Dans cette thèse nous proposons une méthodologie de co-conception logicielle/matérielle pour les systèmes de radio logicielle, et plus généralement pour les systèmes électroniques embarqués, permettant de répondre aux défis imposés par la conception de tels systèmes et d'améliorer la productivité. Basée sur une démarche de conception dirigée par les modèles (dérivée de l'ingénierie dirigée par les modèles), notre méthodologie de co-conception permet une modélisation de haut niveau, depuis des modèles UML/MARTE (extension de l'UML dédié à la modélisation matérielle), jusqu'à la mise en œuvre matérielle (génération de code VHDL) par un jeu de transformations successives et de raffinements itératifs des modèles. Pour cela, nous avons défini le niveau de modélisation intermédiaire, intitulé Execution Modeling Level, qui permet de se focaliser sur le partitionnement logiciel/matériel et sur l'exploration d'architecture afin de dimensionner la plate-forme matérielle. Afin de compléter la génération de code matérielle associée à cette méthodologie, nous mettons en avant l'intérêt de coupler une méthodologie basée sur des modèles de haut niveau avec la synthèse comportementale, ce que nous illustrons au travers de la mise en œuvre d'un décodeur MIMO. Enfin, dans un contexte de radio-logicielle, nous proposons une extension de la méthodologie afin de prendre en compte le caractère flexible des systèmes embarqués. Pour cela, nous avons intégré à notre méthodologie une architecture de gestion de la reconfiguration proposée par Supélec. Une exécution de modèles de haut niveau sur une plate-forme radio réelle nous a permis de valider notre approche.

Les matériaux les plus répandus dans le domaine du photovoltaïque (PV) organique à base de polymères correspondent au mélange poly(3-hexylthiophène) régiorégulier (rr-P3HT):[6,6]-phenyl-C61-butyric acide methyl ester (PCBM). La couche active est une hétérojonction en volume de domaines interpénétrés accepteur d'électron (le PCBM) et donneur d'électron (le P3HT) de taille caractéristique de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Le contrôle de la morphologie de la couche active à l'échelle nanométrique et de sa stabilité est un défi majeur pour le développement des cellules organiques et est au centre de ce travail de thèse. Dans un premier temps, nous avons cherché à contrôler ainsi qu'à améliorer la stabilité de la morphologie de la couche active via l'utilisation de compatibilisant au sein du mélange P3HT:PCBM. Deux familles de copolymères à blocs rigide et souple ont été étudiées. Elles ont en commun la nature de leur bloc rigide (à base de P3HT) et diffèrent par leur bloc souple. Pour la première famille de matériaux, le bloc souple poly-butylacrylate (P(BA-stat-CMS)) est greffé de C60, ce qui lui confère une affinité chimique avec les domaines de PCBM, et la seconde famille a un bloc souple poly(4-vinylpiridine) (P4VP) non greffé en C60. De par son affinité chimique avec le C60 du PCBM, le PCBM se localisera préférentiellement au voisinage des domaines P4VP. Le but de cette première étude est de déterminer l'impact de la nature du bloc souple sur la morphologie des couches, et de manière indirecte sur les performances PV. Dans un deuxième temps, les copolymères à blocs sont étudiés en tant que matériaux photo-actifs. En effet, l'auto-assemblage des copolymères engendre une structuration en nanodomaines. La forte affinité de la P4VP avec le PCBM se traduit par une accumulation préférentielle du PCBM dans les domaines P4VP, apportant ainsi la fonction d'accepteur d'électron à ces domaines. Des blocs souples de longueur différente sont comparés afin d'appréhender l'influence de la taille des blocs sur l'organisation du copolymère ainsi que sur les propriétés de transport de charge et sur les performances PV.

La maladie de Parkinson est la seconde maladie neuro-dégénérative la plus fréquente à travers le monde. Dans ce contexte, le projet de recherche associé à cette thèse vise à améliorer le traitement symptomatique de la maladie de Parkinson, par le développement de procédés de stimulation cérébrale profonde adaptative. Le travail de cette thèse repose sur la conception d'un ASIC d'enregistrement et de traitement de signaux neuronaux, répondant à divers enjeux :un traitement continu et en temps réel focalisé sur des bandes spécifiques très basses-fréquences et largement configurables. L'objectif est d'utiliser l'information traitée pour le contrôle et la génération d'un signal de stimulation. Cet ASIC a été développé, caractérisé électroniquement et utilisé dans un contexte in vivo. Un système en boucle fermée a été réalisé à partir de cet ASIC, se montrant fonctionnel. Ces validations expérimentales in vivo ouvrent de nombreuses possibilités d'investigation du concept de stimulation cérébrale en boucle fermée.

Ce mémoire s'inscrit dans la construction d'une méthodologie d'analyse de défaillance pour l'évaluation de la fiabilité de diodes électroluminescentes, par une approche basée sur l'analyse physique de dégradation et l'extraction de signatures électriques de défaillance et optiques pour localiser les zones dégradées. L'ajout d'analyses physico-chimiques réduit le nombre de composants et peut confirmer les mécanismes de dégradation induits par les vieillissements en stockage actif. Un projet, en collaboration avec le CNES, a permis la mise en évidence des zones sensibles de DELs à MPQ InGaN/GaN à faible puissance (30mW) soumises à un vieillissement en conditions opérationnelles (1500h/85°C/Inominal). L'analyse de défaillance de ces DELs a permis d'expliquer une perte de 65% de puissance optique par la modification de la structure moléculaire de l'huile silicone activée photothermiquement induisant une perte de fluorescence de 69% et une très forte diminution de l'absorption de la lumière de la DEL (90%). Nous avons également démontré (projet CEA-LETI - éclairage public) que le même mécanisme est présent dans le mélange gel silicone/phosphore YAG:Ce de DELs blanches à MPQ InGaN/GaN soumises à un vieillissement similaire (85°C/550mA/500h). A 450nm, le rendement de fluorescence a augmenté de 1,2% malgré des pertes en absorption (> 94%) et en réémission de fluorescence (> 85%). La modification de la structure moléculaire du gel a induit une perte de puissance optique des DELs de 45% et une dérive de la couleur blanche vers le jaune (≈ 3,6%). Cette dérive est due à un décalage spectral de la fluorescence de l'UV (5nm) vers le bleu entraînant un décalage vers le rouge (2nm) de la lumière de la DEL.

Cette thèse effectuée au sein de l'IRSEEM s'inscrit dans le cadre du projet EPEA (EMC Platform for Embedded Applications) du pôle de compétitivité Aerospace Valley. L'objectif de ces travaux est le développement de méthodologies de modélisation des émissions rayonnées de composants électroniques. Les modèles doivent être génériques (i.e. applicable à toute sorte de composant), d'obtention facile et insérables dans des outils de simulation électromagnétique commerciaux. Un modèle capable de prédire les champs électrique et magnétique dans le demi-espace au-dessus d'un dispositif est développé dans un premier temps. Il est basé sur un réseau de sources équivalentes de type dipôles électrique et magnétique. Deux inversions de matrices au sens des moindres carrées permettent leur détermination. Le modèle est caractérisé en termes de robustesse vis-à-vis de perturbations dans les données d'entrée et est ensuite appliqué à plusieurs circuits (passifs et actifs) avec de bons résultats. L'insertion des modèles dans des simulateurs commerciaux est possible grâce à une réduction du nombre de sources. Ce modèle est ensuite utilisé pour deux applications CEM : tout d'abord, la prédiction du couplage entre un dispositif agresseur et une ligne de transmission par deux procédures différentes : une analytique et une seconde numérique, puis la prédiction des champs lointains. Finalement, une nouvelle méthode de modélisation pour recréer les champs électrique et magnétique dans l'espace entourant le dispositif est proposée et validée sur des cas simples.

Les systèmes de communication sans fil en fréquences millimétriques ont gagné considérablement en importance au cours des dernières années. Des applications comme les réseaux WLAN et WPAN à 60 GHz, le radar automobile autour de 80 GHz ou l'imagerie à 94 GHz sont apparues, demandant un effort conséquent pour la conception des circuits intégrés émetteurs et récepteurs sur silicium. Dans ce contexte, les transformateurs intégrés sont particulièrement intéressants. Ils peuvent réaliser des fonctions comme l'adaptation d'impédance, la conversion du mode asymétrique au différentiel et la combinaison de puissance. La conception et la modélisation de ce type de transformateur font le sujet de cette thèse. Une étude détaillée des topologies de transformateurs est présentée, concernant le dessin des inductances, leur position relative, leurs dimensions géométriques, le blindage du substrat et l'obtention de rapports importants de transformation. Leur modélisation par des simulations électromagnétiques et par un circuit électrique à éléments discrets est également discutée. Le modèle présente une topologie 2-π et une série d'équations analytiques dépendant de ses caractéristiques technologiques et géométriques pour évaluer tous ses composants. Un très bon accord entre les simulations et les mesures est observé pour des transformateurs en technologies CMOS 65 nm et BiCMOS 130 nm jusqu'à 110 GHz. Finalement, les transformateurs sont appliqués à la conception d'un mélangeur BiCMOS à 77 GHz et un amplificateur de puissance CMOS à 60 GHz.

Le photovoltaïque est un secteur industriel en pleine expansion depuis la fin des années 90, avec une croissance de 30 à 40% de la production par an. Les activités de recherches présentées dans le cadre de cette HDR constituent un accompagnement au développement et à l'amélioration des performances des cellules photovoltaïques en silicium cristallin. La première partie concerne les propriétés du silicium " photovoltaïque ", qui présente des concentrations en impuretés plus élevées que le silicium utilisé en microélectronique. Nous abordons le principe de la purification par plasma réactif, permettant en particulier de réduire les concentrations en Bore du silicium. Nous abordons ensuite les propriétés électroniques du matériau compensé, contenant à la fois les impuretés de type P et N. Ce type de matériau, finalement peu étudié jusqu'à présent et dont l'usage augmente dans le photovoltaïque, présente des propriétés particulières en terme de mobilité. Nous nous intéressons aussi aux propriétés du silicium tri-dopé Bore-Phosphore-Gallium. Le gallium est ici volontairement introduit lors du tirage des lingots pour permettre de maîtriser le type et de mieux contrôler la résistivité du matériau final. La deuxième partie concerne la réalisation, par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD), et la caractérisation de couches minces de diélectriques (nitrure, oxydes et oxynitrures de silicium). Ces couches sont utilisées dans la passivation et pour la réalisation des couches antireflet des cellules photovoltaïques en silicium. Nous présentons les principaux résultats obtenus, en faisant la liaison entre les propriétés physico-chimiques de ces couches et leurs caractéristiques optiques et électroniques. Nous nous intéressons plus particulièrement à la problématique de la passivation en face arrière des cellules minces, dont l'objectif consiste à remplacer la traditionnelle couche en aluminium sérigraphié par un diélectrique plus fin.

Cette thèse porte sur les défis techniques et technologiques dans la conception des architectures mobiles d'émission " tout numérique " reconfigurables fonctionnant dans les bandes cellulaires pour les standards GSM, W-CDMA, HSUPA et LTE. Avec l'évolution constante des besoins en communication, les terminaux mobiles doivent être en mesure de couvrir différents standards à partir d'une même architecture, en fonction des bandes de fréquences libres, du débit et des contraintes spectrales. Dans un but de réduction des coûts, de consommation et d'une plus grande intégration, de nouvelles architectures dites multistandards se sont développées permettant à un seul émetteur d'adresser chaque standard au lieu de paralléliser plusieurs architectures radio chacune dédiée à un standard particulier. Depuis plusieurs années ont émergé des technologies nanométriques telles que le CMOS 90nm ou 65nm, ouvrant la voie à une plus grande numérisation des blocs fonctionnels des architectures jusqu'alors analogiques. Dans cette étude, nous identifions les évolutions possibles entre " monde analogique " et " monde numérique " permettant de déplacer la limite de la bande de base jusqu'à l'amplificateur de puissance. Plusieurs architectures ont été étudiées avec des degrés de numérisation progressifs jusqu'à atteindre l'architecture " tout numérique " englobant une partie de l'amplification de puissance. Un travail approfondi sur l'étude des différents standards cellulaires mené conjointement avec l'implémentation et la simulation de ces architectures, a permis d'identifier les différents verrous technologiques et fonctionnels dans le développement d'architectures " tout numérique ". Les contraintes de pollution spectrale des raies de sur-échantillonnage sont apparues comme dimensionnantes. Pour chaque bande de chaque standard, ces contraintes ont été évaluées, afin de définir une méthode d'optimisation des fréquences de sur-échantillonnage. Cependant un filtrage externe reste nécessaire. Une deuxième étape nous a amené à identifier et concevoir une technique de filtrage passe bande reconfigurable pour les bandes cellulaires de 1710 à 1980MHz avec au moins 60MHz de largeur de bande afin d'adresser le standard LTE, et 23dB d'atténuation à 390MHz du centre de la bande pour adresser le pire cas de filtrage (bandes 1, 3 et 10 en W-CDMA). Nous avons alors conçu et implémenté un filtre reconfigurable à inductances actives, afin de garantir reconfigurabilité et très faibles pertes d'insertion. Cette thèse a donc permis à partir d'une problématique actuelle et au travers d'une démarche d'identification des limites des architectures " tout numérique ", de proposer un prototype de filtre adapté. Ce filtre a été conçu en CMOS 65nm, réalisé et mesuré, les performances sont conformes aux exigences requises.

" [...] Puis, l'on ferra des récepteurs de télévision bijoux, comme il y a des postes de TSF bijoux. Des postes de poches, grands comme une lampe électrique. Plus besoin d'acheter un journal, l'on se branchera sur l'émission d'information, ou sur l'éditorial politique, ou sur la chronique de mode, ou sur le compte rendu sportif. Voir même sur un problème de mots croisés. Et la rue présentera un singulier spectacle. " R. Barjavel, " La télévision, oeil de demain ", 1947. C'est ainsi que l'auteur de romans de science fiction et d'anticipation René Barjavel, avait prédit dés la fin des années 40 l'avènement de ce que nous connaissons sous le nom de smartphones. Drôle de scène, en effet, que de voir des individus déambuler dans les rues, les yeux rivés sur l'objet au creux de leur main. Pour le meilleur et pour le pire, l'avènement de la mise en réseau à l'échelle mondiale a rendu les systèmes embarqués omniprésents dans notre quotidien. Désormais dans le nuage, le nombre d'information personnel en transit et les vitesses de transfert toujours plus importants, imposent une sécurité adéquate. Cependant, le coût en général associé est économiquement dissuasif. Proposer des solutions de sécurité ad-hoc pour ces systèmes restreints en ressources, est le propos de nos travaux. S'appuyant sur des techniques à la fois anciennes et récentes, nous montrons que le couple embarqué/sécurité peut s'accorder, et éviter ainsi, une inévitable procédure de divorce.

Aujourd'hui les systèmes embarqués sont partout et requièrent de plus en plus de puissance de calcul. Mais, l'évolution des technologies a un impact négatif sur la fiabilité. En particulier, il est prévu une hausse du nombre de fautesf intermittentes dans les technologies à venir. Cependant, nous ne bénéficions pas d'étude expérimentale détaillée pour ce type de faute. Or, pour tenter de se prémunir de ces fautes, il est important de comprendre leur comportement, ainsi que leur impact sur le système et les applications. Pour cela, nous avons défini une plateforme expérimentale capable d'observer des erreurs intermittentes. Nous avons ainsi, pu confirmer que les erreurs intermittentes peuvent être observées très tôt avant la période d'usure du circuit. De plus, ces erreurs apparaissent en rafale et seul l'arrêt des processeurs semble les stopper. Nous confirmons ainsi, qu'il est nécessaire de mettre en place des méthodes de détection en ligne des erreurs intermittentes dans les circuits intégrés très submicroniques. Cependant, aucune solution proposée dans la littérature ne convient à la fois aux erreurs intermittentes et aux architectures multiprocesseur. Ainsi, nous avons développé une méthode de test périodique répondant à ces contraintes. En particulier, nous avons montré que le test ne doit pas nécessairement être prioritaire devant les applications. Cela nous a permis de conclure qu'une politique d'ordonnancement des tests pseudo-périodiques, prenant en compte les processeurs au repos et la priorité des tâches, offrent le meilleur compromis entre performance et probabilité de détection.