Pour certains, l’arythmie sinusale respiratoire (ASR) est liée à la dépression intrathoracique inspiratoire et à la mise en jeu du baroréflexe. Pour d’autres, elle est liée aux centres respiratoires bulbaires, via la modulation cyclique des activités sympathiques et vagales. Nous avons analysé la genèse de l’ASR en étudiant l’effet d’une inversion du régime de pression intrathoracique (ventilation mécanique) sur la variabilité respiratoire des signaux cardiovasculaires (fréquence cardiaque et pression artérielle) et le baroréflexe. Nous avons montré que la ventilation en pression positive est bien associée à une inversion de la variabilité respiratoire de la pression artérielle, qui reconnait surtout des déterminants mécaniques. En revanche, la phase de l’ASR n’est pas systématiquement inversée sous ventilation mécanique: l’ASR, en phase et amplitude, est très variable au cours du temps chez certains patients, et stable chez d’autres (peut-être les plus graves), suggérant l’intervention de mécanismes nerveux centraux. Dans l’hypothèse d’une balance entre facteurs mécaniques et nerveux, nous avons montré que l’augmentation de la PEEP (pression positive télé-expiratoire) va dans le sens d’une stabilisation de l’ASR (en phase et amplitude) et d’une moindre efficience du système nerveux autonome (diminution du gain du baroréflexe et de la variabilité cardiaque). Enfin, nous avons montré que les variations de phase et amplitude de l’ASR observées chez les patients sous ventilation mécanique ne sont plus observées lorsque les fonctions cérébrales sont abolies (état de mort encéphalique), attestant leur origine nerveuse centrale. / Whether respiratory sinus arrhythmia (RSA) is related to the negative intrathoracic inspiratory pressure and subsequent baroreflex activation, or directly to brainstem centers is still controversial. To elucidate RSA genesis, we have investigated the effect of the inversion of airway pressure regimen (mechanical ventilation) on the breathing variability of cardiovascular signals (heart rate and arterial pressure) and on the baroreflex. On the one hand, we have shown in a first study that positive pressure ventilation induces an inversion of the breathing arterial pressure variability, which therefore depends mainly on mechanical determinants. On the other hand, RSA phase is not reversed during mechanical ventilation: RSA phase and amplitude are stable over time in some patients (perhaps the most severe) and variable in others, suggesting involvement of central nervous factors. Conflicts between mechanical and nervous mechanisms could occur, as we have shown in a second study that increasing PEEP (positive end-expiratory pressure) induces a stabilization of RSA, in terms of both phase and amplitude, and that “stable” patients have a lower efficiency of autonomic nervous system (reduced baroreflex gain and heart rate variability) compared to the unstable ones. Finally, we have shown that the time-variations of RSA phase and amplitude observed during mechanical ventilation are effectively of central nervous origin, because they disappear in brain dead patients (whose central nervous functions are abolished).

Les problématiques liées à la technologie des semi-conducteurs sont principalement corrélées à la diminution des dimensions. Aujourd'hui, les défis majeurs de la technologie MOSFET concernent la formation de jonctions SourcelOrain (SIO) parfaitement abruptes au bord de la grille afin de minimiser les résistances parasites. Afin de surmonter ce problème, une solution consiste à remplacer les contacts ohmiques réalisés sur des jonctions dopées par de simples extensions métalliques. Adossé au projet Européen METAMOS (lST-016677), cette thèse s'est concentrée sur les propriétés en Haute Fréquence (HF) de l'architecture MOSFET à film fin SOI non dopée et à contacts S/D Schottky. A partir de simulations TCAD, le premier grand champ d'investigation s'est fixé sur la compréhension théorique détaillée et sur les potentialités en HF de l'architecture à S/D Schottky pure et/ou optimisée (grâce à une technique de ségrégation de dopants). II a été montré que moyennant une hauteur de barrière Schottky n'excédant par 0.1 eV, la fréquence de coupure fT pouvait rivaliser avec celle d'architectures conventionnelles. Le second grand champ d'investigation a été l'extraction des performances et l'analyse AC de SB MOSFETs fabriqués. Un premier résultat a concerné fT mesurée de 180 GHz pour une longueur de grille de 30-nm, l'une des meilleures rapportées dans la littérature pour un MOSFET de type p à canal non contraint. Un second résultat a concerné l'extraction de schéma équivalent petit signal quasi-statique (dispositif non optimisé) et non quasi statique (dispositif optimisé), prenant en compte de la problématique à S/D Schottky (résistance de contact dépendante de la polarisation). / Over the past 40 years, conventional MOSFETs have continuously improved their performance due to aggressive device scaling. To pursue CMOS evolution, many challenges must be solved, such as difficulties in shallow junction formation in order to decrease parasitic resistances. To alleviate these difficult problems, one solution is to replace the ohmic contacts realized on highly doped junctions by metallic extensions. ln the framework of the European Project METAMOS (lST -016677), this thesis concentrates on the High Frequency (HF) analogue properties of Source/Drain (S/D) Schottky Barrier (SB) SOI Thin Film undoped MOSFET transistor. With the help of TCAD simulations, the first major field of investigation has focused on a deep theoretical understanding and potentialities in HF of the pure S/D Schottky and/or optimized (through the implementation of Dopant Segregation technology). One key result concerning current gain cut off frequency (fT) reveals that a thin film structure with a SB Height less than 0.1 eV can keep RF advantage for the continuous gate length scaling. The second major field of investigation has concerned extraction of HF properties and analysis of fabricated SB MOSFETs by means of extraction of their HF properties. First, a key result is a 180 GHz fT on a 30-nm gate length unstrained p-type SB MOSFET that constitutes one of the best reported in literature for conventional fully depleted p-MOSFET channel. A second key resuIt concerns the extraction of a Quasi-Static (non optimized device) and Non Quasi-Static (optimized device) Small Signal Equivalent Circuit, taking into account S/D Schottky extensions (bias-dependency of contact resistances).

L’originalité de la thèse est de considérer des catégories de matériaux très divers (matières en suspension, nutriments dissous et totaux, ions dissous) pour des bassins couvrant une grande gamme de variabilité hydrologique (2000 années-stations de concentrations et débits journaliers en France, Europe et Etats-Unis pour des tailles de 600km² à 1 000 000 km²) et en testant 9 méthodes de calcul des flux innovantes ou couramment utilisées.Pour chaque méthode de calcul, la comparaison des flux annuels estimés à partir des suivis discrets et des flux annuels de référence permet d’évaluer les incertitudes en termes de biais et d’imprécisions. Ces incertitudes ont pu être étudiées en lien avec la variabilité hydrologique, hydrochimique et sédimentologique des matériaux.Les résultats de la thèse sont donc de deux ordres : (1) fondamental, avec la mise en relation des incertitudes avec les deux facteurs de contrôle –W2% et b50sup- qui caractérisent les variabilités des débits et des concentrations, (2) appliqué, avec l’optimisation des suivis en terme d’intervalle d’échantillonnage et de durée de calcul des flux et la détermination des incertitudes sur les populations de flux déjà publiées. / The originality of the thesis is to consider various materials (suspended particulate matter, total and dissolved nutrients, total dissolved solids) for basins which cover a wide range of hydrological variability (2000 stations-years of daily concentrations and discharge in France, Europe and United-States for size of 600 km² to 1 000 000 km²) and for 9 innovative or commonly used flux calculation methods. For each calculation method, the comparison of annual fluxes estimated from discrete surveys with reference fluxes enables to assess uncertainties in terms of bias and imprecision. These uncertainties have been studied in relation to hydrological, hydrochemical and sedimentological variability, The results of the thesis are twofold: (1) fundamental, linking uncertainties with two control factors –W2% et b50sup- which characterize the discharge and concentration variability, (2) applied, with the optimization of surveys function of sampling interval, duration of flux calculation and determination of uncertainties on the populations of fluxes already published.

Les piles à combustible sont des dispositifs qui permettent de transformer directement l’énergie chimique potentielle d’un carburant en énergie électrique. Elle sont presque toujours couplées à un convertisseur de puissance et l’ensemble est ici appellé « système à pile à combustible ». Le comportement de ces systèmes, les interactions entre ses composants, ainsi que leurs réponses aux stimulations extérieures ont été analysés, étudiés et mesurés. A cet effet, un système à pile à combustible complet a été modélisé. Des critères de dimensionnement pour cas où ni la pile à combustible ni le convertisseur de puissance sont à priori connus ont été identifiés et un prototype a été dimensionné et réalisé. D’autres aspects corrélatifs intéressants ont également été développés et étudiés, comme le fonctionnement du convertisseur à la limite entre les modes de conduction continu et discontinu, ainsi que son contrôle à fréquence de commutation variable. Des résultats expérimentaux et de simulation pour le système et pour les différentes parties dont il est composé sont présentés. / Fuel cells are devices in which a fuel’s chemical potential energy is directly converted into electrical energy. They are almost always coupled to a power converter and the ensemble is here called “fuel cell system.” The behaviour of such systems, the interactions between their components,and their responses to external stimulations have been analysed, studied and measured. For this purpose, a complete fuel cell system has been modelled. Sizing criteria for cases where neither the fuel cell nor the power converter are a priori known have been identified, and a prototype has been sized and built. Other interesting correlative aspects have also been developed and studied, like the operation of the power converter on the border between the discontinuousand continuous conduction modes, and its control with a variable switching frequency. Experimental and simulation results for the system and for the different parts that compose it are presented. / Le celle a combustibile sono dei dispositivi in cui l’energia chimica potenziale di un combustibile è direttamente convertita in energia elettrica. Quasi sempre le celle a combustibile sono accoppiate a un convertitore di potenza e l’insieme è qui chiamato «sistema a celle a combustibile». Il comportamento di questi sistemi, le interazioni tra i diversi componenti, nonché le loro risposte a stimoli esterni sono stati analizzati, studiati e misurati.A tal fine, un sistema completo a celle a combustibile è stato modellizzato. Sono stati identificati dei criteri di dimensionamento per casi in cui né la cella a combustibile, né il convertitore sono noti a priori, e un prototipo è stato dimensionato e realizzato. Altri interessantiaspetti correlatisonostati sviluppatie studiati,comeil funzionamento del convertitore di potenza al limite fra modo di conduzione discontinuo e continuo, e il suo controllo a frequenza di commutazione variabile. Risultati sperimentali e di simulazione per il sistema e le diverse parti che lo compongono sono presentati.

Les changements institutionnels dans la régulation des marchés financiers ont amplifié la multiplication des marchés et la cotation simultanée des actifs sur plusieurs places. Les prix d'un titre sur ces places ou d’un titre et ses dérivés sont liés par des activités d'arbitrage. Dans ces cadres de marchés “informationnellement reliés”, il est intéressant pour le régulateur, les investisseurs et les chercheurs, de comprendre comment chaque marché contribue à la dynamique de la valeur fondamentale. Cette thèse développe de nouveaux outils pour mesurer la contribution, relativement à la fréquence, de chaque marché à la formation du prix et à la formation de la volatilité. Dans le premier chapitre, Je montre que les mesures existantes de la découverte des prix conduisent à des conclusions trompeuses lorsque l'on utilise des données à haute fréquence. En raison de bruits de microstructure, Ils créent une confusion entre la dimension « vitesse » et la dimension « bruit » dans le traitement de l’information. Je propose ensuite des mesures robustes au bruit qui détectent « quel marché est rapide » et produit des bornes très serrées. A l’aide de simulations Monte Carlo et des titres du Dow Jones vendues sur le NYSE et le NASDAQ, je montre que les données corroborent mes conclusions théoriques. Dans le deuxième chapitre, je propose une nouvelle définition de la découverte prix en construisant une fonction de réponse qui évalue l'impact permanent de l'innovation d’un marché, et je donne sa distribution asymptotique. Ce cadre innove en fournissant des résultats testables pour les métriques basées sur la variance d'innovation. Je présente ensuite un modèle d'équilibre des marchés à terme à différentes maturités, et montre qu'il soutient ma mesure : Conformément aux conclusions théoriques, la mesure sélectionne le marché avec le plus de participants comme dominant. Une application sur métaux de la LME montre que le contrat à terme de 3 mois domine à la fois le marché cash et le contrat à 15 mois. Le troisième chapitre introduit un cadre complet en temps continu pour l'analyse à haute fréquence, la littérature n'existant qu’en temps discret. Il présente aussi des avantages sur la littérature en traitant explicitement des bruits de microstructure et en intégrant une volatilité stochastique. Une application, faite sur les quatre actions du Dow Jones cotées au NASDAQ et négociées sur NYSE, montrent que le NASDAQ domine le processus continu de découverte des prix. Dans le quatrième chapitre, Alors que la littérature se concentre sur les prix, je développe un cadre pour étudier la volatilité de la volatilité. Ce qui permet de répondre à des questions telles que : La volatilité du marché futures contribue-t-elle plus que la volatilité du marché spot dans la formation de la volatilité du fondamental ? Je construis un VECM avec Volatilité Stochastique estimé avec les MCMC et inférence bayésienne. Je montre que les volatilités conditionnelles ont un facteur commun et propose des mesures de découverte de la volatilité. Je l'applique aux données journalières de Futures de métaux et de l'EuroStoxx50. Je trouve qu'alors que la formation des prix a lieu sur le marché au comptant, la découverte de la volatilité a lieu sur le marché Futures. Dans une seconde partie, je construis un cadre d'analyse qui exploite les données à Haute fréquence et évite la charge de calcul des MCMC. Je montre que les Volatilités Réalisées sont cointégrées et calcule la contribution du NYSE et NASDAQ à la volatilité permanente des titres du Dow Jones. J'obtiens que la volatilité des volumes est le meilleur déterminant de la découverte de la volatilité. Mais les chiffres faibles obtenues suggèrent l'existence d'autres facteurs. / Institutional changes in markets regulation in recent years have enhanced the multiplication of markets and the cross listing of assets simultaneously in many places. The prices for a security on those interrelated markets are strongly linked by arbitrage activities. This is also the case for one security and its derivatives: Cash and futures, CDS and Credit spread, spot and options. In those multiple markets settings, it is interesting for regulators, investors and academia to understand and measure how each market contributes to the dynamic of the common fundamental value. At the same time, improvement in ITC fueled trading activity and generated High frequency data. My thesis develops new frameworks, with respect to the data frequency, to measure the contribution of each market to the formation of prices (Price discovery) and to the formation of volatility (Volatility discovery). In the first chapter, I show that existing metrics of price discovery lead to misleading conclusions when using High-frequency data. Due to uninformative microstructure noises, they confuse speed and noise dimension of information processing. I then propose robust-to-noise metrics, that are good at detecting “which market is fast”, and produce tighten bounds. Using Monte Carlo simulations and Dow Jones stocks traded on NYSE and NASDAQ, I show that the data are in line with my theoretical conclusions. In the second chapter, I propose a new way to define price adjustment by building an Impulse Response measuring the permanent impact of market's innovation and I give its asymptotic distribution. The framework innovates in providing testable results for price discovery measures based on innovation variance. I later present an equilibrium model of different maturities futures markets and show that it supports my metric: As the theory suggests, the measure selects the market with the higher number of participants as dominating the price discovery. An application on some metals of the London Metal Exchange shows that 3-month futures contract dominates the spot and the 15-month in price formation. The third chapter builds a continuous time comprehensive framework for Price discovery measures with High Frequency data, as the literature exists only in a discrete time. It also has advantages on the literature in that it explicitly deals with non-informative microstructure noises and accommodates a stochastic volatility. We derive a measure of price discovery evaluating the permanent impact of a shock on a market’s innovation. Empirics show that it has good properties. In the fourth chapter, I develop a framework to study the contribution to the volatility of common volatility. This allows answering questions such as: Does volatility of futures markets dominate volatility of the Cash market in the formation of permanent volatility? I build a VECM with Autoregressive Stochastic Volatility estimated by MCMC method and Bayesian inference. I show that not only prices are cointegrated, their conditional volatilities also share a permanent factor at the daily and intraday level. I derive measures of market's contribution to Volatility discovery. In the application on metals and EuroStoxx50 futures, I find that for most of the securities, while price discovery happens on the cash market, the volatility discovery happens in the Futures market. Lastly, I build a framework that exploits High frequency data and avoid computational burden of MCMC. I show that Realized Volatilities are driven by a common component and I compute contribution of NYSE and NASDAQ to permanent volatility of some Dow Jones stocks. I obtain that volatility of the volume is the best determinant of volatility discovery, but low figures suggest others important factors.

Le présent travail comporte une analyse de l’influence de l’interaction sol-fondation-structure sur le comportement sismique des structures de type bâtiment. L’étude est réalisée en utilisant une modélisation tridimensionnelle par différences finies intégrant dans la même analyse les différentes composantes du système, à savoir le sol, la fondation et la structure. Le travail est présenté en trois chapitres.Le premier chapitre comporte une étude de l’influence de l’interaction sol-fondation-structure sur la fréquence fondamentale des structures de type bâtiment. Le sol et la fondation sont modélisés à l’aide des éléments ressorts. L’analyse montre que l’interaction sol-structure peut réduire d’une manière très importante la première fréquence des structures de type bâtiment. Un abaque est proposé pour une prise en compte aisée de cette interaction dans l’évaluation de la première fréquence des bâtiments.Dans le second chapitre, on présente une étude tridimensionnelle de l’interaction sol-structure. Le comportement du sol est supposé élastique. L’analyse montre que la réponse de la structure dépend sensiblement de l’interaction complexe entre le sol et la structure, qui fait intervenir plusieurs paramètres, notamment le contenu fréquentiel du chargement, les fréquences propres du massif du sol et de la structure. Elle montre également que le comportement non linéaire du sol rend l’analyse plus complexe à cause de l’apparition de multiples fréquences dans le massif de sol. Le troisième chapitre est consacré à l’étude de l’influence du comportement non linaire du sol et de la structure sur l’interaction sol-fondation-structure. Cette étude montre que la plasticité du sol et des éléments de la structure peut avoir une forte influence sur la réponse sismique de la structure. / The thesis concerns analysis of the influence of the soil-foundation-structure interaction on the seismic on the seismic response of buildings. The study is carried out using the finite differences method of the system soil, foundation and structure.The thesis is composed of three parts.The first one concerns analysis of the influence of the soil-foundation-structure interaction on the fundamental frequency of building. The soil-foundation system is modeled using translational and rotational discrete springs. Analyses conducted for various soil and structure conditions showed that the building fundamental frequency depends on the soil-structure relative rigidity (Kss). A chart is proposed for an ease consideration of the influence of the SSI in the determination of the fundamental frequency of buildings.The second part deals with the analysis of the soil-foundation-structure interaction in the elastic domain. It shows that the response of the structure depends on the complex interaction between the soil and the structure. It also shows that the elastic nonlinear behavior of soil makes induces additional difficulties because of the apparition of multiple frequencies in the soil. The third chapter analyses the influence of the soil and structure nonlinearities on the seismic response of the system soil-foundation-structure. This study shows the plasticity of the soil and structural elements have a significant influence on the seismic response of the structure.

Cette thèse porte sur l’étude de séries temporelles biogéochimiques à moyen et long terme, de façon à caractériser leurs fluctuations à de multiples échelles, et en particulier leurs extrêmes. Les données a proviennent en grande partie des programmes MAREL et SOMLIT. Le programme MAREL a été mis en œuvre par l’Ifremer et basé sur des mesures à haute fréquence. Le programme SOMLIT est un service d’observation labellisé depuis 1997 par l’INSU. Ces mesures sont effectuées tous les 15 jours, par prélèvement, en un point fixe dans les eaux côtières en Manche. Pour l’analyse de ces séries temporelles, les méthodes utilisées sont empruntées aux domaines de l’analyse numérique et de la turbulence. Cette étude est effectuée en 3 parties. Dans la première partie, l’analyse du spectre de Fourier a permis de mesurer l’influence du forçage physique sur la distribution des paramètres à haute fréquence. Dans la seconde partie, la comparaison entre des données SOMLIT et MAREL recueillies en des endroits très proches à Boulogne-sur-mer a pu montrer une complémentarité mais tout en mettant en évidence le caractère plus informatif du système MAREL. La comparaison entre deux sites distincts en Manche (orientale et occidentale) a permis de déceler les similitudes et les différences dans les teneurs des ratios (N/P/Si ;COP/Chla). Dans la troisième partie, on a pu mettre en évidence l’influence des événements extrêmes du débit de la Seine sur la distribution de certains paramètres biogéochimiques mesurés à Honfleur. Nous avons également mis en évidence dans le cadre de la DCE, l’influence de l’échelle d’étude sur les estimations de certaines métriques nécessaires à la définition du bon état écologique à partir des données issues de la haute fréquence. / This thesis focuses on the study of biogeochemical time series in order to characterize the dynamics of their fluctuations on a wide range of scales, and in particular their extremes. The databases analyzed here are mainly provided by the MAREL and SOMLIT programmes. The MAREL program is a network of automatic measuring devices monitoring coastal marine environments implemented by Ifremer. The SOMLIT is a French national program operated by INSU. The measurements are made once every two weeks on the fixed stations. In order to analyze these time series, methods have been borrowed from the fields of numerical analysis and turbulence. The study was conducted in three parts. In the first part, we consider the high frequency time series. The Fourier spectral analysis reveals the influence of physical forcing on the distribution of the parameters. The second part of the study compares SOMLIT and MAREL results recorded from sites near Boulogne-sur-mer. The comparison of the two measuring systems (manual and automatic) showed that while they are complementary, the automatic MAREL system is more informative. The probability density functions (pdfs) of some ratios reveal extreme values in their dynamics. These pdfs reveal in all cases a hyperbolic behavior in the tail probability of the ratios. In the third part, we consider the influence of extremes events of the Seine flow on the distribution of some biogeochemical parameters. This section is also concerned with the analysis of data at high frequency in order to estimate of water masses state in the English Channel within the context of the Water Framework Directive (WFD).

Ce travail s’inscrit dans le contexte des métamatériaux micro-ondes avec possibilité de les accorder par films minces ferroélectriques. Nous étudions dans un premier temps l'extraction de la permittivité complexe d'un film de BST, déposé par voie sol-gel, dans une très large gamme de fréquences (1MHz - 2.6THz). Ces mesures ont permis de mettre en évidence une dispersion de la permittivité complexe suivant un modèle Cole-Cole. L'intégration de ces films minces dans des structures microondes est ensuite effectuée. D'une part, des lignes classiques à retard de phase sont caractérisées et montrent des performances atteignant un déphasage différentiel de 360° à 30 GHz sous 40 Volts. D'autre part, des lignes à avance de phase sont conçues pour fonctionner en régime composite équilibré. Le point d'indice nul voit sa fréquence changer en tension avec le glissement du diagramme de dispersion. Les lignes de transmission chargées de micro-résonateurs peuvent aussi tirer profit du changement de permittivité des films de BST pour accorder leurs caractéristiques de transmission-réjection. Une microstructuration du film ferroélectrique est réalisée réduisant le dépôt à la zone d'agilité, minimisant les pertes diélectriques. Enfin, la propriété de réfraction négative des métamatériaux est démontrée par la fabrication d'un prototype fonctionnant en régime composite équilibré dans les bandes X et Ku. Les étapes de conception par simulations permettent de mettre en évidence les trois zones principales où la réfraction est respectivement négative, nulle et positive. Ces résultats sont vérifiés par la mesure de l'amplitude de l'onde réfractée à l'aide d'un dispositif de type goniomètre. / This work deals with metamaterials at microwave frequencies and their possibility to be tuned by means of ferroelectric thin films. In a first step, the retrieval of the complex permittivity of a BST thin film deposited by a sol-gel technique is achieved in a broad frequency range (1MHz - 2.6THz). It permits us to deduce that the dispersion of the dielectric function can be analyzed by a Cole-Cole function, meaning that the relaxations times are distributed. Then we investigate the possibility to integrate ferroelectric thin films in microwave devices. Some right-handed phase shifters, which are one of the elementary functions to tune a phased array antenna, are realized and characterized. We obtained a differential phase shift of 360° at 30 GHz for a 40 Volts bias voltage. On the other hand, left-handed transmission lines are designed and fabricated in order to exhibit a balanced behaviour of the dispersion diagram. The zero index point can be tuned when a bias voltage is applied. Micro-resonators, which permit to have artificial magnetism, can also take benefit of the permittivity variations of BST films to tune the transmission-rejection characteristics of a microstrip transmission line. In order to avoid spurious losses, the BST film is etched except under the tunable elements. At last, we demonstrate experimentally the balanced composite character of the dispersion by frequency and angle-resolved transmission measurements, carried out at centimeter wavelengths on slabs and wedge-type prototypes, respectively, of a prototype composed of an Omega-type unit cell.

De très nombreux dispositifs de communication sans fil fonctionnant dans des bandes de fréquences différentes sont déployés dans le monde du ferroviaire afin de répondre à la multitude des usages et des besoins, des applications de contrôle-commande mettant en jeu la sécurité aux applications non vitales (Information voyageur, vidéo surveillance, télévision embarquée, etc..). Ces applications sont associées à des exigences de Qualité de service qui nécessitent des techniques d’estimation et de synchronisation performantes. Ces systèmes de communications s'appuient sur des standards qui reposent aujourd'hui sur deux technologies clefs: l'OFDM (Orthogonal Frequency-division Multiplexing) et le MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). La combinaison MIMO-OFDM permet d'allier les avantages des deux méthodes. Cependant, l'orthogonalité entre les sous-porteuses du système MIMO-OFDM est mise à mal par les interférences entre porteuses provoquées par l'effet Doppler et l'offset de fréquence et le bruit de phase variant entre les oscillateurs à l'émission et à la réception. Ainsi, les techniques classiquement utilisées pour l'estimation de canal ou l'égalisation dans un environnement statique, fonctionnent de manière très dégradée en présence d'interférences entre sous-porteuses.L'objet de cette thèse vise à développer de nouvelles méthodes et des algorithmes d'estimation et de synchronisation du canal très sélectif en temps et en fréquence afin de permettre l'évolution des systèmes de communication vers des standards mieux adaptés aux liaisons mobiles à grande vitesse. Il convient de distinguer le cas où le canal de propagation ne varie pas pendant la durée d'un symbole OFDM et celui où il varie. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes focalisés sur le deuxième cas. Nous avons d'abord développé un algorithme basé sur le filtre de Kalman étendu et la décomposition QR pour les transmissions MIMO-OFDM. Nous faisons d'abord une approximation du modèle d'expansion de base (BEM) pour les variations temporelles des gains complexes. Notre algorithme modélise l'évolution des coefficients de BEM à l'intérieur d'un symbole OFDM par un modèle auto régressif (AR). Puis, nous présentons un offset de fréquence normalisé appelé CFO normalisé dans la transmission du système OFDM qui introduit les interférences entre porteuse (IEP). Cet offset de fréquence est également modélisé par un modèle AR. La faculté du filtre de Kalman étendu nous permet d’estimer de manière conjointe ce CFO et les coefficients BEM. L'algorithme utilise un détecteur QR pour estimer les symboles de données. Cet algorithme a montré de bonnes performances pour des récepteurs à vitesses très élevées.Notre deuxième contribution consiste en un algorithme qui s'appuie sur le premier algorithme pour résoudre l'IEP dû au bruit de phase existant dans l'oscillateur du récepteur, ainsi que l'IEP dû à l'effet Doppler, mais en se limitant au cadre SISO. Ici, nous considérons que le bruit de phase présente une grande variance à l'intérieur d'un symbole OFDM et également entre les deux symboles OFDM suivants. Le bruit de phase est modélisé par un processus Brownien. Ensuite, le filtre de Kalman étendu estime le vecteur des coefficients de BEM et le vecteur du bruit de phase dans les symboles OFDM. Cet algorithme est très performant et présente un BER remarquable dans les cas où la connaissance du canal et du bruit de phase est mauvaise voire inexistante. / Numerous wireless communication devices operating in different frequency bands are deployed in the railway domain to answer the multitude of uses and needs, from control and command applications involving safety to non-critical applications (passenger information, video surveillance, on board TV, etc.). These applications are associated with quality of service (QOS) requirements that need estimation techniques and synchronization performance.These communications systems are based on standards that rely on two key technologies: OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) and MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). The combination of MIMO and OFDM permits to benefit from the advantages of both methods. However, the orthogonality between subcarriers of OFDM-MIMO system is destroyed by inter-carrier interference caused by the Doppler effect and frequency offset and phase noise varying between oscillators at transmission and at reception. Thus, the performances of the techniques conventionally used for channel estimation and equalization in a static environment are considerably destroyed in the presence of interference between subcarriers.The purpose of this thesis is to develop new methods and algorithms for estimation and synchronization in very selective channel in time and frequency to allow the evolution of communication systems towards standards that will match better with high speed vehicular communications. It is important to distinguish the case where the propagation channel does not vary during the OFDM symbol duration and when it varies. In this thesis, we focused on the latter.We first developed an algorithm based on the Extended Kalman Filter and the QR decomposition for MIMO-OFDM transmissions. We first approximate the Expansion Model as a basis for temporal variations in complex gains. Our algorithm models the evolution of BEM coefficients within an OFDM symbol by an auto regressive model (AR). Then, we present a normalized frequency offset called normalized CFO in OFDM transmission system that introduces interference between carriers (IEP). This frequency offset is modeled by an AR model. Properties of Extended Kalman filter allow us to estimate simultaneously the two unknown variables, a vector of coefficients, the other BEM normalized frequency offset. The QR algorithm uses a detector to estimate the data symbols. This algorithm presented good performance for receivers at very high speeds. Our second contribution consists of an algorithm that uses the first algorithm to solve the IEP due to phase noise existing in the oscillator of the receiver, and the IEP due to the Doppler effect, but limited to SISO case. Here, we consider that the phase noise has a large variance within one OFDM symbol and also between the two following OFDM symbols. The phase noise is modeled by a Brownian process. Then, the Extended Kalman filter estimates the vector of coefficients of BEM and the vector of phase noise in OFDM symbols. This algorithm is very effective and has a remarkable BER performance when knowledge of the channel and phase noise is poor or nonexistent.

Ces travaux de thèse portent principalement sur la génération de signal d'horloge haute fréquence. Dans un premier temps, la faisabilité d'un oscillateur à base de BAW y est démontrée par la conception d'un circuit en technologie CMOS 65 nm. Les deux principales innovations sont les performances en terme de stabilité (bruit de phase de -128dBc/Hz à 100kHz de la porteuse) et en précision (implémentation d'une banque de capacités ayant un pas de 0.4ppm) de l'oscillateur. Sa consommation est optimisée (0.9mW). Il est suivi d'un diviseur faible bruit (-140dBc/Hz à 100kHz de la porteuse) délivrant un signal à 500MHz. Dans un second temps, les imperfections des résonateurs BAW sont analysées. Une procédure de calibration comprenant une calibration initiale et une calibration en boucle ouverte est alors proposée. Cette dernière repose sur l'identification et l'utilisation d'un modèle comportemental du dispositif, régulièrement mis à jour grâce à un filtre de Kalman. Une précision de 0.4 ppm est atteinte / This thesis deals with the gigahertz range reference frequency generation. In a first part, this document presents the design of a 500 MHz oscillator in a 65 nm CMOS process using a 2 GHz Bulk Acoustic Wave resonator. A digital frequency control is implemented using a switched capacitor bank in parallel to the resonator. The tuning range is up to 500 kHz with a minimum step of 200 Hz. The oscillator core uses a differential topology and is designed for low phase noise (-128 dBc/Hz at 100 kHz offset) at low power consumption (0.9 mW). It is followed by a low noise divider which provides a 500 MHz output with a phase noise of -139 dBc/Hz at 100 kHz offset from the carrier. In a second part, we consider a method for the calibration of a BAW based frequency reference. In fact, the frequency variations of a BAW oscillator against process, supply, temperature and aging effects make difficult its use as a frequency reference. We propose here a method based on Kalman filtering to identify with high precision a behavioral model of this BAW reference, thus enabling its use in an open loop frequency tuning. A precision of 0.4 ppm is achieved