Des céramiques de K(Ta1-xnBx)O3 [KTN] ont été densifiées par la méthode du "fast-firing" et en utilisant un ajout de Li2CO3 ou de LiF. Une cellule de mesures diélectriques hautes fréquences et hautes températures a été mise au point. Des mesures diélectriques en large bande de fréquence (102-109 Hz) et de température (300 - 800 K) ont permis de mettre en évidence trois relaxations. Les deux premières, à basse fréquence, proviennent de mouvements de parois de domaines et de phénomènes de conductivité. La troisième à haute fréquence [HF], est liée à des chaînes de corrélation des cations Nb5+ et Ta5+ selon un modèle de double puits de potentiel. Enfin, température de Curie et fréquence de relaxation [HF] ont été reliées au degré de covalence des liaisons B-O(B=Nb, Ta).

L'ensemble des résultats décrits dans la thèse constitue une contribution a l' etude des relaxations diélectriques dans des céramiques de structure perovskite qu'elles soient férroelectriques ou relaxeurs. Ils ont montré les relations étroites entre fréquence de relaxation, température de transition, nanostructure et liaison chimique. Ils permettent d'entrevoir des lois qui régissent la variation des caractéristiques des relaxations avec la nature des substitutions cationiques, le rapport entre le nombre d'atomes B' et B'' en site octaédrique, l'ordre ou le désordre

Les récents progrès dans les télécommunications exigent de nouveaux composants pouvant fonctionner à des fréquences de plus en plus élevées et l’électronique d’une manière générale exige des composants de très bonne qualité. L’objectif principal de ce travail est la conception, la réalisation et la caractérisation d’une micro-inductance intégrée utilisant les propriétés d’une couche relativement épaisse de matériau magnétique. Les structures bobinées étant difficilement intégrables, une structure planaire a été retenue. Deux types de dispositifs ont été réalisés : une structure composée d’une spirale sur une couche de matériau magnétique et une autre constituée d’une spirale prise en sandwich entre deux couches de matériau magnétique. Les études réalisées par simulation montrent de très bons résultats confirmés par les caractérisations. Plusieurs essais de caractérisation hautes fréquences (à l’aide d’un analyseur vectoriel) et basses fréquences (à l’aide d’un LCRmètre) ont été réalisés. Les résultats montrent un gain en termes de valeur d’inductance d’un facteur de deux sur la structure une couche et un gain d’un facteur proche de la perméabilité du matériau pour une structure double couche. Par ailleurs, une technique de caractérisation "courant fort" utilisant un té de polarisation et une technique de détermination de la perméabilité du matériau magnétique utilisant la combinaison des résultats de mesure et de simulation ont été développées. L’intégration des composants passifs comme l’inductance à couche magnétique relativement épaisse est possible grâce à l’utilisation des techniques de la microélectronique et de micro-usinage / Recent advances in telecommunications require new components that can operate at high frequencies and now, electronic requires high quality components. The main purpose of this work is the design, micro-fabrication and characterization of a micro-integrated inductor using properties of a relatively thick layer of magnetic material. As coiled structures are difficult to integrate a planar structure was chosen. Two kinds of devices have been made: a device consisting of one spiral on a layer of magnetic material and another consisting of one spiral sandwiched between two layers of magnetic material. The simulation studies show very good results confirmed by characterizations. Several high frequencies (using a vector analyzer) and low frequencies (using a LCRmeter) characterizations were made. Results show that the inductance value is multiplied by two in the case of a structure with one layer of magnetic material and by a factor close to the permeability of magnetic material in the case of a double layer structure. In addition, a high current characterization technique using a bias tee and a technique for determining the permeability of the magnetic material using a combination of measurement results and simulation have been implemented. The integration of passive components such as inductor with relatively thick magnetic layers is made possible by the use of microelectronic and micro-machining techniques

L’analyse de la stabilité de formulations est primordiale dans de multiples secteurs industriels : pharmaceutique, cosmétique, agroalimentaire… Il existe donc de nombreuses techniques permettant de caractériser la stabilité de solutions colloïdales. Les méthodes les plus communément utilisées reposent sur l’analyse par diffraction de la lumière, comme le Turbiscan, développé par la société Formulaction, qui est un instrument de référence dans ce domaine. Cependant, de par leur principe de mesure, ces techniques ne sont pas suffisamment sensibles pour l’analyse d’échantillons fortement absorbants. Les autres méthodes existantes – l’analyse par ultrasons, par rayons X… - sont quant à elles complexes, requièrent la connaissance de propriétés difficilement accessibles, voire sont insensibles de par leur principe physique aux produits à base de noir de carbone, qui constituent la majeure partie du marché des produits dits noirs. Il existe donc un besoin concernant une méthode de mesure simple et non-intrusive qui permette d’étudier la stabilité de dispersions fortement absorbantes. Nous présentons dans ce manuscrit une nouvelle méthode de caractérisation, basée sur l’interaction entre les ondes électromagnétiques hyperfréquences et la dispersion fluidique à l’étude. Dans un premier temps, une modélisation des capteurs ainsi que de l’interaction entre ondes hyperfréquences et liquide est présentée, afin de comprendre les mécanismes de fonctionnement du système développé et d’en optimiser la sensibilité. Par la suite, nous avons corroboré les résultats de modélisation par des simulations hyperfréquences démontrant la sensibilité de la technique à une variation de permittivité effective du liquide, et par extension à une variation de fraction volumique. Forts de ces résultats, l’intégration du système de mesure complet comportant quatre capteurs a été réalisée puis le fonctionnement de la technique a été validé par mesures de solutions colloïdales modèles. Enfin, le système de mesure a été testé sur diverses dispersions plus complexes, permettant ainsi de valider la capacité de la technique hyperfréquence à caractériser la stabilité des solutions colloïdales, et par extension la stabilité de solutions colloïdales fortement absorbantes. / Stability analysis of formulations is essential in several industrial fields: pharmaceutical, cosmetics, agri-food… Therefore, many technics were developed to characterize the stability of colloidal suspensions. The most commonly used ones are based on light diffraction analysis, such as the Turbiscan developed by Formulaction, which is a reference instrument in the field. Nevertheless, because of the measurement principle, those techniques are not suitable for the analysis of highly absorbing samples. There are several other methods – acoustic measurements, X-rays diffraction spectrometry… - to analyse absorbing samples but they are complex, require a good knowledge of the sample properties or even are not sensitive to carbon based products, due to their physical principle, which constitute the larger part of the black products market. Therefore, there is a need for a new measurement method, simple and non-intrusive, that allows to study highly absorbing solutions stability. In this manuscript, we present a new characterization method, based on the interaction between microwaves and the fluidic dispersion under study. In a first time, a modelling of the sensors and the interactions between microwaves and the liquid will be presented, to understand the working of the developed system and to optimize it. Thereafter, we will corroborate the modelling results with microwave simulations, to demonstrate the sensitivity of the method to a variation of the effective permittivity of the liquid, and so to a variation of the volume fraction. Based on those results, the integration of the whole system, with the four sensors, will be realised and the functioning of the system will be validated by measuring reference colloidal suspensions. Finally, the measurement system will be tested on several complex suspensions, to validate the ability of the microwave method to characterise the stability of colloidal suspensions, and by extension of highly absorbing colloidal suspensions.

La technique Lidar Radar est couramment utilisée pour la détection de cibles immergées dans des eaux peu profondes inférieures à quelques dizaines de mètres. Cette technique repose sur l’envoi d’un signal modulé associé, à la réception avec un filtre passe bande autour de la fréquence de modulation. Cette technique requiert ainsi un signal optique bleu vert, intense, modulé à des fréquences radar. Nous présentons dans cette thèse de nouvelles architectures de modulateur parfaitement adaptées à cette technique. La 1ère architecture est constituée d’une cavité externe comportant un doubleur intracavité. Cette architecture est couplée à une source laser picoseconde infrarouge (1064 nm). Les résultats ont montré que ce modulateur permet de générer un signal vert (532 nm), intense (5 mJ) et stable en fréquence. Grâce à la source utilisée, le signal modulé en sortie de l’émetteur (source laser et modulateur) ne dure que quelques nanosecondes. Ceci permet d’utiliser la méthode de « range-gating » pour obtenir une précision sur la localisation de la cible. Néanmoins, ce dispositif présente l’inconvénient d’avoir une bande passante du signal émis fixe. Nous avons donc développé une deuxième architecture du modulateur, permettant d’accorder facilement la bande passante du signal émis. Cette configuration repose sur le comportement polarimétrique des composants optiques afin de changer la largeur de bande passante du signal. Nous avons montré que ce modulateur permet de délivrer, un signal intense (jusqu’à 2,9 mJ), court (quelques nanosecondes), à 532 nm, modulé à des fréquences radar, stable en fréquence et accordable en bande passante. / The Lidar Radar technique is commonly used for submerged target detection in shallow waters less than a few tens of meters. This technique is based on sending a modulated signal, associated with a bandpass filter around the modulation frequency after detection. This technique requires an intense blue-green optical signal modulated at radar frequencies. We present in this thesis new modulator architectures perfectly adapted to this technique. The first architecture consists of an external cavity with an intracavity SHG stage. This architecture is coupled to an infrared picosecond laser source (1064 nm). The results showed that this modulator makes it possible to generate a green signal (532 nm), intense (5 mJ) and stable in frequency. Thanks to the source used, the signal modulated at the output of the transmitter (laser source and modulator) lasts only a few nanoseconds. This makes it possible to use the "range-gating" method to precisely locate the target.Nevertheless, this device has the disadvantage of a fixed bandwidth. We have therefore developed a second architecture of the modulator, allowing to easily tune the bandwidth of the transmitted signal. This configuration is based on the polarimetric behavior of the optical components in order to change the bandwidth of the signal. We have shown that this modulator can deliver , an intense signal (up to 2.9 mJ), short (a few nanoseconds), at 532 nm, modulated at mirowave frequencies, stable in frequency and tunable in bandwidth.

L'océan joue un rôle très important dans la régulation du climat de la terre à travers les échanges de chaleur avec l'atmosphère, qui se font en grande partie sous forme de Flux de Chaleur Latente (FCL). Ce dernier dépend notamment de l'humidité spécifique à quelques mètres au-dessus de la surface. Cette dernière variable est encore mal maîtrisée dans les modèles météorologiques, et trop peu d'observations sont disponibles à l'échelle du globe pour calculer des champs d'humidité et de flux de chaleur latente, pourtant nécessaires pour forcer les modèles océaniques, par exemple. Dans ce travail, on analyse le potentiel des données de télédétection spatiale pour estimer l'humidité de surface. L'intérêt majeur des satellites est qu'ils nous permettent d'observer l'ensemble des océans à une échelle temporelle de quelques jours seulement. Afin de restituer l'humidité spécifique, nous nous servons des données de températures de brillance mesurées par les radiomètres hyperfréquences AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit - A) et AMSU-B embarqués à bord des satellites NOAA 15, 16 et 17. AMSU-A comporte 15 canaux entre 23.8 GHz et 89 GHz, avec une résolution de 48 Km, et AMSU-B comporte 5 canaux entre 89 GHz et 183.31 GHz, et a une résolution de 16 Km. Nous utilisons les radiomètres AMSU parce qu'ils possèdent un nombre important de canaux (20 canaux au total), dont certains sont sensibles à la vapeur d'eau. Malgré leur potentiel intéressant, les radiomètres AMSU ont jusqu'ici été peu exploités pour la restitution de l'humidité de surface. Deux approches sont utilisées pour faire cette restitution : la régression linéaire multiple et les réseaux de neurones artificiels. Grâce à cette dernière méthode, nous avons pu restituer l'humidité de surface avec une amélioration de 21.8% par rapport à l'algorithme de référence (Bentamy et al., 2003). Ceci se traduit par un écart rms de 0.86 g/kg, par rapport aux données de validation, qui sont les observations horaires des mouillages TAO et PIRATA. L'ensemble des résultats trouvés au cours de cette étude indique clairement que le satellite apporte un point de vue complémentaire par rapport aux modèles opérationnels et par rapport aux observations, vis-à-vis de l'humidité de surface.

Pour faire face à la complexité croissante des systèmes de télécommunications sans fil, il est nécessaire de développer des systèmes RF (Radiofréquence) plus performants et agiles. Dans ce contexte, des matériaux à changement d’état, ou SCM (State Change Material), déjà utilisés dans le développement des futures générations de mémoires non-volatiles (PCRAM, CBRAM), ont récemment été évalués pour réaliser des commutateurs RF. Parmi ces SCM, les PCM (matériaux à changement de phase) semblent ainsi être une solution particulièrement attractive pour réaliser des composants RF permettant l’obtention de circuits reconfigurables, rapides, miniatures et intégrables sur des circuits CMOS.En lien avec la stratégie du LETI / DCOS (Département COmposants Silicium) et en s’appuyant sur une analyse fine de la physique des matériaux à changement d’état, la thèse aura pour objectif de développer une nouvelle filière technologique de composants RF en rupture à base de SCM qui permettront de concevoir de nouvelles architectures de circuits RF innovants et reconfigurables. / As wireless telecommunication systems complexity continues to increase, there is a need to develop RF systems with higher performances and agility. In this context, SCM (State Change Material), already used to develop the next generation of non-volatile memory (PCRAM, CBRAM), were recently evaluated to realize RF switches. Among these SCM, PCM (Phase Change Material) are an attractive option to realize miniature and high speed reconfigurable RF components that could be easily integrated with CMOS circuits.In line with the LETI / DCOS (Silicon Components Division) strategy, PhD will aim to develop a disruptive RF components technology based on SCM that will allow designing innovative and reconfigurable FEM (Front End Module) circuits.

Le centre coloré azote-lacune du diamant, appelé centre NV, est comparable à un atome piégé à l’état solide. Ses propriétés de spin, conservées à température ambiante, permettent la détection de résonances magnétiques par voie purement optique. Le travail décrit dans cette thèse est centré sur l’utilisation d’ensembles de centres NV pour répondre à des problématiques à la fois scientifiques et industrielles. Nous avons réalisé un microscope de photoluminescence permettant d’exploiter les propriétés d’une couche nanométrique de centres NV. Les images obtenues ont une résolution spatiale de 500 nm et les fluctuations du signal sont limitées par le bruit de photons. En soumettant les centres NV à un signal hyperfréquence connu, nous pouvons reconstituer la cartographie à l’échelle microscopique des trois composantes d’espace d’un champ magnétique : par exemple, celui produit par un conducteur parcouru par un courant. La sensibilité associée à une surface d’intégration de 1 µm² de la couche de centres NV est de l’ordre du microtesla par racine de hertz. Notre dispositif d’imagerie permet également d’analyser le spectre d’un signal hyperfréquence. En soumettant les centres NV à un gradient de champ magnétique connu, l’information spectrale est transformée en information spatiale. Des résultats préliminaires montrent l’analyse simultanée d’une bande de fréquences de 700 MHz associée à une résolution de 7 MHz et à un taux de rafraîchissement de 4 ms. Ces travaux illustrent les perspectives prometteuses du centre NV du diamant, notamment pour le contrôle de circuits électroniques et l’analyse en temps réel de spectres hyperfréquences pris dans leur ensemble. / The nitrogen-vacancy color center of diamond, called NV center, is an atom like system trapped in a solid lattice. Its spin properties, kept at room temperature, allow the detection of magnetic resonances by purely optical means. The work described in this thesis is focused on the use of NV centers’ ensembles targeting both scientific and industrial issues. We realized a photoluminescence microscope that exploits the properties of a nanoscale layer of NV centers. The spatial resolution of the resulting image is around 500 nm and the fluctuations of the signal is limited by the shot-noise. When the NV centers are submitted to a microwave signal witch frequency is known, the cartography of the three spatial components of the magnetic field, the one produced by a conductor carrying a current for example, can be determined at the microscopic scale. The sensitivity associated to an integration surface on the NV center layer of 1 µm² is in the order of the microtesla per square root of hertz. Our imaging device also leads to the spectral analysis of a microwave signal. When the NV centers are submitted to a known magnetic field gradient, the spectral information is transformed into spatial information. Preliminary results show the simultaneous analysis of a 700 MHz frequency band associated to a resolution of 7 MHz and a refresh rate of 4 ms. These works illustrate promising perspectives for the NV center of diamond, especially for the control of electronic circuits and the real time analysis of a whole microwave spectrum.

Depuis la découverte des nanotubes de carbone en 1991 par Sumio Iijima et de leurs fascinantes caractéristiques électriques et mécaniques, de nombreuses études ont visé leurs utilisations dans toutes sortes d'applications et notamment en électronique. Ainsi, nous avons proposé d'axer nos travaux de recherche vers l'utilisation de nanotubes de carbone, de part leurs propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles, pour la réalisation de fonctions électromécaniques pour des applications hyperfréquences (RF-NEMS). Une première partie de nos travaux a ainsi été dédiée à l'étude des propriétés des nanotubes de carbone et des architectures de composants pouvant potentiellement conduire à des composants RF-NEMS aux performances et fonctionnalités augmentées. La seconde partie de nos travaux a ainsi porté sur le développement de méthodes de modélisation et de protocoles de conception spécifiquement adaptés aux échelles et aux caractères multi physiques des composants. Un logiciel développé nous a ainsi permis de concevoir et de prédire les performances d'une capacité variable à base de nanotubes de carbone, dont nous avons démontré la viabilité contournant ainsi la forte résistance présenté par un nanotube unitaire, verrou actuel de cette technologie. Enfin, nous avons proposé les architectures de fonctions hyperfréquences plus complexes telle qu'un déphaseur accordable dont les performances, prédites par les outils que nous avons mis en place, démontrant l'attrait des nanotubes de carbone pour la réalisation de fonctions d'accord évoluées et performantes, avec un fort potentiel attendu au niveau de temps de réaction (se situant dans le domaine de la nanoseconde).

Le développement des technologies BiCMOS Silicium/Germanium (SiGe) permet aujourd'hui l'intégration de systèmes radio-fréquences (RF) complets (RF+bande de base) sur une seule puce et à faible coût. Les transistors bipolaires de telles filières sont en effet capables d'atteindre des fréquences de transition de plusieurs dizaines de gigahertz, assurant ainsi la réalisation de fonctions du domaine RF telles que l'amplification, le mélange, la division de fréquence analogique et numérique, la comparaison phase/fréquence analogique et numérique, etc. De plus, la compatibilité de ces technologies avec les technologies CMOS existantes autorise la réalisation simultanée de systèmes de traitement du signal numériques (et/ou analogiques) complets dans la bande de base. Le point faible de ces technologies reste cependant la difficulté d'obtenir des composants passifs de bonne qualité. Un challenge apparaît lorsqu'il s'agit de reconsidérer la conception des architectures existantes afin de se satisfaire de ces composants intégrés passifs peu performants, voire de s'en passer complètement. Une solution consiste alors à numériser au maximum les diverses fonctions précédemment citées. Le travail de thèse porte sur l'étude de faisabilité de la synthèse de fréquence en bande X et K, entièrement intégrée en technologie SiGe et basée sur la boucle à verrouillage de phase. On s'intéresse plus particulièrement à la numérisation des diviseurs hyperfréquences et des comparateurs phase/fréquence utilisés dans la boucle, le VCO restant par ailleurs analogique. Des solutions de conception innovantes sont proposées en terme de montée en fréquence et de réduction des phénomènes parasites inhérents aux structures habituellement rencontrées à plus basse fréquence. La thèse se conclut par l'intégration des diviseurs et comparateurs conçus dans cette thèse avec des VCOs conçus lors d'une thèse déjà soutenue afin de former des synthèses de fréquence à 10 et 20 GHz.