sources acoustiques de ces systèmes. L'objectif de cette maîtrise est de concevoir une maquette de profil de pale de ventilateur modulable et instrumentée afin de pouvoir recevoir différents moyens de réduction de bruit. Les deux solutions de contrôle qui sont utilisées dans le cadre de ce projet sont deux moyens passifs: le soufflage qui consiste à souffler de l'air sur le bord de fuite de la pale et l'utilisation de dents de scie sur le bord de fuite. Cette maquette est ensuite testée dans la soufflerie anéchoïque du laboratoire du GAUS (Groupe d'Acoustique de l'Université de Sherbrooke) afin d'étudier les effets acoustiques et aérodynamiques de ces différents moyens de réduction de bruit. Les dents de scie montrent une réduction acoustique allant jusqu'à 10 dB sur une plage fréquentielle croissante avec la vitesse de l'écoulement pour un angle d'attaque compris entre 0° et 8°. Le bruit tonal est également fortement atténué par la présence des dents de scie. Pour les forts angles d'attaque, le régime d'écoulement est pleinement turbulent et aucune réduction de bruit n'apparaît. Les mesures aérodynamiques montrent que les dents de scie permettent d'augmenter le mélange au niveau du bord de fuite du profil. Le soufflage montre également une réduction acoustique allant jusqu'à 8 dB à basse fréquence pour les faibles vitesses (<24 m/s) et pour les angles d'attaques allant jusqu'à 8°. Cependant, une forte augmentation du bruit à haute fréquence est engendrée par le bruit du jet de soufflage. D'un point de vue aérodynamique, le soufflage permet d'ajouter de l'énergie au sillage et de l'affiner. Il réduit fortement la taille des fluctuations de vitesse à l'extrados du profil.

Les statistiques des fluctuations de courant dans un échantillon mésoscopique sous irradiation n'ont jamais été explorées au-delà de la variance et du troisième moment. Nous rapportons la première mesure du quatrième cumulant de bruit dans une jonction tunnel dans le régime classique (c'est-à-dire k [indice inférieur B]T >> h f) en présence d'un courant continu et d'une excitation micro-onde en utilisant deux méthodes. Tout d'abord, nous avons étudié la corrélation entre les fluctuations de puissance à deux fréquences, f [indice inférieur 1] = 4,5 GHz et f [indice inférieur 2] = 7,15 GHz. Cette corrélation existe seulement pour certaines fréquences d'excitation. Nous avons également effectué une mesure directe des statistiques en numérisant le bruit à grande vitesse après conversion vers les basses fréquences. Les résultats obtenus à partir de ces expériences sont en très bon accord avec les prédictions théoriques de la dynamique de bruit. En terme de photons, le quatrième cumulant correspond à une corrélation entre les photons de différentes fréquences. -- The statistics of current fluctuations in a mesoscopic sample under irradiation has never been explored beyond the variance and third moment. We report the first measurement of the fourth cumulant of noise in a tunnel junction in the classical regime (i.e. k[subscript B] T >> hf) in the presence of a d.c and microwave excitation, using two methods. First, we have investigated the correlation between the power fluctuations at two frequencies, f[subscript 1] = 4.5 GHz and f[subscript 2] = 7.15 GHz. This correlation exists only for certain excitation frequencies. We have also performed a direct measurement of the statistics by digitizing the noise at high speed after down conversion. The results obtained from these experiments are in very good agreement with the theoretical predictions of noise dynamics. In terms of photons, the fourth cumulant corresponds to a correlation between photons of different frequencies.

L'étude fine des fluctuations de courant dans les petites composantes électroniques est un excellent moyen de tester notre compréhension du transport électronique quantique. Lorsque la fréquence est suffisamment élevée, ce qui est mesuré en laboratoire n’est plus un courant d’électrons mais un champ électromagnétique causé par l’agitation des électrons. Faire un pont entre l’optique en terme de photons et l’électronique quantique est l’objectif dans le laboratoire de Bertrand Reulet. Ce mémoire de maîtrise traite des fluctuations de courant d’une jonction tunnel polarisée en courant et excitée avec une tension alternative dans les micro-ondes. La nouveauté dans ce projet provient du fait que les fluctuations de courant générées par la jonction tunnel ont été mesurées en phase et en quadrature avec l’excitation micro-onde envoyée sur l’échantillon. Il a été démontré qu’il est possible de faire un parallèle entre les fluctuations du courant électrique et l’optique quantique pour arriver à prédire le comportement de ces fluctuations en phase et en quadrature. De plus, la présence d’état comprimé ou «squeezé» sur l’une des quadratures du courant a été mesurée expérimentalement. Les résultats obtenus sont en parfait accord avec la théorie développée.

Le transfert de spin ouvre la voie à un nouveau contrôle de l'aimantation d'un nanoaimant utilisant un courant polarisé en spin plutôt qu'un champ magnétique. Plusieurs travaux ont montré l'efficacité de ce phénomène dans des nanopiliers aux aimantations perpendiculaires. Par conséquent, nous avons décidé pour cette thèse d'analyser en détail l'effet du transfert de spin sur ces dispositifs.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à une approche globale du compor-tement de ces systèmes basée sur l'étude de leurs diagrammes de phase courant-champ. Grâce à la comparaison de nos données expérimentales avec différentes prédictions théoriques nous avons démontré que la plupart de nos observations sont expliquées par la brisure de la symétrie uni-axiale de nos systèmes engendrée sans doute par un axe d'anisotropie et/ou un champ magnétique non-perpendiculaires. De plus, nous avons développé une description purement énergétique de ces dispositifs permettant de comprendre simplement l'origine physique de leur comportement.Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés au processus de retournement de l'aimantation de ces nanopiliers commençant par la nucléation d'un domaine et se poursuivant par la propagation d'une paroi de domaine. Notre étude combine les analyses de phénomènes thermiquement activés, de diagrammes de phase et de simulations micromagnétiques. Elles tendent toutes à montrer que le processus de nucléation est proche d'un comportement de type Stoner-Wohlfarth alors que le processus de propagation semble très dépendant de la structure de la paroi de domaine en particulier pour l'action du transfert de spin / The discover of spin-transfer opens a new way to control the magnetization of a nano-magnet using a spin polarized current instead of a magnetic field. Many studies showed that it is particularly efficient in nanopillar spin-valves with perpendicular magnetizations. Therefore, we decided to analyse into more details the impact of a spin polarized current on these devices during this thesisFirst, we were interested in a global approach of the behavior of these systems based on the understanding of their field and current phase diagrams. Comparing our experimental re-sults with various theoretical predictions, we demonstrated that their main features are ex-plained by a breaking of the uniaxial symmetry of the spin-valves due, for instance, to a non-perpendicular anisotropy axis or applied magnetic field. Moreover, we developed a purely energetic description of these devices allowing to understand simply the physical origin of their behavior.Then, we focused on the magnetization reversal process of these nanopillars dominated by a domain nucleation followed by domain wall propagation. We combined for this study the analysis of a thermally activated phenomenon called telegraph noise, of phase diagrams and of micromagnetic simulations. They all lead to the conclusion that the nucleation process is well described by a Stoner-Wohlfarth behaviour whereas the propagation process seems very dependent on the structure of the domain wall especially for the action of the spin-transfer.

Le filtre de Kalman est un outil mathématique qui a pour principe d'estimer l'état d'un système dynamique à partir d'observations partielles et généralement bruitées. Il prend en entrée une suite d'observations telle que chaque observation soit reliée à un état inconnu précis de façon linéaire. Le but sera d'estimer ces états de manière optimale et récursive. Nous allons étudier dans ce mémoire la théorie du filtre de Kalman avec plusieurs types de bruits (gaussien, exponentiels, khi-deux). Nous développerons un nouveau type d'initialisation basé sur la théorie des moindres carrés. Enfin nous tenterons d'adapter le filtre de Kalman au cas où les moyennes des bruits du système dynamique sont inconnues.