Ces travaux portent sur le développement d'un capteur capacitif de pluie à électrodes protégées fonctionnant en mode différentiel. Dans un premier temps, les propriétés électriques des différents matériaux constitutifs du capteur sont déterminées expérimentalement. A partir de considérations théoriques, nous avons établi des expressions semi-empiriques traduisant la dépendance en fréquence et en température des permittivités diélectriques, nécessaires aux calculs des capacités. Le capteur est ensuite dimensionné par simulation numérique (méthode des éléments finis) puis fabriqué selon différents procédés de dépôt pour les électrodes. Deux motifs d'électrodes sont étudiés : électrodes linéaires et électrodes interdigitées. La sensibilité à l'eau est évaluée par simulation numérique (film puis gouttes d'eau de volume variable) avant validation expérimentale. L'influence de la température sur les performances du capteur est finalement abordée : les effets de la dilatation thermique des matériaux et de la variation des permittivités diélectriques sont successivement traités. A l'issue de cette étude, l'efficacité du mode différentiel contre l'influence de la température est évaluée.

Ce manuscrit présente mes activités de recherche sur la conception et l'utilisation de systèmes analogiques neuromorphiques.

L'émission de lumière est une puissante technique de localisation dans le domaine de l'analyse de défaillance des circuits intégrés. Depuis plusieurs années, elle est utilisée comme une technique capable de localiser et d'identifier des défauts émissifs, tels que les courants de fuites, en fonctionnement statique du composant. Cependant, l'augmentation d'intégration et des performances des circuits actuels implique l'apparition d'émissions de défauts dynamiques dus à l'utilisation de fréquences de fonctionnement de plus en plus élevées. Ces contraintes imposent une adaptation de la technique d'émission de lumière qui doit donc évoluer en même temps que l'évolution des circuits intégrés. C'est dans ce contexte que de nouveaux modes de détection, liés à l'émission de lumière, est apparu : PICA et TRE. Ainsi, les photons sont collectés en fonction du temps donnant ainsi une place importante à la technique par émission de lumière dynamique pour le debbug et l'analyse de défaillance en procédant à une caractérisation précise des défauts issus des circuits intégrés actuels. Pour répondre aux exigences dues à l'analyse du comportement dynamique des circuits intégrés, des méthodes ont été identifiées à travers la technique PICA et la technique d'émission en temps résolu connue sous le nom de technique mono-point TRE. Cependant, les techniques PICA et TRE sont exposées à un défi continu lié à la diminution des technologies et donc des tensions d'alimentation. Pour analyser des circuits de technologies futures à faible tension d'alimentation, il est nécessaire de considérer différentes approches afin d'améliorer le rapport signal sur bruit. Deux solutions sont présentées dans ce document : un système de détection optimisé et des méthodes de traitement de signal.

Les technologies VLSI (" Very large Scale Integration ") font partie de notre quotidien et nos besoins en miniaturisation sont croissants. La densification des transistors occasionne non seulement des difficultés à localiser les défauts dits " hard " apparaissant durant les phases de développement (debug) ou de vieillissement, mais aussi l'apparition de comportements non fonctionnels purs du composant liés à des défauts de conception. Les techniques abordées dans ce document sont destinées à sonder les circuits microélectroniques à l'aide d'un outil appelé émission de lumière dynamique (Time Resolved Imaging - TRI) à la recherche de comportements anormaux au niveau des timings et des patterns en jeu dans les structures. Afin d'aller plus loin, cet instrument permet également la visualisation thermographique en temps résolu de phénomènes thermiques transitoires au sein d'un composant.

Dans ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés à l'in fluence du bruit synaptique sur la plasticité synaptique dans un réseau de neurones biophysiquement réalistes. Le simulateur utilisé est un système électronique neuromorphique. Nous avons implanté un modèle de neurones à conductances basé sur le formalisme de Hodgkin et Huxley, et un modèle biophysique de plasticité. Ces travaux ont inclus la con figuration du système, le développement d'outils pour l'exploiter, son utilisation ainsi que la mise en place d'une plateforme le rendant accessible à la communauté scientifique via Internet et l'utilisation de scripts PyNN (langage de description de simulations en neurosciences computationnelles).

Les assemblages PoP pour " Package on Package " permettent d'augmenter fortement la densité d'intégration des circuits et systèmes microélectroniques, par superposition de plusieurs éléments semi-conducteurs actifs. Les interconnexions internes de ces systèmes sont alors soumises à des contraintes jamais atteintes. Nous avons pu identifier, caractériser, modéliser et simuler les mécanismes de défaillance potentiels propres à ces assemblages, et leur évolution : * Les gauchissements dans la phase d'assemblage du " PoP " et ses contraintes thermomécaniques sont plus importants que ceux de chacun des composants individuels. Un modèle analytique original a été construit et mis en ligne afin d'évaluer a priori ce gauchissement. * Les comportements hygroscopiques et hygromécaniques sont simulés et mesurés par une approche originale. L'assemblage " PoP " absorbe plus d'humidité que la somme des deux composants individuels, mais son gauchissement hygromécanique et ses contraintes hygromécaniques sont moins élevées. * Deux types d'essais de vieillissement accéléré sont réalisés pour étudier la fiabilité du " PoP " assemblé sur circuit imprimé : des cycles thermiques et des tests sous fort courant et température élevée. Dans ces deux types d'essais, l'assemblage d'un composant " top " sur un autre composant " bottom " pour former un PoP augmente les risques de défaillances. * L'évolution de la microstructure selon le type de vieillissement est comparée par des analyses physiques et physico-chimiques. Les fissures sont toujours situées dans l'interface substrat/billes, qui correspond aux zones critiques prédites par les simulations.

Cette thèse, qui s'intègre dans le cadre du projet européen EMCOMIT, a pour objectif de contribuer à l'étude des circuits imprimés haute densité d'intégration comportant un nombre de couches important et des composants enterrés. La qualification de cette technologie est effectuée en conduisant des simulations et des mesures électriques sur des véhicules de tests spécifiques. L'analyse des résultats électriques permet d'évaluer l'aptitude de ces matériaux à répondre aux exigences des applications de télécommunication et de technologie de l'information rapide. La fiabilité d'un assemblage de BGA de grande taille sur un circuit imprimé a été évaluée. Des simulations thermomécaniques ont été effectuées afin de calculer les contraintes résiduelles accumulées pendant le procédé d'assemblage puis l'énergie dépensée dans les parties critiques des joints au cours d'un cycle thermique. Simultanément, des BGA reportés sur des circuits imprimés ont été placés dans une chambre climatique et ont subi des variations de températures.

In order to combat the climate change caused by increasing emissions of CO2 from industrial processes, Carbon Capture and Storage (CCS) technologies have been accepted worldwide to address these pressing global warming concerns. So as to efficiently manage material and financial losses across the entire stream, accurate accounting and monitoring through fiscal metering of CO2 in CCS transportation pipelines are core and required features for the deployment of CCS technologies. Moreover, these technical requirements are part of the legal compliance schemes and guidelines from various regulatory bodies. This thesis reports experimental studies of two different metering technologies, an Averaging Pitot Tube (APT) and a Coriolis mass flowmeter (CMF), for CO2 flow measurement, together with the design and implementation of a CO2 flow calibration facility. A prototype system for the leak detection of the gas phase of CO2 is also developed. A review of the methodologies and technologies for the flow measurement and leak detection of CO2 gas is firstly given, followed by the discussion of the main challenges and technical requirements in their applications. Based on this review, two flow metering technologies, APT and CMF, are selected for experimental studies and a calibration platform using both volumetric and direct mass measurement methods for the gas phase of CO2 is also developed. The APT and CMF were calibrated and evaluated in the test facility. Experimental results obtained in this test facility demonstrate that the instruments are capable of accurately metering gaseous CO2 within a measurement uncertainty of ±1.5%. Flow characterization of the fluid under wet and mixed components conditions were further assessed with both meters. Under wet CO2 flow, results obtained show that both flow instruments are subject to significant measurement errors. The APT gave an error of up to ±25%, for a liquid fraction of 20%, while the error of the CMF was up ±6%, for a liquid fraction of 10%. Further investigations show that these errors can, however, be corrected through simple and straightforward algorithms that can be easily incorporated into computing processes in the flowmeters. In binary gaseous mixture tests, the CMF proved to be very reliable in the gas combination processes and likewise in the metering of the CO2 mixture (≤ ±1%), while a higher degree of uncertainty was registered for the APT (≤ ±4%). Overall analyses from investigations confirmed the APT and CMF instruments as promising technologies for CO2 flow measurement and can be further improved for application in actual CCS conditions. In addition, this thesis describes experimental investigations of the leak detection of CO2 gas from a pipeline, with emphasis on full controllability and flexibility of the operational process. An imaging system using passive temperature change detection techniques is designed, implemented and evaluated. The effectiveness of the developed technique is examined on a laboratory-scale flow rig system. Results obtained from tests confirmed the operability of the system configuration and validation of the thermal imaging approach. Suggestions for future development and enhancement of the proposed techniques are finally given.

Control of a low voltage ac/dc/ac converter for high-speed induction machine drive applications has been investigated. Such a configuration can be applied, for example, in microturbines and high-speed spindles. Scalar control is usually applied for the control of high-speed drives especially in the case of very high-speed drives. Indirect rotor-flux-oriented control and direct torque control are designed and compared for the control of an exemplary high-speed induction machine drive. The 2L VSC is the most widely applied converter for high-speed drives. However, the 3L-NPC VSC is an attractive topology if drastically increased switching frequencies are required. A detailed comparison between a 2L VSC and a 3L-NPC VSC as the machine side converter of the exemplary high-speed induction machine drive is carried out. Voltage-oriented control is applied for the control of the grid side PWM active front end converter. In several industrial applications PWM active front end converters commonly operate in parallel to thyristor converter fed dc drives. Behavior of the voltage-oriented controlled active front end converter with L-filter in the presence of a parallel thyristor converter is investigated. The design of the LCL-filter components according to the given maximum grid current harmonics (e.g. IEEE-519) is a complex task. So far a precise and clear design procedure has not been presented. A new procedure to design the grid side filter (L- and LCL-filter) is proposed using the analytical expression of the converter voltage harmonics based on Bessel functions to achieve the compliance with the grid standard of IEEE-519. Voltage-oriented control with active damping is used to control the active front end converter with LCL-filter. A simple method is proposed to design the required lead-lag compensator in the active damping loop.

Dans cette thèse, les recherches ont été menées à des niveaux d'abstraction différents pour optimiser le fonctionnement du modulateur ΣΔ passe-haut (PH). Une approche « top-down » est adoptée pour atteindre cet objectif. Au niveau de l'architecture du récepteur RF, le nouvellement créé récepteur Fs/2 est sélectionné pour sa grande compatibilité avec modulateur ΣΔ PH comparé aux architectures de réception: zéro-IF et faible-IF. Après avoir défini la topologie du récepteur, l'architecture du modulateur ΣΔ est adressée. Nous proposons une nouvelle architecture du deuxième ordre dont la fonction de transfert du signal est unitaire. Elle est plus avantageuse que d'autres topologies en termes de complexité et de performance. Puisque le modulateur de second ordre est incapable de fournir les performances requises, les structures en cascade ou MASH pour l'opération PH sont explorées. La topologie GMSCL (Generalized Multi-Stage Closed Loop) est choisie et une technique récemment proposée est appliquée pour linéariser le CNA de retour. En plus, cette technique augmente la plage dynamique du convertisseur. Ensuite, après une analyse comparative approfondie, le meilleur filtre HP est choisie pour ce modulateur. Il a les avantages d'avoir une basse consommation, une superficie réduite et un bruit moins important. Enfin, l'architecture GMSCL PH proposée est validée en CMOS 65nm. Les applications visées sont l'UMTS avec 3.84MHz bande de conversion à 80 dB de la plage dynamique et WiMAX avec 25MHz de bande passante à 52dB de dynamique.