Les générateurs de suites binaires aléatoires constituent la partie primordiale d'un système cryptographique. La vitesse, la qualité des suites générées, la sécurité et la consommation jouent un rôle essentiel dans le choix d'un générateur. La sécurité du système cryptographique augmente si un tel système peut être réalisé dans un seul circuit.Le travail de recherche développé consiste donc en la réalisation d'un générateur de nombres aléatoires fonctionnant en basse consommation, basse vitesse. Le circuit proposé est de type analogique et valide l'ensemble des tests NIST assurant le caractère du signal. Une réalisation sur Silicium en technologie 0,35μm a été implémentée et validée via les tests NIST développés sous Matlab. De ce travail de thèse, un certain nombre de publications ont montré la plus-value recherche des résultats. / Random binary sequences generators constitute the essential part of a system Cryptographic. The speed, quality of generated suites, safety and consumption play an essential role in the selection of a generator. The security of the cryptographic system increases if such a system can be realized in a single circuit.The developed research work consists in the realization of a random number generator running in low power, low speed. The proposed circuit is analog and Valid all NIST tests ensuring the randomness of a signal.A realization on silicon in 0,35μm technology has been implemented and validated through NIST developed tests Matlab. In this thesis, a number of publications have demonstrated the added value search results.

Notre connaissance des mécanismes d’acquisition de la chimie des eaux continentales est limitée par la fréquence des prélèvements qui peuvent être réalisés sur le terrain. Échantillonner une rivière tous les 15 jours, c’est négliger une variabilité de sa composition qu’on commence à suspecter et qui renseigne sur des processus ou des variations de sources de courte période intégrés sur l’ensemble du bassin versant. L’automatisation des prélèvements et la mesure en temps réel est un défi important non seulement du point de vue de la compréhension des mécanismes contrôlant la chimie des eaux, de leur dynamique temporelle, des relations entre concentrations et débits, mais aussi du point de vue appliqué pour la détection des pollutions ponctuelles. Ce développement intéresse les professionnels de l’eau qui ne sont pas à ce jour contraint par la loi, mais qui pourraient le devenir. Dans le cadre du projet équipex CRITEX, un prototype de maison chimique appelé ”RiverLab”, véritable laboratoire d’analyses en temps réel sur le terrain a été développé et installé en novembre 2014 sur la bassin versant expérimental de l’Orgeval, un site étudié depuis 50 ans par les équipes de l’IRSTEA. Ce prototype est destiné à être déployé sur deux autres sites du réseau national des bassins versants (dispositif SOERE). Nous nous focalisons sur les deux principaux forçages naturels que subi un bassin versant à savoir les apports de précipitations et l’énergie solaire revisité sous l’angle de la haute fréquence / Our knowledge of the mechanisms of acquisition of inland water chemistry is limited by the frequency of sampling that can be carried out in the field. Sampling a river every 15 days means neglecting a variability in its composition that is beginning to be suspected and which informs processes or variations of short-term sources integrated over the entire catchment area. The automation of sampling and real-time measurement is an important challenge not only from the point of view of understanding the mechanisms controlling water chemistry, their temporal dynamics, the relations between concentrations and flows, but also from the point of view of applied for the detection of point pollution. This development is of interest to water professionals who are not yet legally constrained, but who could become so.As part of the CRITEX team project, a prototype of a chemical house called "RiverLab", a real laboratory for real-time field analysis, was developed and installed in November 2014 on the experimental watershed of Orgeval, a site studied for 50 years by the IRSTEA teams. This prototype is intended to be deployed on two other sites of the national watershed network (SOERE device). We focus on the two main natural forces that have undergone a watershed, namely precipitation inputs and solar energy revisited in terms of high frequency

Pour réduire significativement les émissions de CO2 dans les moteurs à combustion interne, un levier majeur est la réduction des pertes thermiques pariétales lors de la combustion. Ces pertes présentent un pic de plusieurs MW/m2 près du point mort haut, et sont liées à des phénomènes complexes d'interaction flamme-paroi qui dépendent du mode de combustion. Afin de mieux appréhender les phénomènes associés, il est nécessaire de caractériser le flux thermique à des échelles temporelles inférieures à la milliseconde.Dans ces travaux, une machine à compression rapide et une cellule à précombustion à volume constant sont utilisées pour simuler les phénomènes de combustion rencontrés en moteurs. Des thermocouples à jonction fines permettent une mesure de flux thermique instantanée avec une résolution temporelle de 0.1 ms. Ces moyens d'essais permettent de reproduire trois modes de combustion : flamme de propagation, flamme de diffusion et auto-inflammation. Ces travaux permettent également d'évaluer les différentes technologies envisageables de mesure de transfert thermique en combustion (thermocouples, thermorésistances et thermométrie phosphore rapide) au regard des caractéristiques métrologiques requises par la rapidité des phénomènes mis en jeu.Le flux lors du transfert thermique atteint des valeurs de plusieurs MW/m2 avec une forme qui dépend du mode de combustion. Le flux lors de la propagation d'une flamme prémélangée est dominé par un pic lors de l'interaction flamme paroi,d'environ 5 MW/m2 et de durée 0.5 ms. Le flux lors de la combustion d'un jet Diesel est approximativement un plateau pendant la durée de l'injection ; il est dominé par l'effet d'entraînement d'air par le jet qui cause une augmentation du coefficient de transfert convectif jusqu'à des valeurs de 10 kW/m2/K, l'augmentation de température liée à la combustion étant secondaire. Dans le cas d'ondes de pression générées par une auto-inflammation rapides de gaz(cliquetis lors d'un allumage commandé ou HCCI à fort contenu énergétique), une corrélation est observée entre l'intensité du cliquetis et le flux thermique associé, quel que soit le mode de combustion qui génère les oscillations de pression. Le flux lors du cliquetis est 3 à 5 fois plus élevé que lors d'une combustion par flamme de propagation comparable. / CO2 emissions in internal combustion engines are linked with inefficiencies due to wall heat losses during combustion.Those losses exhibit a sharp peak of a few MW/m2 close to top dead center and are linked to complex flame/wall interaction phenomena that vary with the combustion mode. A fine understanding of the associated phenomena requires experimental characterization of wall heat flux with a time resolution better than the millisecond. In this PhD work, a rapid compression machine and a precombustion cell are used to reproduce engine combustion phenomena. Thin-junction thermocouples allow an instantaneous measurement of the wall heat flux with a time resolution of 0.1 ms. Three combustion modes are generated: propagation flame, diffusion flame and auto-ignition.Different possible measurement technologies and procedures (thermocouples, thermoresistances and rapid phosphor thermometry) are compared and benchmarked against the features of combustion phenomena. Flux during wall heat transfer reaches values of a few MW/m2 and its shape varies with the combustion mode. During premixed flame propagation, flux is dominated by a peak during flame-wall interaction of about 5 MW/m2 in amplitude and 0.5 ms in duration. During Diesel combustion, heat flux is approximately constant during the injection duration; itsevolution is driven by an increase of the convection coefficient up to 10 kW/m2/K, which is attributed to air entrainment by the spray; the temperature increase from combustion is considered a second-order effect. During combustion presenting a pressure wave propagation (e.g. knock for some spark-ignition cases or HCCI with high energy content), the intensity of pressure oscillations and wall heat flux are shown to be correlated. That correlation is independent of the phenomenon creating the pressure wave; heat flux during knock is 3-5 times higher than for a comparable premixed propagation flame.

L’intérêt des ultrasons pour la caractérisation de milieux ou pour l’actionnement à plus forte puissance n’est plus à démontrer. L’intégration de fonctions acoustiques substrats de silicium soulève en revanche de nombreux problèmes technologiques. Le travail de thèse présenté fait suite aux premiers développements technologiques qui ont permis la validation du concept de caractérisation acoustique haute fréquence en canal microfluidique. Les principales avancées de ce travail concernent l’optimisation du transfert de l’énergie acoustique dans le canal microfluidique dans une bande de fréquence allant de 500 à 1000 MHz. Des dépôts de couches minces sur les miroirs et le développement de transducteurs en couches épaisses constituent les principales avancées. Une première évaluation de l’actionnement de fluides ou de particules en canal microfluidique est également présentée ainsi qu’une application du système à la mesure de température en canal microfluidique par ultrasons. / The interest of ultrasounds for media characterization or for actuation when using more power is well known. Nevertheless, the integration of these acoustic functions in silicon based Lab-on-chips requires specific technological developments. The possibility to use high frequency bulk acoustic waves in this kind of systems for characterization or detection has been presented previously in another PhD work. The main objective of this work was to optimize acoustic energy transfer to a microfluidic channel in a frequency range between 500 MHz and 1000 MHz. To do that, the main technological developments achieved among others concern the coating of the guiding mirrors to avoid acoustic mode conversion and ZnO thick films sputtering for the fabrication of piezoelectric transducers. The developed system has been used for particles detection or concentration evaluation. Moreover, a first evaluation of fluids/particles actuation was demonstrated, along with temperature evaluation using ultrasound were achieved in microfluidic channels.

L’évolution des technologies silicium rend aujourd’hui possible le développement de nombreuses applications dans les domaines millimétriques tels que pour les systèmes de communication à très haut débit. Cette évolution se caractérise par une croissance des performances en fréquence des transistors disponibles dans ces technologies et nécessite la mise en place d’outils de mesure performants pour valider la modélisation et l’optimisation technologique de ces dispositifs. La caractérisation load-pull est une méthode incontournable pour modéliser le comportement en fort signal des transistors. En bande G [140-220 GHz], l’environnement de mesure classiquement disponible n’a plus les performances requises pour ce type de caractérisation compte tenu des pertes dans les accès au dispositif sous test. Ce travail de thèse a pour objectif de lever ce verrou en proposant de réaliser, en technologie BiCMOS 55 nm de STMicroelectronics, un banc load-pull entièrement intégré sur silicium afin d’être au plus près du dispositif à caractériser. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Le premier chapitre présente l’état de l’art de l’instrumentation actuellement disponible pour la caractérisation en puissance aux fréquences millimétriques et leurs limitations. Le second chapitre détaille la conception et la caractérisation des blocs constituant le banc intégré : le tuner et la source MMW de puissance. Le troisième chapitre décrit la réalisation et les performances du détecteur de puissance. Enfin, le quatrième chapitre présente le banc complet et son application à la caractérisation en bande G d’un dispositif bipolaire disponible dans la technologie BiCMOS 55 nm. / The evolution of silicon technologies now makes possible the development of many applications in the millimeter areas such as high speed communication systems. The evolution of these silicon technologies is characterized by the increase of the transistor performances with the frequency that requires the development of efficient radiofrequency measurement tools for accurate modeling of active components or the optimization of integrated circuits. In this framework, the load-pull characterization is an essential method to model the behavior of transistors in nonlinear region. In the G Band, the classical measurement environment typically available has not the required performance for this kind of characterization due to the losses in the accesses to the device under test. The aim of this thesis is to lift this lock by offering, in the STMicroelectronics BiCMOS 55 nm technology, a fully integrated load-pull characterization bench on silicon in order to be as close as possible to the device to characterize. The thesis manuscript is divided into four chapters. The first chapter presents the state of the art of the currently available instrumentation for power characterization at millimeter wave frequencies band and their limitations, which leads to the G band characterization bench specifications. The second chapter details the design and characterization of the mains blocks constituting the integrated bench: the tuner and the mmw power source. The third chapter present the design and characterization of the power detector. Finally, the fourth chapter presents the complete bench and its application with the G band load-pull characterization of a transistor bipolar device.

L’étude systématique de la turbulence plasma dans les tokamaks, via une méthode de paramétrisation des spectres de fréquence extraits de la base de données de réflectométrie de Tore Supra a été effectuée. Cette base de données est constituée de 350 000 acquisitions obtenues à partir de 6 000 chocs incluant différents scénarios de chauffage. La paramétrisation consiste en une décomposition de chaque spectre en quatre composantes : la composante dite continue, les fluctuations de basse fréquence (BF), la turbulence à large bande en fréquence (BB) et le niveau de bruit où chaque composante a été approchée par une fonction prédéfinie. Pour la composante de turbulence BB, trois fonctions différentes ont été testées et comparées. La fonction gaussienne généralisée et la fonction de Taylor ont montré d’excellentes performances dans la plupart des cas. Dans les plasmas ohmiques, EBB dans le régime de confinement ohmique saturé est systématiquement plus élevé que dans le régime de confinement ohmique linéaire. Dans les plasmas en mode bas confinement L, EBB dans les plasmas chauffés par une onde à la résonance. / To systematically study the plasma turbulence in tokamaks, a parametrization method of frequency spectra from the Tore Supra reflectometry database has been developed. The database includes 350,000 acquisitions obtained from 6,000 discharges with different heating scenarios. In the parametrization, each spectrum has been decomposed into four component: the direct current component, the low-frequency (LF) fluctuations, the broadband (BB) turbulence and the noise level, and each component has been fitted by a function. Specifically for the BB turbulence component, three different functions have been tested and compared. The generalized Gaussian function and the Taylor function have shown excellent fitting performance. In Ohmic plasmas, EBB in the saturated Ohmic confinement regime is observed to be systematically higher than in the linear Ohmic confinement regime. In L-mode plasmas, EBB in the ion cyclotron resonance heating plasmas is globally much higher than in the lower hybrid heating plasmas. The collisional effects on the modifications of the spectra have also been studied. With the previous kinetic simulation results, a change of the dominating micro-instabilities, i.e., between the trapped electron modes and the ion temperature gradients modes, has been proposed to explain the behaviors of EBB, supported by database analysis of the density peaking and the LF component.

Cette thèse est liée au radar MARSIS, un des équipements de la mission d'exploration Martienne Mars Express dont la maîtrise d'oeuvre est gérée par l'ESA, et le décollage prévu pour Juin 2003. Plus précisément, il s'agit d'étudier le sondage radar basse fréquence de la surface Martienne grâce à un satellite en orbite basse. L'objectif scientifique principal est de cartographier la distribution en eau solide et liquide du sous-sol Martien. Le travail au cours de cette thèse consiste à modéliser le signal radar qui sera employé, et notamment les effets de la propagation à travers l'ionosphère Martienne et de la réflexion sur la surface. Ce travail servira alors d'étape préliminaire à la préparation de la réduction des données de cette mission, et à leur interprétation. La première partie de la thèse a consisté à étudier puis modéliser la propagation d'une onde électromagnétique basse fréquence. Le radar employé est basé sur la technique de la synthèse d'ouverture (SAR), opérant à basse fréquence pour permettre la pénétration de l'onde dans le sol en minimisant les pertes diélectriques. L'analyse de la propagation de cette onde montre que sa traversée à travers l'ionosphère induit d'importantes distorsions, qui consistent en une perte de cohérence de phase pulse à pulse, ce qui va engendrer un étalement du pulse, et en une atténuation de l'onde. L'impact de chaque phénomène est dépendent de la fréquence de l'onde et de la constitution de l'ionosphère, notamment en ce qui concerne sa densité électronique. Ces deux facteurs peuvent réduire significativement la résolution du signal radar et ses capacités de pénétration dans le sol. La seconde partie de la thèse a pour but la modélisation de la surface et du sous-sol. Une grande partie du signal radar sera réfléchie sur l'interface constituée par la surface alors qu'une partie transmise permettra, grâce à des réflexions en profondeur, le sondage effectif du sous-sol. La méthode de numérisation utilisée pour les calculs de réflexions de surface est la méthode dite de modélisation par facettes. Il s'agit de représenter la surface réelle par une suite de facettes planes continue, chacune de celles-ci étant tangente à la surface réelle. Cette méthode a été choisie pour respecter la nature relativement plane de la surface Martienne, grâce à l'utilisation de facettes de taille relativement importante. Cette caractéristique nous permet en outre de réduire le nombre de facettes employées dans le modèle et donc, de le simplifier. Afin de modéliser les interactions sous-sol / onde radar électromagnétique tout en conservant un temps de calcul acceptable, la simulation actuelle n'utilise qu'une seule interface plane dans le sous-sol, dont la profondeur et l'inclinaison peuvent être paramétrées pour modéliser différentes configurations. La simulation ainsi écrite permet de modéliser le signal radar reçu en écho après réflexions sur les différentes interfaces de surface et sous-sol. Différents choix de configurations, que ce soit au niveau de la fréquence radar utilisée ou de la géométrie et de la composition du sol sont utilisables.

Depuis près d'un siècle, les résonateurs à quartz à ondes de volume sont utilisés pour stabiliser les oscillateurs électriques. Cette longévité est due aux propriétés exceptionnelles du quartz et aux progrès constants de la technique. Pour les applications spatiales, il n'est généralement pas possible d'intervenir sur le composant. La dérive en fréquence doit alors être réduite et contrôlée sur des dizaines d'années. Cette variation systématique de la fréquence de résonance au cours du temps est due à l'évolution de plusieurs phénomènes physiques dont nous avons fait la synthèse et une analyse quantitative. Le premier de nos deux axes d'études porte sur l'étude des contraintes mécaniques dans la lame de quartz. Un travail bibliographique nous a permis d'étudier les spécificités de différentes formes de résonateur pour comprendre l'effet des contraintes mécaniques et les moyens de limiter la variation de fréquence induite. Les outils de modélisation actuels nous ont aidés à mettre au point une géométrie apportant une nette réduction de l'effet force-fréquence, confirmée par les mesures des premiers prototypes. L'autre axe d'étude est expérimental et porte sur un procédé essentiel communément appelé ''pré-vieillissement''. Les nombreuses contraintes de cette étude, telles que le temps, nous ont imposé une organisation méthodique de l'expérimentation. Ainsi, les plans factoriels fractionnaires nous ont permis de limiter les moyens techniques tout en obtenant les effets de chaque paramètre définissant le pré-vieillissement. Les résultats convergent vers la même conclusion que celle faite lors de l'étude quantitative des phénomènes physiques produisant le vieillissement.

Ce travail s'inscrit dans le contexte des métamatériaux microondes avec possibilité de les accorder par films minces ferroélectriques. Nous étudions dans un premier temps l'extraction de la permittivité complexe d'un film mince de Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) déposé par voie sol-gel. Alors que la plupart des études sur les matériaux ferroélectriques présentent des résultats à relativement basses fréquences (souvent quelques dizaines de gigahertz), la caractérisation de la fonction diélectrique du BST est ici effectuée 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 de type Cole-Cole, traduisant une distribution des temps de relaxation. L'intégration de ces films minces dans des structures microondes est ensuite effectuée. Des circuits déphaseurs, éléments de base de la commande d'une antenne à balayage électronique, sont considérés. 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 et caractérisées pour fonctionner en régime composite équilibré. Le point particulier d'indice nul en régime superluminal voit sa fréquence changer en tension avec le glissement du diagramme de dispersion. Les micro-résonateurs, permettant de créer un moment magnétique artificiel, peuvent aussi tirer profit du changement de permittivité des films minces de BST pour accorder les caractéristiques de transmission-réjection de lignes de transmission chargées par ces résonateurs. Ici, cette propriété est démontrée en technologie microruban. Une microstructuration du film ferroélectrique est réalisée réduisant le dépôt à la zone d'agilité, entraînant une réduction des 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 numériques permettent de mettre en évidence les trois zones principales du diagramme de dispersion où la réfraction est respectivement négative, nulle et positive. Ces résultats sont vérifiés expérimentalement par la mesure de l'amplitude de l'onde réfractée à l'aide d'un dispositif de type goniomètre.

Ce travail porte sur l'étude du plasma source d'un réacteur de type "hélicon" pouvant être utilisé pour la gravure des semiconducteurs. Nous utilisons un mélange Ar-He-F2 à des pressions variant de 4 à 20 mTorr avec des conditions de mélanges variables. L'interférométrie microondes (68 GHz) a été utilisée pour mesurer la densité électronique dont les valeurs vont de 0.4 à 2 10^12 cm-3 selon les conditions de pression et de puissance RF. En se basant sur la mesure de l'intensité des raies spectrales de l'He, nous avons établi un modèle collisionnel radiatif de la décharge. Il nous a permis de caractériser la fonction de distribution en énergie des électrons (fdee). Un modèle à deux températures a été choisi pour décrire cette fdee. La variation de ces températures en fonction des conditions de décharge est présentée. La température du gaz, trouvée de 850 K, a été mesurée par absorption laser qui a permis de mesurer la densité des niveaux 4s d'Ar et de valider la technique d'auto-absorption. La cinétique des raies fluor a été étudiée et a permis d'obtenir pour la première fois les coefficients d'excitation électroniques du fluor. Ces données ainsi que la mise en évidence des voies de population des états excités d'Ar et d'He montrent les limites de l'applicabilité de l'actinométrie. Une approche théorique est présentée pour montrer l'importance des différents processus responsables de l'entretien de la décharge et du dépôt d'énergie.