Le cadre de cette thèse est la simulation numérique de l'interaction de la lumière avec des surfaces métalliques rugueuses pouvant être à l'origine de fortes localisation du champ électromagnétique du à des résonances plasmoniques. Les profils accidentés de ces surfaces ont des tailles caractéristiques de quelques nanomètres de largeur et de quelques dizaines de nanomètres de hauteur. La principale difficulté dans la simulation de tels phénomènes réside dans la diff'erence d'échelle entre la longueur d'onde de l'onde incidente et la taille des rugosités ainsi que les variations brutales du champ magnétique à la surface. Une méthode de simulation adaptée est la résolution numérique d'équations intégrales de surface ayant un profil périodique. Cette méthode a été implémentée en C++ et la part principale de ce travail a été le calcul de la fonction de Green pseudo-périodique. L'intensité du faisceau réfracté ainsi que les cartes de champ proche peuvent être calculées rigoureusement à partir de la solution obtenue. A l'aide de cette méthode, on a montré que des résonances plasmoniques situées dans les cavités d'un réseaux ayant des rainures de forme Gaussienne de taille nanométrique ont un comportement électrostatique similaire à celles des cavités rectangulaires, notamment une réflectivité spéculaire très faible en condition de résonance. Les performances actuelles des ordinateurs limitent cependant les études à des réseaux de petite période. Afin de dépasser ces limitations, on a fait appel à des bases de fonctions permettant de décomposer une fonction en ses parties de résolutions différentes: les ondelettes. Ce travail se conclue par une discussion sur le potentiel de deux utilisations différentes des ondelettes pour la résolution d'équation intégrales.

Ce travail de thèse apporte des éléments méthodologiques pour l'interprétation rapide de données électromagnétiques transitoires (TEM) aéroportées. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au problème de l'inversion 1D qui est, à ce jour, un traitement standard. Nous nous sommes ensuite focalisés sur le problème de l'inversion 2D rapide. En nous basant sur les résultats de modélisations numériques, nous proposons un modèle empirique de sensibilité pour effectuer une inversion 2D rapide. Les tests effectués sur des données synthétiques et réelles s'avèrent très prometteurs. Ensuite, nous étudions analytiquement l'effet de la topographie. Pour un demi-espace homogène incliné, nous montrons que la direction des courants induits dans le sous-sol dépend de l'angle de l'interface air/sol. Nous proposons alors une méthode pour prendre en compte cet effet. Enfin, nous testons nos méthodes de traitement sur des données VTEM acquises dans le bassin de Franceville au Gabon.

Les antennes reflectarrays constituent une solution innovante pour des applications spatiales et radars étant donné leur capacité à combiner les atouts des antennes réseaux et des antennes à réflecteur. Un reflectarray est composé d'une source primaire placée devant un réseau de cellules contrôlant les propriétés du champ réfléchi. Cette unique source alimente le réseau et évite la mise en place d'un circuit de distribution complexe et dissipatif propre aux antennes réseaux. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la simulation électromagnétique des reflectarrays à balayage électronique. Les outils actuels de simulation des reflectarrays à balayage électronique négligent ou approximent les couplages mutuels entre cellules pouvant conduire à des erreurs sur le diagramme de rayonnement. La simulation d'un reflectarray engendre, par ailleurs, des traitements complexes et des temps de calcul importants. L'enjeu de la simulation est donc de réduire les temps de calcul en conservant un haut degré de précision dans l'optique d'optimiser les performances en rayonnement et les délais de conception. Dans cette perspective, deux nouvelles méthodes ont été proposées : - La première méthode est consacrée à l'analyse fine du champ rayonné par l'antenne. Elle combine l'approche de la cellule environnée, développée par M.-A. Milon, et la technique de compression, généralement utilisée dans un contexte d'analyse de circuits. L'apport essentiel de la méthode réside dans l'extension de la technique de compression au traitement du champ rayonné pour l'analyse de cellules actives dans leur environnement réel. - La seconde méthode permet de calculer les réponses en phase d'une cellule du réseau en prenant en compte les effets des couplages mutuels issus des cellules environnantes. Ces réponses sont ensuite utilisées pour sélectionner la répartition optimale des états des cellules afin d'assurer un dépointage dans une direction. L'applicabilité de ces deux méthodes est démontrée par la simulation de différentes configurations de réseaux de cellules actives à base de diodes PIN. La bonne précision des résultats entre les méthodes proposées et des simulations de référence a montré qu'elles constituent une alternative intéressante aux approches classiques. L'exploitation des méthodes est réalisée pour l'étude d'un reflectarray à balayage électronique développé par Thales Systèmes Aéroportés et le CNES fonctionnant en bande X. Cette étude a montré que les deux méthodes répondent à des objectifs industriels et scientifiques en termes de précision dans l'estimation des performances et de temps de calcul accessibles.

Le moyen infrarouge (MIR), c'est-à-dire la gamme 2-5 µm du spectre électromagnétique, présente à la fois des zones de transparence de l'atmosphère et des raies d'absorption très intenses des gaz polluants. Le MIR est donc idéal pour développer des applications telles que l'analyse des gaz polluants, les applications médicales ou de sécurité défense. Le but de la thèse est de développer une méthode de confinement latéral, et un miroir à base d'un réseau de diffraction sub-longueur d'onde à fort contraste d'indice, afin de les intégrer dans un laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) à base d'antimoniure, pour une émission dans le MIR. Le travail se décompose en trois parties : La première partie concerne l'oxydation thermique humide latérale des couches d'AlAs et d'AlAsSb. La deuxième partie concerne les miroirs à réseau sub-longueur d'onde, conçus et réalisés à base de réseaux gravés dans une couche de GaAs, et intégrant une sous couche bas indice d'AlOx, obtenue à partir d'AlAs. La dernière partie synthétise ces deux précédentes études afin de les intégrer dans un VCSEL émettant aux alentours de 2.3µm.

L'utilisation de micronageurs hélicoidaux capables de se mouvoir dans des liquides à faible nombre de Reynolds trouve son intérêt dans beaucoup d'applications: de tâches in-vitro dans des laboratoires sur puce (transport et tri de micro-objets; assemblage de micro-composants...), à des applications in-vivo en médecine mini-invasive (livraison interne et ciblée de médicaments, curiethérapie, thermothérapie...); grace à leur dimensions microscopiques et agilité permettant l'accès à des endroits normalement très restreints. Plusieurs types de nageurs hélicoidaux actionnés magnétiquement possédant divers paramètres géométriques, formes de tête et positions de la partie magnétique ont été proposés dans de précédents travaux. Cependant, l'influence de tous ces paramètres n'a pas clairement été étudiée. À notre connaissance, les micronageurs hélicoidaux dans l'état de l'art sont principalement contrôlés en boucle ouverte, en raison de la complexité de la commande du champ magnétique actionnant la propulsion, et du nombre limité de retours ayant des critères satisfaisants. Cette thèse vise à: comparer les performances de déplacement de nageurs hélicoidaux avec des conceptions différentes afin d'améliorer leur design et de les caractériser, et réaliser un asservissement visual de nageur hélicoidal. Pour se faire, des nageurs hélicoidaux de tailles millimétriques ont été conçus et sont mis en conditions à faible nombre de Reynolds. La conception de ces "millinageurs" servira de base à la conception de micronageurs. Une commande boucle fermée par retour visuel de l'orientation d'un micronageur hélicoidal dans un espace 3D, et un suivi de trajectoires sur plan horizontal ont été effectués. Cette méthode de commande sera par la suite appliquée à des micronageurs hélicoidaux.

Avec la demande croissante pour les applications à haut débit et pour des liaisons fiables pour les systèmes de commande et de contrôle, la technologie CPL prend une place de plus en plus importante dans les systèmes innovants tels que les réseaux de communication et les réseaux de distribution intelligents. Le principal avantage de cette technologie est sa capacité à bénéficier de l'infrastructure du réseau électrique existant pour la transmission de signaux électromagnétiques. Les systèmes à large bande actuellement utilisés en intérieur opèrent principalement dans la gamme de fréquence de 2 MHz à 30 MHz. Cependant, dans l'environnement intérieur de type habitation ou bureau, les fils électriques des réseaux basse tension n'ont pas été initialement conçus pour propager des signaux de communication à des hautes fréquences. Cette thèse met l'accent sur l'une des principales limitations liées à la technologie CPL indoor, à savoir le rayonnement non intentionnel de signaux électromagnétiques. D'une part, nous nous sommes attachés à caractériser le niveau de rayonnement d'un système CPL typique, afin de vérifier s'il permet la cohabitation avec d'autres systèmes dans un même environnement. D'autre part, nous avons étudié et proposé des méthodes de réduction du niveau de rayonnement indésirable.

Les tests de dispositifs de communication sans fil peuvent être réalisés en utilisant des simulations numériques ou des sondeurs de canaux. Bien que ne reflétant pas un environnement électromagnétique réaliste, une chambre réverbérante peut néanmoins émuler un canal de propagation comparable à un cas réel si l'on modifie convenablement ses propriétés. Les propriétés des signaux générés dans une chambre réverbérante sont fonction de différents paramètres. Au cours des trois années de thèse, nous avons analysé et mis en oeuvre plusieurs techniques pour mesurer et contrôler ces paramètres à l'intérieur d'une chambre réverbérante. D'abord, différents estimateurs du facteur K sont testés et leurs propriétés sont évaluées. Nous présentons les limites de fonctionnement utiles dans lesquelles différents estimateurspeuvent être utilisés. Ensuite, nous proposons deux nouveaux estimateurs qui utilisent comme données d'entrée seulement l'enveloppe du signal. Ils apportent en outre des améliorations sur la gamme des valeurs détectables du facteur K. Une des possibilités pour contrôler un canal de propagation à l'intérieur d'une chambre réverbérante est d'utiliser des matériaux absorbants. Nous présentons une méthode pour estimer la surface équivalente moyenne d'absorption en utilisant une seule antenne. Cette méthode exploite la mesure de la bande de cohérence du canal de propagation. Ensuite, nous étendons notre analyse à la prédiction de la surface équivalente moyenne d'absorption lorsqueles dimensions géométriques et les propriétés électromagnétiques des absorbants sont connues. On crée ensuite un modèle de canal de propagation en exploitant les régimes transitoire et permanent du signal. Avec ce modèle, selon les informations disponibles, on peut extraire le facteur K, la surface équivalente moyenne d'absorption et différents paramètres temporels (i.e., profil de l'étalement des retards). Nous poursuivons avec deux applications possibles des chambres réverbérantes. Tout d'abord, on évalue le gain d'une antenne à partir de mesures du coefficient de réflexion decette antenne. Nous étendons notre analyse à l'évaluation du diagramme de rayonnement de l'antenne et de son erreur d'estimation. Nous estimons aussi la désadaptation de l'antenne et son ouverture à 3 dB. La deuxième application porte sur l'évaluation du gain de diversité dans la chambre réverbérante. Nous isolons les influences des efficacités des antennes, des puissances des composantes brassées, et des facteurs K sur l'évaluation du gain de diversité.On obtient une relation simple de la corrélation de puissance en fonction de la corrélation complexe lorsque les facteurs K sur différents branches ne sont pas identiques. Nous montrons que lors d'un fort déséquilibre de facteur K il est impossible de conclure sur le gain de diversité à partir de la seule évaluation de la corrélation d'enveloppe ou de puissance. À l'aide de simulations statistiques on compare le gain de diversité mesuré avec les valeurs simulées.

L'étude de la susceptibilité électromagnétique de circuits électroniques nécessite l'utilisation d'un outil de simulation rapide, précis et suffisamment flexible pour intégrer les dernières innovations technologiques. La méthode itérative basée sur le concept d'onde (notée WCIP pour Wave Concept Iterative Procedure) initialement proposée par H. Baudrand est particulièrement adaptée pour la modélisation numérique de circuits multicouches à plusieurs niveaux de métallisation. Pour ce type de circuits, elle se révèle être l'une des méthodes qui utilise le plus petit nombre d'inconnues pour atteindre une précision donnée. Néanmoins, la WCIP n'est pas adaptée à la prise en compte des diélectriques inhomogènes et des trous d'interconnexion. L'objectif de la thèse est de s'affranchir de ces limitations par un couplage avec des méthodes numériques volumiques. En premier lieu, l'hybridation a été mise en œuvre avec une méthode basée sur la théorie des lignes de transmission pour des raisons de correspondance de maillages. Par la suite, le couplage avec une technique d'éléments finis de type Galerkin Discontinu (notée GD) Hybridée permet d'atteindre des objectifs de précision et de rapidité car GD apporte une flexibilité dans la discrétisation. En effet, c'est une méthode d'éléments finis non conforme qui permet notamment de faire varier d'un élément à l'autre l'ordre polynomial d'approximation. On a ainsi développé une nouvelle méthode numérique hybride couplant la WCIP avec des méthodes volumiques qui offrent plus de souplesse pour la prise en compte des milieux complexes. Enfin, une stratégie de résolution par décomposition de domaines est également abordée à la fin du manuscrit. / Electromagnetic susceptibility study of electronic circuits requires the use of a simulation tool which is fast, accurate and flexible enough to incorporate the latest technological innovations. The Wave Concept Iterative Procedure (WCIP) initially proposed by H. Baudrand is particularly adapted for numerical modeling of multilayered circuits with multilevel metallization. For this kind of circuits, it turns out to be one of the methods that uses the smallest number of unknowns to reach a given accuracy. However, the WCIP is not appropriate for inhomogeneous dielectric substrates and metallized via holes. The aim of this PhD thesis is to overcome these limitations coupling the WCIP with volume numerical methods. First, hybridization is carried out with the Frequency Domain Transmission Line Matrix (denoted FDTLM) assuming matching meshes at the interface between computational domains of both methods. Subsequently, the coupling with a finite element technique like a Hybridized Discontinuous Galerkin (denoted DG) method is considered to achieve the objectives of accuracy and speed because DG brings flexibility in the discretization. Indeed, it is a nonconforming finite element method which allows in particular changing the polynomial approximation order from one element to another. Therefore, a new hybrid method is developed coupling the WCIP with volume numerical methods which offer more flexibility for dealing with complex environments. Finally, a domain decomposition solution strategy is also discussed at the end of the manuscript.

Le cadre de cette thèse est la simulation numérique de l'interaction de la lumière avec des surfaces métalliques rugueuses pouvant être à l'origine de fortes localisation du champ électromagnétique du à des résonances plasmoniques. Les profils accidentés de ces surfaces ont des tailles caractéristiques de quelques nanomètres de largeur et de quelques dizaines de nanomètres de hauteur. La principale difficulté dans la simulation de tels phénomènes réside dans la diff'erence d'échelle entre la longueur d'onde de l'onde incidente et la taille des rugosités ainsi que les variations brutales du champ magnétique à la surface. Une méthode de simulation adaptée est la résolution numérique d'équations intégrales de surface ayant un profil périodique. Cette méthode a été implémentée en C++ et la part principale de ce travail a été le calcul de la fonction de Green pseudo-périodique. L'intensité du faisceau réfracté ainsi que les cartes de champ proche peuvent être calculées rigoureusement à partir de la solution obtenue. A l'aide de cette méthode, on a montré que des résonances plasmoniques situées dans les cavités d'un réseaux ayant des rainures de forme Gaussienne de taille nanométrique ont un comportement électrostatique similaire à celles des cavités rectangulaires, notamment une réflectivité spéculaire très faible en condition de résonance. Les performances actuelles des ordinateurs limitent cependant les études à des réseaux de petite période. Afin de dépasser ces limitations, on a fait appel à des bases de fonctions permettant de décomposer une fonction en ses parties de résolutions différentes: les ondelettes. Ce travail se conclue par une discussion sur le potentiel de deux utilisations différentes des ondelettes pour la résolution d'équation intégrales. / The framework of this thesis is the numerical simulation of the interaction of light with rough metallic surfaces which can be the origin of giant enhancements of the electromagnetic field due to plasmonic resonances. The abrupt profile of these surfaces have characteristic sizes of a few nanometers of width and a few tens of nanometers of height. The main difficulty in the simulation of such phenomena is in the scale difference of the wavelength of the incident wave and the size of the roughness as well as the abrupt variations of the magnetic field at the surface. A suited method of simulation is the numerical resolution of surface integral equations for periodic profile of the surface. This method was implemented in C++ and the main part of this work was the calculation of the pseudo-periodic Green function. The intensity of the refracted beam and that of the electromagnetic field maps are rigorously calculated from the obtained solution. We showed by applying this method that plasmonic resonances situated in the cavity of gratings with Gaussian shaped grooves of nanometric sizes have an electrostatic behaviour similar to that of the rectangular grooves, in particular, a very low specular reflectivity at the resonance. The current performances of computers limit the studies to gratings with a small period. In order to overcome these limitations, we considered a function basis enabling to decompose a functions into its components of different resolutions: the wavelets. This work ends with a discussion on the potential of two different applications of the wavelets to the resolution of integral equations.

La simulation multiphysique de l'interaction rayonnement-matière, des effets thermiques et mécaniques induits dans un matériau nanostructuré à un intérêt notamment lorsqu'il s'agit d'élaborer des capteurs voire de les optimiser. En effet, les effets thermiques peuvent être utilisés pour des applications chimiques ou biologiques et les dilatations mécaniques peuvent influer sur la durabilité du capteur et sur son efficacité. A l’échelle nanométrique, les longueurs caractéristiques des effets thermo-électro-magnétique-mécaniques ne sont pas du même ordre de grandeur et la simulation éléments finis doit être adaptée à chaque problème avec un contrôle adapté à l'erreur de la solution physique. Une procédure utilisant un remailleur adaptatif 3D Optiform et Comsol Multiphysics permet une relaxation du maillage ou un raffinement adapté afin d'accélérer la résolution (RAM et CPU) et améliorer la solution physique. Des simulations numériques des nano-objets de formes simples et des nanoantennes pour lesquelles l'exaltation du champ électromagnétique est localisée dans des zones de quelques nanomètres, alors que le gradient de température est beaucoup plus homogène dans le domaine de calcul et les dilatations sont nanométriques sont effectuées / Multiphysics simulation of light-matter interaction, induced temperature and dilation in nanostructures is of interest especially when it comes to develop or optimize sensors. Indeed, thermal effects can be used for chemical or biological applications, and mechanical dilation can affect the durability of the sensor and its effectiveness.However, the characteristic lengths of electromagnetic fields, temperature and dilation are not of the same magnitude and the mesh used in a finite element multiphysics model must be adapted to each problem. An efficient numerical model for controlling the error in the computational domain is necessary while allowing the relaxation or the refinement of the mesh, in order to decrease the computational time and memory.The purpose of this thesis is to show that the adaptation loop of the mesh for solving a multiphysics 3D problem using Comsol Multiphysics in OPTIFORM mesher, based on the error estimation of the physical solution, is more efficient than a conventional remeshing process.The proposed procedure is applied to simulate nano-objects with simple shapes and to nanoantennas for which the confinement of the electromagnetic field is localized on a few nanometers, while the gradient of the temperature is much smoother in the computational domain but leading to nanoscale dilation