Toute action naturelle crée de l'énergie perdue qui pourrait être exploitée pour alimenter nos appareils électriques et mobiles. Nos environnements physiques disposent d'un nombre élevé de micro-sources d'énergies ; certes chacune est de faible puissance, mais leur multiplicité pourrait s'avérer significative, notamment dans le cadre du fonctionnement de microsystèmes. C'est le principe précédent qui a conduit nos travaux sur la problématique de la conception de microsystèmes autonomes. Ainsi, pour être innovante, l'ingénierie de microsystèmes doit à la fois s'appuyer sur la culture de l'électronique, de la mécanique mais aussi de l'énergétique. Le processus de conception est fortement pluridisciplinaire et son efficacité réside dans la capacité à mettre en oeuvre des méthodologies et des outils : - de conception collaborative, - de capitalisation des connaissances techniques, - d'ingénierie multi-physique, - d'ingénierie intégrée. Sur le base de ces fondamentaux, nous avons développé un outil d'aide à la conception. La méthodologie sous-jacente permet : 1- l'analyse et la structuration d'un problème de conception d'un microsystème autonome : cette phase conduit l'identification, la description fonctionnelle et environnementale du système et de son environnement. 2- la modélisation des connaissances : une analyse architecturale conduit à la description des composants et des interactions liées au microsystème (directement ou indirectement) puis à la modélisation des comportements, 3- la qualification énergétique et le couplage physique : la réutilisation structurée des modèles de connaissances est pilotée pour coupler les modèles physiques et décrire les sources, les puits et les mécanismes énergétiques des environnements, 4- la conduite de la recherche de concepts innovants : la base de connaissances, les critères de qualification et la description fonctionnelle préalablement construits sont agencés dans une seule méthode de conception virtuelle pour rechercher des concepts de solutions innovants, 5- le pré-dimensionnement : tout en assurant l'intégration des outils spécialisés de simulation (méthode des éléments finis et simulation fonctionnelle), le prédimensionnement de microsystèmes autonomes est supportée selon un schéma synthétique, assurant un raisonnement abductif (ou bottom-up). La conjonction des raisonnements physiques, l'intégration des méthodes et des cultures métiers, l'exploration virtuelle des espaces de solutions et la modélisation constituent les bases d'un nouveau moyen d'aide à la conception de microsystèmes autonomes. Cette approche a été déployée pour la conception d'un capteur piézoélectrique autonome.

Le contrôle des rejets dans l'atmosphère est une préoccupation importante de nos sociétés. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre en proposant l'étude et la réalisation de composants lasers compatibles avec des systèmes de détection de gaz polluants. La spectroscopie d'absorption par diodes laser accordables est une méthode de détection de gaz, très sensible et sélective. Elle nécessite des diodes laser fonctionnant en régime continu, à température ambiante avec une émission monofréquence et une large accordabilité. Pour répondre à ces exigences, nous proposons une géométrie originale où deux cavités laser sont couplées par un miroir à cristal photonique (CP). Le domaine du moyen infrarouge (2 à 5 µm), où de nombreuses espèces gazeuses présentent de fortes raies d'absorption, est particulièrement intéressant pour ces applications. Pour atteindre cette gamme, la famille des matériaux à base d'antimoniures est la mieux adaptée car elle permet l'obtention de composants émettant au-delà de 2 µm. Deux géométries ont été étudiées, l'une avec les CPs placés de part et d'autre du ridge, l'autre avec les CPs le traversant. Les modélisations ont montré que le second design était le plus efficace. Un enjeu majeur de cette thèse a été le développement d'un procédé technologique complet qui fait appel à des étapes de photolithographie associées à des étapes d'insolation électronique pour la définition des CPs et l'ouverture de l'isolant. Il a nécessité la mise au point de la gravure profonde des CPs. Les caractérisations des structures ont montré un fonctionnement en continu, à température ambiante. Une émission monofréquence a été obtenue. Des mesures d'absorption de méthane et de monoxyde de carbone ont validé la faisabilité de l'utilisation de ces structures dans un système de détection de gaz.

Les travaux présentés dans la thèse portent sur la conception d'amplificateurs de puissance reconfigurables dans la technologie SiGe BiCMOS7RF de STMicroelectronics. Les applications visées sont les terminaux multi-standards de communications mobiles GSM/DCS/UMTS. Ces amplificateurs doivent être capables de modifier dynamiquement leurs propriétés en fonction à la fois du standard utilisé à un moment donné et du niveau de la puissance d'entrée afin de travailler à rendement optimum et préserver les batteries des terminaux. Pour cela, nous avons du faire face aux principaux points de divergence de ces standards: le rendement pour le GSM et le DCS afin de diminuer la puissance consommée et la linéarité pour l'UMTS qui utilise une modulation à enveloppe non-constante. L'amplificateur de puissance reconfigurable doit donc faire face à cette contradiction. Nous proposons une architecture capable d'adapter ses caractéristiques en fonction du standard choisi, en décrivant des méthodes permettant de modifier les caractéristiques principales de l'amplificateur : la classe de fonctionnement, le point de compression à 1 dB et le gain de la structure, le but étant de travailler à rendement optimum. Tous ces points de contrôles sont autant de leviers qui permettent de modifier les paramètres de l'amplificateur et de privilégier les critères de linéarité et de rendement l'un par rapport à l'autre, afin que l'amplificateur réponde aux spécifications du standard utilisé à un moment donné. La réalisation d'un amplificateur de puissance reconfigurable nous a permis de valider la fonctionnalité de la technique proposée. Mots-clés : multi-standard, circuits RF BiCMOS, amplificateur de puissance reconfigurable, classes de fonctionnement, variation du CP1, compromis linéarité-rendement, rendement optimum.

Issus de l'industrie de la microélectronique, les MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) envahissent progressivement le marché avec des applications dans de nombreux domaines tels que l'aérospatiale, la médecine, l'industrie ou encore le grand public. Une des vocations de ces microstructures est de permettre le déploiement de réseaux de capteurs autonomes, c'est-à-dire d'un ensemble de systèmes capables de collecter des informations de leur environnement, de les traiter, de les transmettre et d'interagir entre eux, et ceci, sans intervention humaine. Comment rendre ces microsystèmes énergétiquement autonomes ? Utiliser des piles... Malheureusement, le défaut majeur des piles est leur durée de vie, puisqu'il faudra à un moment ou à un autre les recharger ou les remplacer. En fait, avec la miniaturisation, les systèmes deviennent de moins en moins consommateurs d'énergie et ceci permet de concevoir de nouvelles sources d'énergie basées sur la récupération de l'énergie ambiante (soleil, gradients de température,...). Il est par exemple possible de récupérer l'énergie des vibrations ambiantes à l'aide de systèmes piézoélectriques, électromagnétiques ou encore électrostatiques. Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons sur l'étude de structures électrostatiques utilisant les électrets (diélectriques chargés électriquement). De l'étude des électrets à la réalisation et à l'optimisation de structures de récupération d'énergie, nous exposons dans ce mémoire, les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse.

Le domaine des communications par fibres optiques est actuellement caractérisé par une augmentation de la demande en terme de capacité de transmission. On cherche à transmettre de plus en plus de données et de nouvelles applications voient le jour. Il persiste toutefois certaines limitations, comme les effets dispersifs, qui dégradent les performances des transmissions. Parmis ces effets, la Dispersion de Mode de Polarisation (PMD) est un élargissement temporel des signaux lié à la dépendance de la vitesse de groupe à la polarisation. Il existe deux approches pour s'affranchir des effets de la PMD. La première consiste à la compenser en ligne. La seconde approche, que nous avons abordée dans cette thèse, consiste à obtenir des faibles PMD en intervenant au niveau du processus de fabrication de la fibre. La première étape de notre travail a consisté à modéliser la biréfringence, phénomène à l'origine de la PMD. Nous avons mis en valeur l'impact non négligeable sur la biréfringence des contraintes mécaniques engendrées dans la fibre lors de la fabrication. La seconde étape a concerné l'étude de l'effet d'une rotation périodique de la fibre sur la PMD. Nous avons montré que lorsque cette rotation est triangulaire, la réduction de la PMD est importante. Enfin, dans un troisième temps, nous avons utilisé deux méthodes de mesure, afin de caractériser la biréfringence et la rotation de la fibre. Cela nous a permis d'apporter certains éléments de validation aux résultats obtenus dans les deux premières parties. De cette étude, nous avons dégagé des règles simples qui nous ont permis de réduire la PMD des fibres à fortes biréfringences.

du fait de l'explosion actuelle des télécommunications, les opérateurs sont victimes d'une crise de croissance les obligeant à installer toujours plus de relais, à découper les cellules (zone de couverture d'un relais) en micro-cellules dans les grandes villes, afin de faire face à la demande toujours grandissante de communications. Les concepteurs des nouveaux réseaux de transmission sont donc constamment à la recherche d'une utilisation plus efficace des ressources disponibles

Switched-Capacitor Converters (SCC) suffer from a fundamental power loss deficiency which make their use in some applications prohibitive. The power loss is due to the inherent energy dissipation when SCC operate between or outside their output target voltages. This drawback was alleviated in this work by developing two new classes of SCC providing binary and arbitrary resolution of closely spaced target voltages. Special attention is paid to SCC topologies of binary resolution. Namely, SCC systems that can be configured to have a no-load output to input voltage ratio that is equal to any binary fraction for a given number of bits. To this end, we define a new number system and develop rules to translate these numbers into SCC hardware that follows the algebraic behavior. According to this approach, the flying capacitors are automatically kept charged to binary weighted voltages and consequently the resolution of the target voltages follows a binary number representation and can be made higher by increasing the number of capacitors (bits). The ability to increase the number of target voltages reduces the spacing between them and, consequently, increases the efficiency when the input varies over a large voltage range. The thesis presents the underlining theory of the binary SCC and its extension to the general radix case. Although the major application is in step-down SCC, a simple method to utilize these SCC for step-up conversion is also described, as well as a method to reduce the output voltage ripple. In addition, the generic and unified model is strictly applied to derive the SCC equivalent resistor, which is a measure of the power loss. The theoretical predictions are verified by simulation and experimental results.

Les détecteurs à cascade quantique (QCD) sont des composants semi-conducteurs, dans lesquels l'absorption de la lumière dans des puits quantiques de quelques nanomètres de large, à des temps caractéristiques de la picoseconde, permet de réaliser des caméras infrarouges de haute performance. L'enjeu de l'étude du transport électronique dans ces structures consiste à organiser le continuum d'échelles spatiales et temporelles qui relient le phénomène microscopique au dispositif macroscopique. Dans ces travaux de thèse, nous avons montré en particulier que pour modéliser le signal (courant et réponse) dans ces détecteurs, il est nécessaire d'articuler correctement les temps de cohérence quantique et les temps de diffusion semi-classique. Pour comprendre l'origine du bruit, il s'agit de voir que les contributions thermique et de grenaille, usuellement considérées comme indépendantes, ne sont que les deux limites aux temps courts et aux temps longs de la diffusion aléatoire de charges quantifiées. Cette description complète de la physique de ces détecteurs a permis dans un dernier temps de dégager les potentialités principales de cette filière technologique.

Capteurs et dispositifs électroniques des magnétomètres dédiés à l'étude des ondes dans les plasmas spatiaux.

Ce travail de thèse s'inscrit dans un pro jet inter-Carnot intitulé TEROPP (Technologies for TERminals in OPPortunistic radio applications) financé par l'ANR de 2008 à 2011. L'objectif de ce projet était de concevoir les éléments clés d'un terminal reconfigurable adapté à la radio cognitive. Les travaux ont porté depuis les antennes jusqu'à l'aspect réseaux. Les travaux décrits dans cette thèse sont focalisés sur le "frontal" RF agile en fréquences multi-voies et s'intéresse plus particulièrement à la numérisation d'un signal large-bande via une architecture multi-voies. Nous avons proposé et étudié une nouvelle architecture basée sur la technique de banc de filtres hybride (BFH). Un BFH est une architecture parallèle à sous-échantillonnage qui met en jeu de l'analogique, i.e. des filtres analogiques et des convertisseurs analogique-numériques ainsi que du traitement numérique. L'originalité de l'architecture proposée est d'utiliser des filtres à échantillonnage de charge passe-bande pour les filtres analogiques. Ces filtres ont l'avantage d'être facilement intégrables en CMOS et reconfigurables. Une telle architecture devrait permettre de convertir une bande très large, tout en limitant la complexité et la consommation et offre des possibilités de reconfigurabilité en termes de bande reçue et résolution.