Cette thèse s’intéresse à la commande et l’observation d’une classe de systèmes linéaires à commutations (SLC). La classe considérée regroupe les systèmes pouvant être représentés par un modèle Hamiltonien à ports. Récemment, plusieurs travaux ont utilisé la théorie des systèmes dynamiques hybrides pour traiter les problèmes de stabilité, de commandabilité et d’observabilité des systèmes linéaires à commutations. Cependant, certains verrous scientifiques demeurent et nécessitent d’être levés tels que la synthèse d’observateurs pour des SLC présentant des modes de fonctionnement inobservables ou la commande hybride de systèmes possédant un nombre réduit d’entrées de commutations et un nombre élevé de variables d’état à contrôler. Dans ce travail, nous nous intéressons à la synthèse d’observateurs s’appuyant sur la modélisation moyenne et la modélisation hybride de SLC ayant une topologie Hamiltonienne à ports particulière. Ce formalisme possède les outils nécessaires pour établir des preuves de stabilité des erreurs d’observation. Dans un premier temps, nous proposons un observateur non linéaire reposant sur le modèle moyen de la classe des SLC considérée. Ensuite, nous traitons le problème de synthèse d’un observateur hybride où nous proposons un observateur commuté prenant en compte les modes de fonctionnement inobservables. Le problème de la commande des SLC est abordé par la suite. Au départ, la théorie de Lyapunov est utilisée pour proposer deux lois de commandes : La première est synthétisée à partir du modèle moyen et la deuxième exploite le modèle hybride. Une commande optimale hybride est élaborée en utilisant le principe du maximum de Pontryagin et une approche utilisant la recherche d’arcs singuliers. Finalement, une commande prédictive hybride est établie à partir d’un modèle discrétisé du système. Des résultats de simulation et une mise en œuvre expérimentale sur un convertisseur DC-DC SEPIC sont donnés pour montrer l’efficacité des méthodes proposées. L’étude d’un tel circuit est motivée par sa topologie particulière qui contient à la fois un mode de fonctionnement observable et un mode de fonctionnement inobservable. En outre, il possède une seule entrée de commutations et quatre variables d’état ce qui lui vaut la réputation être difficile à commander. / This thesis is dedicated to the control and the observation of a class of switched linear systems (SLS). This class contains the systems that can be represented by a port-Hamiltonian model. A lot of works have been studied SLS for several years using an average modeling approach. Recently, various works have shown that hybrid system theory allows to cope with stabilization, controllability, and observability problems of switched linear systems. However, several problems are still open and need more development such as the design of hybrid observers for SLS that have unobservable modes or the control of systems with reduced number of switching inputs and numerous variable states to control. In this work, we are interested in the design of state observers for a particular class of SLS using both the average and the hybrid port-Hamiltonian models. This formalism has the necessary tools to study and establish the stability of the observation errors. At the beginning, a nonlinear observer based on the average modeling is proposed. Next, a hybrid observer is designed for switched linear systems. This observer takes into account the unobservable operating modes of the system. The second point of our work concerns the design of control laws for the considered class of SLS. At first, two Lyapunov-based control laws have been established using either an average model or a hybrid model of the system. A hybrid optimal control based on the maximum principle of Pontryagin and the computation of singular arcs has been also proposed. Finally, a hybrid predictive control based on a discrete model of the system is synthesized. Simulation results and an experimental implementation on a SEPIC converter are given to show the efficiency of the proposed methods. Our motivation to study such a converter is mainly due to its particular topology that includes observable and unobservable subsystems. It is also known to be difficult to be controlled because only one switching input is used to control four state variables.

Nous avons pour objectif de jeter les bases d’une technologie en totale rupture avec celles existantes pour la fabrication d’une nouvelle génération de composants électroniques à base du Carbure de Silicium pour les applications à très hautes températures (jusqu’à 600°C). Cette nouvelle technologie est basée sur l'emploi d'une nouvelle génération de matériaux pour les contacts ohmiques haute température. Nous avons ciblé la phase Ti3SiC2, qui est une phase céramique/métallique, pour former un bon contact ohmique stable et fiable à haute et très haute température. A savoir que l’aspect céramique est nécessaire pour assurer une bonne stabilité thermique à haute température, et l’aspect métallique est nécessaire pour obtenir des bonnes propriétés électriques (bonne conductivité électrique, faible résistance électrique…). Dans le but d’élaborer le Ti3SiC2 sur SiC, un film mince de 200 nm d’un alliage TixAl1-x a été déposé sur SiC-4H suivit d’un recuit sous Ar. Dans cette étude, on a fait varier la concentration du Ti et d’Al dans le dépôt métallique (Ti20Al80, Ti30Al70, Ti50Al50 et Ti), et on a aussi varié la température de recuit de 900°C à 1200°C. Des analyses structurales comme le DRX, MET, MEB et XPS ont été effectuées après recuit. Pour caractériser électriquement la couche Ti3SiC2 synthétisée sur SiC, des motifs TLM ont été réalisés. Des caractérisations électriques à température ambiante et à très haute température (jusqu’à 600°C) ont été mis en œuvre pour chaque type de dépôt et par conséquence la hauteur de barrière de potentielle a été également déterminée. Enfin, pour étudier la stabilité thermique du Ti3SiC2 sur SiC, des tests de vieillissement ont été réalisé à 600°C sous Ar. / The growth of Ti3SiC2thin films was studied onto 4H-SiC (0 0 0 1) 8◦and 4◦-off substrates by thermalannealing of TixAl1−x(0.5 ≤ x ≤ 1) layers. The annealing time was fixed at 10 min under Argon atmosphere.The synthesis conditions were also investigated according to the annealing temperature (900–1200◦C)after deposition. X-Ray Diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscope (TEM) show that thelayer of Ti3SiC2is epitaxially grown on the 4H-SiC substrate. In addition the interface looks sharp andsmooth with evidence of interfacial ordering. Moreover, during the annealing procedure, the formationof unwanted aluminum oxide was detected by using X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS); this layercan be removed by using a specific annealing procedure. Using TLM structures, the Specific Contact Resistance (SCR) at room temperature of all contacts was measured. The temperature dependence up to 600°C of the SCR of the best contacts was studied to understand the current mechanisms at the Ti3SiC2/SiC interface. Experimental results are in agreement with the thermionic field emission (TFE) theory. With this model, the barrier height of the contact varies between 0.71 to 0.85 eV.

Dans les applications de l’électronique de puissance, les inductances sont généralement utilisées avec des formes d’ondes triangulaire et rectangulaire. Dans ces conditions, les inductances ne peuvent pas être caractérisées avec des formes d’ondes sinusoïdales. Il existe dans la littérature plusieurs méthodes de caractérisation des inductances. Aucune de ces méthodes ne permet de caractériser les composants magnétiques intégrés dans des conditions compatibles avec les formes d’onde de l’électronique de puissance. Une nouvelle méthode de caractérisation en temps réel convenable aux composants magnétiques planaires intégrées est développée dans cette thèse. Le composant sous test est utilisé dans un convertisseur DC-DC. A partir du courant i(t) et de la tension u(t) relevés à ses bornes, il est possible de déterminer la caractéristique φ(i) du composant. Connaissant le cycle d’hystérésis φ(i), les principaux paramètres du composant tels que la valeur de l’inductance, le niveau de saturation du matériau magnétique, les pertes fer peuvent être déterminées. Il convient de préciser qu’après l’enregistrement de u(t) et de i(t), un traitement des données approprié est effectué pour obtenir des signaux exploitables. L’approche a été testée avec succès sur des inductances discrètes et planaires intégrées pour des fréquences de mesure allant jusqu’au MHz. Nous avons ainsi montré que cette méthode permet de relever des cycles mineurs jusqu’à la saturation du matériau magnétique et de tracer l’évolution de l’inductance en fonction de la composante continue du courant. Les résultats montrent que pour de très faibles courants, on a des fortes valeurs de l’inductance qui sont quasiment constantes, en revanche à des courants moyens, l’inductance diminue fortement et à des forts courants, le circuit magnétique se sature et la valeur de l’inductance devient donc très faible. Cette méthode permet également d’étudier l’évolution des pertes fer dans les mêmes conditions d’utilisation que celles rencontrées en électronique de puissance / In applications of power electronics, inductors are generally used with triangular and rectangular waveforms. In these conditions, inductors cannot be characterized with sinusoidal waveforms. Many methods of characterization are developed, but none of them allow the characterization of integrated magnetic components under conditions compatible with power electronics waveforms. A new real-time characterization method suitable for integrated magnetic components is developed in this thesis. The Device under test is inserted in a DC-DC converter. From u(t) voltage and i(t) current recordings, it is possible to determine the φ(i) hysteresis loop that allows main inductor parameters to be determined: inductance value, core losses, and saturation of the magnetic material. It should be made clear when u(t) and i(t) are recorded, suitable signal processing is completed in order to obtain usable signals. The method has been successfully tested on discrete and integrated inductors with measurement frequencies up to MHz. We have thus shown that this method makes it possible to determine minor loops up to the saturation of the magnetic material and to plot the evolution of the inductance versus the DC bias current.The results show that for very low current values, we have obtained strong values of inductor and these values are constant. However, for the mean current, the inductance value decreases drastically and for strong current values, the magnetic material is saturated which causes very small values of inductor. This method also makes it possible to study the evolution of iron losses under the same conditions of use as those encountered in power electronics

Un des enjeux majeur de l’électronique de puissance est de pouvoir étendre l’utilisation des modules de puissance à haute température, supérieure à 200°C. Or, en température, l’endommagement des joints de brasure est un des principaux modes de défaillance des modules de puissance. C’est pourquoi, l’objectif de cette thèse consiste à développer un procédé d’assemblage alternatif : le procédé de report intermétallique (IMC) en phase liquide transitoire (TLPB) à partir du système binaire cuivre-étain. Ce procédé est très attractif car il permet de former à basse température (250°C), un joint entièrement constitué de phases IMCs qui sont réputées pour leur stabilité à très haute température (supérieure à 600°C pour la phase Cu3Sn). Afin d’optimiser le procédé, l’influence des paramètres d’assemblage sur les mécanismes de croissance des phases IMCs a été déterminée. Cette étude a permis de mettre en évidence la nécessité d’insérer une barrière de diffusion de type IMC entre les substrats et le métal d’apport afin de modifier les processus de diffusion atomique aux interfaces et ainsi d’éviter la formation d’une importante porosité au sein des joints IMCs. Après avoir mis au point un procédé de report innovant et optimal, la fiabilité des assemblages IMCs a été évaluée à partir d’essais expérimentaux et de modèles numériques par éléments finis. Il a été montré que la fiabilité en cyclage thermique des joints IMCs est très supérieure à celle des alliages de brasure de référence SnAgCu. Le procédé de report IMC développé au cours de cette thèse est donc un excellent candidat au remplacement des alliages de brasure pour des applications à haute température. / To meet the future requirements of power electronics, the packaging technologies of power modules must withstand higher operation temperatures, higher than 200°C. However, an increase of the operation temperatures leads to a significant decrease of the solder joints reliability and thus to the failure of the power modules. That’s why the main objective of this PhD thesis is to develop an alternative bonding technic for high temperature applications: the Transient Liquid Phase Bonding process (TLPB) based on the copper-tin binary system. This process is very attractive because it allows the formation, at low temperature, of a joint entirely composed of intermetallic (IMC) compounds which are well known for their high thermal stability. To optimize the process, the influence of the main bonding parameters on the growth of the IMC phases has been first investigated. The results indicate that the deposition of an IMC diffusion barrier is required to alter the atomic diffusion motion at the interfaces between the Cu substrates and the Sn interlayer and to avoid the formation of large pores along the bond mid-plane. After the development of an innovative and optimal bonding process, the reliability of the IMC assemblies has been investigated through experimental tests and finite element simulations. The IMC joints show a higher thermal cycling reliability than the reference SnAgCu solder alloys. Hence, the IMC bonding process developed during this PhD thesis is an excellent alternative to the soft solder alloys for high temperature applications.

In this thesis the integration of photovolatic (PV) generation and energy storage into the electrical grid is discussed. Although the studied system is for grid tied applications, here the integration of the PV generation and the energy storage system (ESS) on the DC-side of the system is addressed. The work contained in this thesis focuses on the integration of the DC-working parts before interfacing them with the grid through the use of an inverter and seeks an increasing in the energy that the system can deliver.First, a study of classical systems that present well-differentiated parts is presented: PV generation, a lithium-ion battery based ESS, the utility grid and a residential electricity consumer. PV installations of 3 and 10kWp are considered together with storage capacities ranging from 1 to 9kWh. This yields interesting insights on how the system works based on the timing of the generation and consumption of energy. The results are used to highlight the weaknesses of the selected converter arrangement for the interfacing of the PV source and the ESS. Results show that the system is rather stiff and lacks from conversion efficiency when it needs to work in a wide range of powers, mainly due to low consumer power demand during battery discharge. In this first part of the thesis, three solutions to workaround the efficiency problem are proposed: reducing the difference between the ESS and the DC-bus voltages, using isolated converters to interface the ESS, or adopting a new arrangement of the parts of the system. One of the first two proposed solutions should be adopted if the same system topology is to be kept. These two solutions address the efficiency problem when the ESS is involved in the energy conversion. The third solution is proposed as alternative to the classical systems that use a DC-bus to exchange power with the different parts of the system. The new proposed arrangement features a distributed maximum power point (DMPPT) type system that includes storage at module level. DMPPT systems are able to track the maximum power point (MPPT) of each panel separately by connecting a small power electronic converter (PEC) to each PV panel. They are specially useful when the PV installation receives uneven irradiance, i.e. shadows are present in some of the panels, increasing the annual yield of PV energy from 7 to 30% as reported in the literature. Unfortunately, this kind of systems cannot always handle high irradiance mismatches, and fail to track the maximum power point (MPP) throughout the whole installation in some cases. Including batteries at module level instead of connecting them to the DC-bus, allows for increasing the MPPT range of the system, virtually to any severity of irradiance mismatch (depending on the state of charge (SoC) of the battery pack), as well as adding storage capability to the system. The novel proposed system is able to workaround the problems of using non-isolated converters, achieving PV energy conversion efficiencies from 86% (for at least 10% of the peak power) to 90% and storage charge/discharge efficiencies ranging from 86% to 95%. Besides, it brings the opportunity to exploit the synergies of having storage at module level in systems that combine renewable energies and storage. Moreover, DMPPT systems achieve superior PV generation under partially shaded conditions when compared to classical PV arrays increasing the PV generation when compared to classical or centralized PV installations up to 45% in power as reported in the literature.In the second part of the thesis, the proposed novel DMPPT topology is presented. The whole system is fully designed from scratch, including PECs, sizing of the different parts of the modules, embedded control loops of the modules and supervisory control of the whole system. Finally, the results obtained from running the proposed system are shown and discussed, and suggestions given on how to operate and protect the system. Experimental results are obtained using a 1.5kWp PV power and 1.5kWh capacity test bench built for that purpose.The proposed system is able to generate PV energy, store the energy coming from PV generation and inject the generated and stored energy into the grid. The proposed system extends the MPPT capability of storage-less series-connected DMPPT systems. This is achieved by using the batteries not only to store energy when required, but also to compensate the power mismatch across DMPPT modules of the same string when the output voltage of the modules becomes a limit. It also presents a modular and upgradable approach to PV systems including storage. This modularity also brings fault tolerance, and an ability to continue working after failure of one or more of the DMPPT modules by partially or completely isolating the faulty module (depending on the nature of the fault). Moreover, the addition of the DC-DC converters allows for the use of different PV panels in the system, i.e. from different manufacturers or technologies.In conclusion, the presented system is very flexible, can be designed for a wide range of power levels and energy storage sizes, and presents improved reliability when compared to other series-connected DMPPT systems. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’électrophysiologie est l’étude des signaux électriques et électrochimiques générés par certaines cellules spécifiques tout comme par des organes entiers. Elle donne aux médecins l’opportunité de suivre le fonctionnement d’un seul neurone mais aussi de l’intégralité du cerveau. L’enregistrement de ces activités est essentiel pour le diagnostic de pathologies aussi diverses que les arythmies cardiaques, l’épilepsie ou la dégénération musculaire. Dans cette thèse, nous étudions différents types d’électrodes cutanées à base de matériaux organiques, de leur conception à leur évaluation préclinique. Notre approche est basée sur l’utilisation du polymère conducteur PEDOT :PSS et de gels ioniques, qui réduisent l’impédance de l’interface électrode-peau. De plus, nos électrodes sont conçues avec différents substrats fins et souples, plastiques ou textiles. Ceci appelle de nouvelles techniques de fabrications adaptées à ces substrats et aux matériaux organiques. Les électrodes sont caractérisées puis testées sur des volontaires afin de démontrer leurs excellentes performances par rapport aux électrodes médicales usuelles. L’évaluation de leur capacité à réduire le bruit et de leur stabilité sur plusieurs jours est effectuée sur des signaux venant des activités musculaires, cardiaques et cérébrales. Nous présentons également une électrode microscopique dite « active », basée sur le transistor organique électrochimique. Celui-ci permet d’amplifier et de filtrer in situ le signal. Parce que nos électrodes organiques cutanées possèdent un important potentiel industriel et clinique, nous étudions maintenant leur intégration dans des dispositifs médicaux de pointe. / Electrophysiology is the study of electrical and electrochemical signals generated by specific cells or whole organs. It gives doctors the opportunity to track the physiological behavior of a single neuron, as well as the integral brain. The recording of these activities is essential to diagnose and better understand diseases like cardiac arrhythmias, epilepsy, muscular degeneration and many more. In this thesis, we study different types of cutaneous electrodes based on organic materials, from conception to pre-clinical evaluation. Our approach is based on the usage of PEDOT:PSS conducting polymer and ionic gels in order to reduce impedance at the skin-electrode interface. Moreover, the substrate of our electrodes is made with different materials such as thin and conformable plastics and textiles. Our devices are then flexible, motion resistant and can be integrating into clothes. We developed new fabrication processes, considering the different substrates and organic materials specifics. The electrodes were characterized and then tested on human volunteers to show their excellent performance in comparison to standard medical electrodes. The evaluation of noise reduction capabilities and possibilities to perform long-term recordings were established on signals coming from muscles, heart and brain. Furthermore, we present a hundred micrometer-small “active” electrode, based on the organic electrochemical transistor. It enables in situ amplification and filtering of recorded signals. The wearable organic electrodes developed in this work are of great industrial and clinic interest. Future work will aim to integrate these technologies into state-of-the-art medical devices.

Les interfaces cerveau-machine (ICM) permettent de contrôler un appareil électronique grâce aux signaux cérébraux. Plusieurs méthodes de mesure de ces signaux, invasives ou non, peuvent être utilisées. L'électro-encéphalographie (EEG) est la méthode non-invasive la plus étudiée car elle propose une bonne résolution temporelle et le matériel nécessaire est bien moins volumineux que les systèmes de mesure des champs magnétiques.L'EEG a cependant une faible résolution spatiale, ce qui limite les performances des ICM utilisant cette méthode de mesure. Ce souci de résolution spatiale peut être réglé en utilisant le problème inverse de l'EEG, qui permet de passer des potentiels mesurés en surface à une distribution volumique des sources de courant dans le cerveau. Le principal verrou de cette technique est le temps nécessaire (plusieurs heures) pour calculer avec une station de travail la matrice permettant de résoudre leproblème inverse. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié les solutions actuelles pour accélérer matériellement la conception de cette matrice. Nous avons ainsi proposé, conçu et testé une architecture électronique dédiée à ces traitements pour ICM. Les premiers résultats démontrent que notre solution permet de passer de plusieurs heures de calcul sur une station de travail à quelques minutes sur circuit reconfigurable. Cette accélération des traitements d'imagerie par EEG facilitera grandement la recherche sur l'utilisation du problème inverse et ouvrira ainsi de nouvelles perspectives pour le domaine de l'ICM. / Brain-Computer Interfaces (BCI) are systems that use brain activity to control an external device. Various techniques can be used to collect the neural signals. The measurement can be invasive ornon-invasive. Electroencephalography (EEG) is the most studied non-invasive method. Indeed, EEG offers a fine temporal resolution and ease of use but its spatial resolution limits the performances of BCI based on EEG. The spatial resolution of EEG can be improved by solving the EEG inverse problem, which allows to determine the distribution of electrical sources in the brain from EEG. Currently, the main difficulty is the time needed(several hours) to compute the matrix which is used to solve the EEG inverse problem. This document describes the proposed solution to provide a hardware acceleration of the matrix computation. A dedicated electronic architecture has been implemented and tested. First results show that the proposed architecture divides the calculation time by a factor of 60 on a programmable circuit. This acceleration opens up new perspectives for EEG BCI.

La réalisation d’un ordinateur quantique est l’un des objectifs scientifiques les plus ambitieux et prometteurs de ce début de siècle.La force du calcul quantique réside dans sa capacité à se placer dans une superposition d’états et à utiliser les interférences entre eux pour dépasser la limite intrinsèque des ordinateurs classiques, qui est la description discrète des phénomènes physiques pourtant continus. Cela leur permettrait théoriquement de simplifier et de résoudre des problèmes insolubles pour les ordinateurs classiques.La première étape dans la réalisation d’un ordinateur quantique est sa brique de base : le bit-quantique, ou qubit. Il s’agit de l’analogue quantique du bit classique, qui permet de stocker l’information sous la forme de 0 ou de 1. Dans le cas quantique, l’information est formée par la superposition de ces deux états, en un nombre infini de possibilités. Si cette étape a été réalisée à de nombreuses reprises par la communauté, en utilisant des qubits de différentes natures, le couplage entre plusieurs d’entre eux reste difficile et limité en nombre. En effet, le système quantique ainsi formé a tendance à perdre sa cohérence ; ou dit autrement, à se détruire.Parmi les nombreuses possibilités de qubit existant, j’utilise le spin nucléaire. Ils ont l’avantage d’être relativement bien découplés de leur environnement, ce qui permet de les protéger des sources extérieures de décohérence et ainsi d’avoir un temps de vie supérieur aux spins électroniques.Cet avantage a un prix : il est plus difficile d’accéder à leur lecture.Pour ce faire, j’ai fabriqué un transistor moléculaire afin de connecter une molécule unique à deux centres magnétiques, le Tb2Pc3, aux électrodes de source et drain. L’aimant monomoléculaire utilisé possède deux centres magnétiques (les ions Tb3+) dont les spins électroniques J=6 sont couplés entre eux via une interaction dipolaire. De plus, chacun d’entre eux est couplé à son spin nucléaire I=3/2 via l’interaction hyperfine. On a ainsi un couple de deux qudits (d=4), ce qui porte la dimension de l’espace de Hilbert à 16, et ce à l’intérieur d’une unique molécule.Dans un premier temps, j’ai élaboré le diagramme Zeeman de la molécule, qui est sa réponse énergétique à un champ magnétique extérieur. Je détaille ensuite la fabrication des échantillons, et notamment l’utilisation de la technique d’électromigration. Je présente ensuite les mesures en transport électrique, aux très basses températures (milliKelvins) et sous champ magnétique, qui permettent de détecter le retournement du couple de spins électroniques, dont la position est dépendante de l’état du couple de spins nucléaires : c’est ainsi qu’est réalisée la lecture des états du couple de qudits.Une étude de la dynamique du système est alors réalisée par des mesures de corrélations entre la position des retournements des spins électroniques entre deux balayages consécutifs. On obtient ainsi, à la fois une meilleure visualisation des états du système, mais aussi de sa relaxation entre deux balayages en champ magnétique.Enfin, j’ai pu extraire sa température effective à l’aide d’une distribution de Maxwell-Boltzmann. De l’ordre de 300 mT, elle est cohérente avec la littérature, ainsi qu’avec celles extraites sur deux autres transistors moléculaires obtenus à d’autres moments de ma thèse.En résumé, cette thèse montre pour la première fois l’utilisation d’un transistor à molécule unique pour accéder à lecture d’un couple de qudits. Le grand nombre de molécules existantes, et le grand nombre de qubits ou qudits qui pourrait y être couplé, fait de la spintronique moléculaire une voie très prometteuse vers de possibles futurs ordinateurs quantiques moléculaires.La prochaine étape sera d’opérer la manipulation cohérente d’un tel système, notamment via l’utilisation de l’effet Stark, comme cela a déjà été réalisé à l’aide d’une molécule ne comportant qu’un centre magnétique. / The realization of a quantum computer is one of the most ambitious and promising scientific objectives of the beginning of this century.The strength of quantum computing lies in its ability to use a superposition of states and the interferences between them to overcome the intrinsic limit of classical computers, which is the discrete description of the continuous physical phenomena. This would theoretically allow them to simplify and solve impossible problems for conventional computers.The first step in the realization of a quantum computer, is its basic block: the quantum-bit, or qubit. It is the quantum analogue of the classical bit, which stores information in the form of 0 or 1. In the quantum case, information is formed by the superposition of these two states, leading to an infinity of possibilities. If this step has been done many times by the community, using qubits of different natures, the coupling between several of them remains difficult and limited in number. Indeed, the quantum systems thus formed tend to lose their coherence; or said otherwise, to destroy itself.Among the many possibilities of existing qubit, I have used the nuclear spin. They have the advantage of being relatively well decoupled from their environment, which makes it possible to protect them from external sources of decoherence, and thus to have a longer lifetime than electronic spins.This advantage has a price: it is more difficult to access their reading.To do this, I have made a molecular transistor to connect a single molecule possessing two magnetic centers, the Tb2Pc3, to the source and drain electrodes. The monomolecular magnet used has two magnetic centers (the Tb3 + ions), whose electronic spins J = 6, are coupled to each other via a dipolar interaction. In addition, each of them is coupled to its nuclear spin I = 3/2 via the hyperfine interaction. We thus have a pair of two qudits (d = 4), which brings the size of the Hilbert space to 16, and this inside a single molecule.At first, I have developed the Zeeman diagram of the molecule, which is its energy response to an external magnetic field. Then, I detail the manufacture of the samples, and in particular the use of the electromigration technique. Next, I present the electrical transport measurements, at very low temperatures (milliKelvins) and under a magnetic field, which make it possible to detect the reversal of the electronic spins, which position is dependent on the state of the pair of nuclear spins: it is how the reading of the states of qudits couple is performed.A study of the dynamics of the system is then carried out by correlation measurements among the position of the reversals of the electronic spins between two consecutive scans. This gives a better visualization of the states of the system, but also its relaxation.Finally, I was able to extract its effective temperature, using a Maxwell-Boltzmann distribution. Of the order of 300 mT, it is consistent with the literature, as well as with those extracted on two other molecular transistors obtained at other times of my thesis.In summary, this thesis shows for the first time the use of a single-molecule transistor to access reading of a qudits couple. The large number of existing molecules, and the large number of qubits or qudits that could be coupled inside one of them, makes molecular spintronics a very promising way for possible future molecular quantum computers.The next step will be to operate the coherent manipulation of such a system, in particular via the use of the Stark effect, as it has already been done using a molecule having only a magnetic center.

Le lien entre la structure semi-cristalline et les propriétés d’usage (mécaniques, diélectriques et électro-actives) de films de copolymères fluorés électro-actifs développés pour des applications en électronique organique imprimée a été étudié. Les matériaux investigués sont des copolymères poly(VDF-co-TrFE) et des terpolymères poly(VDF-ter-TrFE-ter-CTFE) à base de fluorure de vinylidène (VDF), trifluoroéthylène (TrFE) et chlorotrifluoroéthylène (CTFE).Les films de polymères obtenus par évaporation du solvant sont étudiés par diffraction des rayons X (SAXS-WAXS), DSC, FTIR, DMA, spectroscopie diélectrique et cycles de polarisation afin de mettre en évidence l’impact de la composition et de la mise en forme (recuit, polarisation) sur la structure et les propriétés finales du matériau. Nous montrons ainsi qu’au sein des films de copolymères, la phase ferroélectrique (FE) coexiste avec une phase ferroélectrique défective (DFE). La fraction croissante de cette phase DFE avec la teneur en TrFE permet d’expliquer l’évolution des propriétés thermiques dont la transition de Curie. Une transition structurale continue, de la phase DFE vers la phase paraélectrique (PE), en température a été mise en évidence.La teneur en termonomère CTFE influence fortement la structure cristalline et les propriétés électro-actives des films de terpolymères (disparition du caractère ferroélectrique au profit du caractère ferroélectrique relaxeur (RFE)). Nous prouvons pour la première fois l’existence d’une transition structurale continue entre la phase RFE et la phase PE au voisinage de la température ambiante. Cette transition permet d’expliquer les propriétés exacerbées de ces matériaux (constante diélectrique et déformation sous champ électrique). Enfin, des analogies de comportement entre les copolymères et les terpolymères sont discutées, notamment l’évolution des phases cristallines sous champ électrique, afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces polymères électro-actifs pour leur futur développement au niveau industriel. / The relationship between semi-crystalline structure and properties of use (mechanical, dielectric and electroactive) of fluorinated copolymer films was studied for applications in organic electronics. Investigated materials are poly(VDF-co-TrFE) copolymers and poly(VDF-ter-TrFE-ter-CTFE) terpolymers based on vinylidene fluoride (TrFE), trifluoroethylene (TrFE) and chlorotrifluoroethylene (CTFE). Polymer films, obtained after solvent evaporation, are studied by X-ray diffraction (SAXS-WAXS), DSC, FTIR, DMA, dielectric spectroscopy and polarization cycles in order to highlight the impact of composition and processing (annealing, poling) on structure and final properties of material. We showed that the ferroelectric (FE) phase coexists with the defective ferroelectric (DFE) phase in copolymer films. The increasing fraction of DFE phase with TrFE content allows explaining the evolution of thermal properties. A continuous structural transition, from DFE phase to paraelectric (PE) phase was highlighted. The CTFE termonomer content highly influences the crystalline structure and the electro-actives properties of terpolymer films (loss of ferroelectric behavior in favor of relaxor ferroelectric (RFE) behavior).We proved for the first time the existence of a continuous structural transition between RFE phase and PE phase around room temperature. This transition allows explaining exacerbated properties of these materials (dielectric constant and deformation under electric field).Finally, analogies of behavior between copolymers and terpolymers are discussed, especially the evolution of crystalline phases under electric field, in order to better understand how these electro-active materials work for their future development at industrial level.

Les techniques d'analyse des images présentées dans cette thèse sont élaborées dans le cadre du Projet Européen dédié au développement d'une plateforme automatique pour l'évaluation de la cristallisation des protéines membranaires. Un grand nombre d'échantillons est simultanément produit et évalué par microscopie électronique en transmission (MET). Pour rendre cette tache automatique, une analyse en ligne des images acquises est indispensable ; des régions d'intérêt essentielles pour le pilotage du microscope sont progressivement sélectionnées afin d'évaluer les cristaux de protéines a fort grossissement.L'observation de l'échantillon à moyen grossissement fournit des informations nécessaires pour la caractérisation du succès de la cristallisation 2D. Les objets résultants, et en particulier le gris. De plus, ces membranes sont pratiquement transparentes aux électrons et donc, apparaissent faiblement contrastées.Cette thèse présente un ensemble de techniques de traitement d'images pour leur analyse à moyen grossissement (5-15 nm/pixel). La contribution originale de ce travail est située sur i) une évaluation statistique des contours en mesurant la corrélation entre les niveaux de gris proche du contour et un filtre de gradient pour réduire le sur segmentation, ii) la reconnaissance des objets de l'image, iii) une étude préliminaire de classification. Cette chaîne est en cours de validation sur un prototype. / The image analysis techniques presented in the présent thesis have been developed as part of a European projeet dedicated to the development of an automatic membrane protein crystallization pipeline. A large number of samples is simultaneously produced and assessed by transmission electron microscope (TEM) screening. Automating this fast step implicates an on-fine analysis of acquired images to assure the microscope control by selecting the regions to be observed at high magnification and identify the components for specimen characterization.The observation of the sample at medium magnification provides the information that is essential to characterize the success of the 2D crystallization. The resulting objects, and especially the artificial membranes, are identifiable at this scale. These latter present only a few characteristic signatures, appearing in an extremely noisy context with gray-level fluctuations. Moreover they are practically transparent to electrons yielding low contrast. This thesis presents an ensemble of image processing techniques to analyze medium magnification images (5-15 nm/pixel). The original contribution of this work lies in: i) a statistical evaluation of contours by measuring the correlation between gray-levels of neighbouring pixels to the contour and a gradient signal for over-segmentation reduction, ii) the recognition of foreground entities of the image and iii) an initial study for their classification. This chain has been already tested on-line on a prototype and is currently evaluated.