Ce travail porte sur la caractérisation de matériaux en couches minces par spectroscopie terahertz dépendant du temps. Dans ce but, nous avons élaboré un banc d’analyse spectroscopique dont l’émission et la détection terahertz reposent sur l’utilisation de laser femtoseconde, de semi-conducteurs, de photocommutateurs ultrarapides ou de cristaux électro-optiques. La réponse diélectrique quantitative de matériaux ferroélectriques (titanate de baryum/ - Ba1-xSrxTiO3) déposés sous forme de couches minces, a permis de mettre en évidence l’importance des modes mous de phonon par une étude en température. Enfin, le comportement électromagnétique de polymères conducteurs à base de polyaniline a été effectué notamment leur efficacité de blindage en bande millimétrique et submillimétrique. / This work concerns the characterization of thin film materials by terahertz time domain spectroscopy. For this purpose, we elaborated a terahertz setup in which the terahertz emission and terahertz detection are based on the use of femtosecond laser, semiconductors, ultrafast photoswitches or electro-optic crystals. The study of dielectric function of ferroelectrics thin film (barium titanate/-Ba1-xSrxTiO3) with temperature, give the importance of soft phonon mode. Finally, the electromagnetic behavior of conducting polymers based on polyaniline was made, in particular their shelding effectiveness in millimeter and sub-millimeter length.

La modélisation de matériaux composites est un domaine d’étude qui bénéficie d’un intérêt croissant. En effet, la vulgarisation de l’utilisation de tels matériaux nécessite le développement de nouveaux modèles afin de mieux comprendre leur comportement. L’industrie automobile et aéronautique s’efforce d’optimiser le choix des matériaux en fonction des spécificités de chaque application, afin de réduire la masse des équipements et de leur assurer de meilleurs caractéristiques mécaniques et thermiques. Les matériaux composites se sont aussi présentés comme une éventuelle alternative au métal pour le rôle de blindage électromagnétique. Leur généralisation dans cette optique se heurte néanmoins à une relative méconnaissance de leur comportement électromagnétique. A cet effet, il est nécessaire de disposer de méthodologies permettant d'évaluer l'efficacité de blindage de boîtiers en matériaux composites et de cerner les différents mécanismes et paramètres correspondants.Par ailleurs, le déploiement de ces matériaux alternatifs à plus grande échelle est freiné par d'autres contraintes liées essentiellement à la difficulté de l'analyse électromagnétiques 3D complète de systèmes complexes abritant des boîtiers en matériaux composites. En effet, la complexité topologique de certains composants complique considérablement leur insertion dans les outils de simulation électromagnétique existants. De plus, le rapport d'échelle entre les différents niveaux (système, boîtiers composites, cartes, circuits, composants) est trop important ; cette disparité d'échelle complexifie considérablement la discrétisation géométrique de l'ensemble. L'association de ces différentes contraintes conduisent à des difficultés réelles aux quelles les ingénieurs CEM sont confrontés. C'est pourquoi il est nécessaire de développer des modèles performants permettant de faciliter l'analyse 3D du système hôte complet. Ce travail de thèse s'est donc réparti sur deux volets :- dans un premier temps, nous présentons une méthodologie de calcul de l'efficacité de blindage des boîtiers en matériaux composites, afin d'évaluer la potentialité de ces matériaux en termes de blindage électromagnétique et de cerner les principaux facteurs qui y contribuent.- dans un second temps et dans l'objectif de fournir une approche permettant de mettre les systèmes électroniques complexes intégrant des boîtiers de blindage composites en conformité avec les exigences strictes de CEM, nous proposons une méthodologie de modélisation des rayonnements électromagnétiques. Cette modélisation (à base d’algorithmes génétiques) permet de remplacer les dispositifs ou les boîtiers rayonnants (composites notamment) par un ensemble de dipôles élémentaires. Le modèle équivalent, de type "boîte noire", est ainsi représentatif de l’ensemble de la structure en termes de rayonnement électromagnétique en hautes fréquences et est facilement intégrable dans le maillage de structures hôtes. Ce modèle multipolaire fournit des prédictions spatiales et fréquentielles du champ électrique et magnétique permettant entre autres de calculer l'efficacité de blindage du boîtier dans l'espace, donnant ainsi un moyen de quantifier son impact perturbateur sur son environnement. D'autre part, cette approche permet de simplifier l'analyse 3D d'un système complet abritant des boîtiers composites en contrôlant le comportement EM à tous les niveaux : système, boîtiers, cartes, circuits et composants. / The modeling of composite materials is a domain of study which benefits of increasingly interest. Indeed, the popularization of the use of such materials requires the development of new models in order to better understand their behavior. The automotive and aerospace industry strives to optimize material selection based on the specificities of each application in order to reduce the weight of the equipment and to provide better mechanical and thermal characteristics. Composite materials have been also presented as a potential alternative to metals for the role of electromagnetic shielding. Their generalization in this context is nevertheless hampered by a relative lack of knowledge of their electromagnetic behavior. For this purpose, it is necessary to have methodologies to evaluate the shielding effectiveness of composite enclosures and identify the different corresponding mechanisms and parameters.Moreover, the deployment of these alternative materials on a larger scale is hindered by other constraints related mainly to the difficulty of complete 3D analysis of complex systems including composite enclosures. In fact, the topological complexity of certain components greatly complicates their integration into existing electromagnetic simulation tools. Moreover, the scale ratio between the different levels (system, composite enclosures, electronic card, circuit, component) is too large ; This disparity of scale complexifies considerably the geometrical discretization of the entire system. The combination of these different constraints leads to real difficulties to which EMC engineers face. That is why it is necessary to develop efficient models to facilitate the 3D analysis of the complete host system.This work is therefore divided in two sections :- In a first time, we present a methodology to calculate shielding effectiveness of composite enclosures of electronic equipment. The goal is to evaluate the potential of these materials in terms of electromagnetic shielding and to identify the main contributing factors.- In a second time, and in order to ensure compliance of complex electronic systems incorporating composite shielding enclosures with the stringent requirements of EMC, we propose a modeling methodology of electronic devices radiation. This modeling (based on genetic algorithms) allows to replace the radiating devices and enclosures (especially composites) by a set of elementary dipoles. The equivalent model, "black box" type, is thus representative of the entire structure in terms of high frequency electromagnetic radiation and is easily integrable in the mesh of host structures. This multipolar model provides spatial and frequency predictions of the electric and magnetic field, enabling among others to calculate the shielding effectiveness of the radiating enclosure in space, thereby giving a way to quantify its disruptive impact on its environment. Moreover, this approach allow to simplify the 3D analysis of a complete system comprising composite enclosures by controlling the EM behavior at all levels: system, enclosures, cards, circuits and components.

L’électronisation de l’industrie a mené à l’augmentation de la pollution électromagnétique pouvant être néfaste pour les systèmes électroniques sensibles et les êtres vivants. L’un des moyens pour limiter la propagation des champs électromagnétiques est l’utilisation d’un blindage. L’étude s’est ainsi focalisée sur l’élaboration à froid d’un composite bimétallique pour le blindage magnétique. Le composite étudié allie les propriétés physiques de l’aluminium et de l’acier via le trilame Al8011/AcierDC01/Al8011. Le trilame est élaboré par colaminage à température ambiante. Il s’est avéré que la qualité de l’adhérence des interfaces Al/Acier et l’architecture du trilame dépendent fortement des paramètres du colaminage. Une préparation minutieuse des tôles et de leurs surfaces concomitantes se révèle être tout aussi importante que le colaminage en lui-même. De plus, au cours du colaminage, la tôle d’acier s’est montrée sensible à des instabilités plastiques qui amènent par la suite à sa striction et à sa fragmentation. Ces instabilités plastiques favorisent l’adhérence grâce à des soudages Al/Al mais n’en sont pas un prérequis. Au niveau de l’efficacité de blindage, le trilame s’est révélé être particulièrement intéressant puisque, grâce à sa composition et à sa structuration, il est capable d’atténuer aussi bien les champs magnétiques basses fréquences (< 1 kHz) que les champs magnétiques de plus hautes fréquences (> 1 kHz). Dans une étude à iso-masse, le trilame a présenté une meilleure efficacité de blindage que les tôles d’Al, de Cu et d’acier. Cependant, la fragmentation de l’acier dans le trilame s’est révélée être néfaste pour le blindage magnétique, nécessitant de faire alors un compromis entre tenue mécanique et efficacité de blindage. / The growth of electronic devices has led to an increase in electromagnetic pollution that can be harmful to sensitive electronic systems and living beings. One of the means of limiting the propagation of electromagnetic fields is the use of shielding. Then, the study focused on the elaboration of a bimetallic composite for magnetic shielding. The studied composite combines the physical properties of aluminum and steel via the Al8011/SteelDC01/Al8011 trilayer. The trilayer is produced by cold roll bonding (CRB). It has been found that the adherence quality of the Al/Steel interfaces and the architecture of the composite heavily depend on the CRB parameters. Careful preparation of the sheet and their concomitant surfaces is just as important as CRB itself. Furthermore, during CRB, the steel sheet was sensitive to plastic instabilities which subsequently led to its necking and fragmentation. These plastic instabilities promote adherence through Al/Al welds but are not a prerequisite. In terms of shielding effectiveness, the bimetallic composite has proved to be particularly interesting. Thanks to its composition and its structuring, it can attenuate both low (< 1 kHz) and high frequency (> 1 kHz) magnetic fields. In an iso-mass study, the composite showed a higher shielding effectiveness than Al, Cu and steel sheets. However, the steel fragmentation in the composite proved to be detrimental to magnetic shielding, then requiring a compromise between mechanical strength and shielding effectiveness.

Le contexte d'étude est celui de la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L'objectif de la CEM est, comme son nom l'indique, d'assurer la compatibilité entre une source de perturbation électromagnétique et un système électronique victime. Or, la prédiction de ces niveaux de perturbation ne peut pas s'effectuer à l'aide d'un simple calcul analytique, en raison de la géométrie qui est généralement complexe pour le système que l'on étudie, tel que le champ à l'intérieur d'un cockpit d'avion par exemple. En conséquence, nous sommes contraints d'employer des méthodes numériques, dans le but de prédire ce niveau de couplage entre les sources et les victimes. Parmi les nombreuses méthodes numériques existantes à ce jour, les méthodes Multi-Domaines (MD) sont très prisées. En effet, elles offrent la liberté aux utilisateurs de choisir la méthode numérique la plus adaptée, en fonction de la zone géométrique à calculer. Au sein de ces méthodes MD, la " Domain Decomposition Method " (DDM) présente l'avantage supplémentaire de découpler chacun de ces domaines. En conséquence, la DDM est particulièrement intéressante, vis-à-vis des méthodes concurrentes, en particulier sur l'aspect du coût numérique. Pour preuve, l'ONERA continue de développer cette méthode qui ne cesse de montrer son efficacité depuis plusieurs années, notamment pour le domaine des Surfaces Équivalentes Radar (SER) et des antennes. L'objectif de l'étude est de tirer profit des avantages de cette méthode pour des problématiques de CEM. Jusqu'à maintenant, de nombreuses applications de CEM, traitées par le code DDM, fournissaient des résultats fortement bruités. Même pour des problématiques électromagnétiques très simples, des problèmes subsistaient, sans explication convaincante. Ceci justifie cette étude. Le but de cette thèse est de pouvoir appliquer ce formalisme DDM à des problématiques de CEM. Dans cette optique, nous avons été amenés à redéfinir un certain nombre de conventions, qui interviennent au sein de la DDM. Par ailleurs, nous avons développé un modèle spécifique pour les ouvertures, qui sont des voies de couplage privilégiées par les ondes, à l'intérieur des cavités que représentent les blindages. Comme les ouvertures sont, en pratique, de petites dimensions devant la longueur d'onde, on s'est intéressé à un modèle quasi-statique. Nous proposons alors un modèle, qui a été implémenté, puis validé. Suite à ce modèle, nous avons développé une méthode originale, basée sur un calcul en deux étapes, permettant de ne plus discrétiser le support des ouvertures dans les calculs 3D.

Le contexte d’étude est celui de la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L’objectif de la CEM est, comme son nom l’indique, d’assurer la compatibilité entre une source de perturbation électromagnétique et un système électronique victime. Or, la prédiction de ces niveaux de perturbation ne peut pas s’effectuer à l’aide d’un simple calcul analytique, en raison de la géométrie qui est généralement complexe pour le système que l’on étudie, tel que le champ à l’intérieur d’un cockpit d’avion par exemple. En conséquence, nous sommes contraints d’employer des méthodes numériques, dans le but de prédire ce niveau de couplage entre les sources et les victimes. Parmi les nombreuses méthodes numériques existantes à ce jour, les méthodes Multi-Domaines (MD) sont très prisées. En effet, elles offrent la liberté aux utilisateurs de choisir la méthode numérique la plus adaptée, en fonction de la zone géométrique à calculer. Au sein de ces méthodes MD, la « Domain Decomposition Method » (DDM) présente l’avantage supplémentaire de découpler chacun de ces domaines. En conséquence, la DDM est particulièrement intéressante, vis-à-vis des méthodes concurrentes, en particulier sur l’aspect du coût numérique. Pour preuve, l’ONERA continue de développer cette méthode qui ne cesse de montrer son efficacité depuis plusieurs années, notamment pour le domaine des Surfaces Équivalentes Radar (SER) et des antennes. L’objectif de l’étude est de tirer profit des avantages de cette méthode pour des problématiques de CEM. Jusqu’à maintenant, de nombreuses applications de CEM, traitées par le code DDM, fournissaient des résultats fortement bruités. Même pour des problématiques électromagnétiques très simples, des problèmes subsistaient, sans explication convaincante. Ceci justifie cette étude. Le but de cette thèse est de pouvoir appliquer ce formalisme DDM à des problématiques de CEM. Dans cette optique, nous avons été amenés à redéfinir un certain nombre de conventions, qui interviennent au sein de la DDM. Par ailleurs, nous avons développé un modèle spécifique pour les ouvertures, qui sont des voies de couplage privilégiées par les ondes, à l’intérieur des cavités que représentent les blindages. Comme les ouvertures sont, en pratique, de petites dimensions devant la longueur d’onde, on s’est intéressé à un modèle quasi-statique. Nous proposons alors un modèle, qui a été implémenté, puis validé. Suite à ce modèle, nous avons développé une méthode originale, basée sur un calcul en deux étapes, permettant de ne plus discrétiser le support des ouvertures dans les calculs 3D. / The context of the study is the ElectroMagnetic Compatibility (EMC). Principal aim of the EMC is to ensure the compatibility between an electromagnetic perturbance source and an electronic device victim. Unfortunately, the perturbation levels prediction can not be made using an analytic formula, because the geometry which is generally complex for the interesting system, for example the field inside an aircraft’s cockpit. Therefore, we are contrained to use numerical methods, to be able to evaluate this coupling level between sources and victims. Among several existing numerical methods, Multi-Domains (MD) methods are very interesting. They offer to users the freedom to choose the most powerfull numerical method, in terms of the geometrical zone evaluated. With the MD methods, « Domain Decomposition Method » (DDM) has the avantage of decouplingeach of theses areas. Therefore, DDM is very interesting, compared to other methods, in particular on the numerical cost. ONERA keeps on developing this method, which has not stop showing his efficiency since several years, in particular in Radar Cross Section (RCS) and antennas. The objective of this study is to take the benefits of this method for EMC problems. Up to now, several EMC applications treated by the DDM code provided results strongly noisy. Even for with very simple electromagnetic cases, some problems remained without convincing explanations. This justifies this study. The aim of this thesis is to can be able to apply DDM formalism to EMC problems. Then, we have been induced to redefine a number of conventions which are involved in the DDM. Otherwise, we have developed a specific model for the apertures which are privilegied tracts of the coupling by the penetration of waves inside cavities (shieldings). As the apertures have in practice smaller dimensions compared to the wavelength, we have been interested to a quasistatic model which was developped, implemented and validated. Following this model, we have developed an original method, based on a two step calculation, able to do not discretize the apertures support in 3D computations.