Les exigences des normes de raccordement des sources de production décentralisées au réseau électrique français imposent au système de conversion une qualité des grandeurs électriques en sortie des convertisseurs. Leur rendement est également une exigence de premier plan étant donné les puissances mises en jeu. L’enjeu est ici d’évaluer et améliorer le compromis qualité/rendement de ces systèmes de conversion par leur stratégie de commande MLI. Pour répondre à ces exigences, des stratégies à hystérésis triphasé (contrôle direct), appliquées sur une structure d’onduleur de tension triphasé deux niveaux, ont été développées garantissant un comportement comparable des trois courants de ligne. Des contrôles sur les courants de ligne, ainsi que sur les courants polygonaux fictifs ont été mis en œuvre. Ces deux types de contrôle sont basés sur les mêmes règles et critères simples de modulation, afin de pouvoir être implantés simplement sur des systèmes temps réel et pouvoir être ensuite étendus à des structures de convertisseur entièrement commandés plus complexes. La plupart de ces contrôles ont fait apparaître des familles d’harmoniques dans le spectre de tension produit, traduisant une régularité naturelle dans les commutations produites de ces contrôles directs. Dans ce travail, la largeur des bandes d’hystérésis a été considérée fixe, mais ce paramètre de réglage pourrait être exploité dans le but de jouer également sur le rendement. Les performances électriques et énergétiques de ces nouveaux contrôles directs ont été évaluées et certains se sont révélés meilleurs sur ces deux critères que les contrôles directs bibliographiques. / The standards connections requirements of the decentralized generating sources to the French electricity network impose on conversion system to take into account the quality of the electric magnitudes in the converter output. Their efficiency is also a requirement leading given the powers brought into play. The challenge is to assess and improve the quality / efficiency compromise of these conversion systems by their PWM control strategy. To answer to these requirements, three phase hysteresis strategies (direct control), applied on a two- levels inverter structure have been developed to ensure a similar behavior of the three line currents. Controls on the line currents together with the fictitious polygonal currents were implemented. These two types of control are based on the same rules and simple modulation criteria to be implanted simply on real-time systems and can then be extended to converter structures fully controlled more complex. Most of these controls showed harmonic families in the produced voltage spectrum, reflecting a natural regularity in the produced switching of these direct controls. In this work, the width of the hysteresis band was considered fixed, but this parameter setting could be exploited in order to play also on the performance. Electrical and energy performances of these new direct control was evaluated and some proved better on these two criteria than the bibliographic direct controls.

Depuis 1965, la loi de Moore, loi de doublement du nombre de transistors dans une puce tous les deux ans, n’a jamais été contredite. II faut attendre septembre 2007 pour que son inventeur lui-même, Gordon Moore, ne la considère plus valide et estime sa fin dans les dix à quinze ans à venir. Le problème des limites physiques de la technologie CMOS actuelle est alors aujourd’hui posé : jusqu’où la miniaturisation peut-elle continuer? Combien d'atomes faut-il pour faire un transistor fonctionnel ? Y a-t-il d'autres matériaux que les semiconducteurs qui permettraient d'aller au delà des limites physiques, ou encore d'autres moyens de coder l'information de façon plus efficace? La technologie des transistors à un électron (SET, Single Electron Transistor) est une des solutions possible et semble très prometteuse. Bien souvent cantonné à un fonctionnement bien en dessous de la température ambiante, les premiers SETs métalliques démontrant un caractère typique de blocage de Coulomb à des températures dépassant 130 °C sont une des premières réussites du projet "SEDIMOS" ici à l'Université de Sherbrooke. Véritable couteau-suisse, le SET présente des caractéristiques électriques qui vont au delà de la technologie CMOS actuelle tout en pouvant copier cette dernière sans grande difficulté. Dans un circuit, il faut cependant lui adressé [i.e. adresser] certains problèmes tel [i.e. tels] qu’un faible courant de commande, un faible gain en tension et un délai important. Mais tous ces aléas peuvent être cependant contournés ou réduits par une conception adaptée de ces circuits. Cependant, il existe une difficulté à fabriquer de multiples SETs ayant des caractéristiques électriques similaires. En outre, les circuits peuvent exiger des SETs avec un haut niveau de performance. Souhaitant repousser les limites actuelles de la logique SET, le but de cette maîtrise est de réaliser un inverseur SET développant principalement les deux caractéristiques critiques mentionnées dans le paragraphe précédent. Sous un travail à température ambiante, voir supérieur, l'inverseur devra développer un gain en tension supérieur à l'unité. Les SET métalliques présentés dans ce travail sont fabriqués sur un substrat de silicium oxydé par oxydation sèche. Le procédé de fabrication utilisé est cependant compatible avec l'unité de fabrication finale du CMOS, Back End of Line (BEOL). Un coût réduit, un faible bilan thermique, et une amélioration de la densité d'intégration dans le cadre d'une production de masse de circuits hautement intégrés rendent ce procédé de fabrication très attrayant. L'objectif principal de cette maîtrise peut être divisé en 3 parties : (1) L'étude des paramètres électriques tels que les tension, gain, capacité d'attaque et puissance du circuit inverseur SET, (2) l'amélioration des performances de la logique SET grâce à la modification des paramètres physiques des SETs et de l'architecture de leurs circuits et (3) la présentation des résultats de mesures électriques.

Ce travail constitue une contribution à l'étude de l'influence de la déformation libre des fibres textiles sous l'effet des contraintes hydriques sur la structure globale d'un tricot Jersey et d'un tissu Toile en coton, ayant subi les mêmes traitements de finition. Une comparaison entre les capacités de sorption du Jersey et des fils défilés de leur structure montre que le serrage géométrique limite les capacités de sorption du Jersey. Les coefficients du tenseur déformation plane du Jersey sous l'effet d'un cycle d'adsorption/désorption montre un gonflement croissant en fonction de l'humidité au moment de l'adsorption et un rétrécissement presque linéaire au moment de la désorption pour reprendre ses valeurs initiales marquant ainsi l'effet mémoire de l'état relaxé de la structure. L'influence du repassage sur le comportement de la Toile en coton sous l'effet de deux cycles continus successifs d'adsorption/désorption est étudiée. Les résultats montrent que l'aplatissement des fils dans la structure génère une amplification de la déformation plane résultante. Un deuxième cycle d'adsorption successif montre l'annulation complète de l'effet de repassage. Une comparaison entre les isothermes d'adsorption et de désorption d'un tissu Toile repassé et non repassé montre que les isothermes de sorption de la Toile repassée et non repassée se collent dés la troisième zone de l'isotherme du premier cycle d'adsorption, ce qui explique que l'encombrement stérique des molécules d'eau dans la structure de la Toile repassée génère un réarrangement stéréochimique de la structure supramoléculaire pour reprendre une forme similaire à la Toile non repassée. / The 2D deformation of bleached plain weave and Jersey cotton ready to wear clothing was measured during adsorption and desorption cycles. The strain along warp and weft directions and the shear deformation were evaluated by image correlation process. The dimensional variations are explained by geometrical consideration of the structure at microscopic (fibers scale) and macroscopic levels (yarns scale). Indeed, the reaction between water vapor molecules and material enlightens two steps. At first, the swelling fibers fill the micro pores inside the yarns. Then, the yarns swell and push on their neighbors to fill up the macro pores and cause the macroscopic swelling of the overall structure. During the desorption phase, the fibers shrink to create a free space inside the plain weave structure that will be relaxed to find its initial state. The shear deformation is related to the cohesion by twist between cotton fibers. The ironing generates flattened yarns and increases their friction which amplifies the deformation during the first adsorption cycle. However, this effect is cancelled at the end of the first adsorption / desorption cycle with no memory effect of the ironing process. These results are confirmed by comparison between sorption isotherms of ironed and not ironed plain weave samples. A comparison between the sorption capacity of Jersey and yarn made of the same structure shows that the geometric form decreases the sorption capacity of jersey especially at high humidity. Then knitting infects the swelling of yarns and decreases their sorption capacity.

La "micromanipulation", c'est-à-dire la saisie, le maintien, le déplacement, l'orientation et la dépose de dimensions globalement comprises entre 1 micron et 1 mm concerne de plus en plus de secteurs d'activité tels que l'assemblage de pièces micromécaniques rigides (microroues dentées, microlentilles optiques, circuits hybrides, etc...) ou la manipulation d'éléments biologiques pour la médecine ou les biotechnologies (micro-organismes, cellules, etc...). Les travaux présentés dans ce mémoire ont permis d'aboutir à la mise au point d'une nouvelle micropince à deux doigts de serrage, chacun étant capable de se mouvoir indépendamment dans deux directions perpendiculaires, offrant ainsi quatre degrés de liberté articulaires à la pince. En plus de l'ouverture/fermeture des doigts de la pince, ces mobilités autorisent notamment le centrage et l'orientation des objets entre les mors. Le principe d'actionnement d'un doigt repose sur un actionneur de type poutre piézoélectrique à électrodes répartie, appelé duo-bimorphe, pour lequel un modèle statique de comportement a été établi. Les micropinces développées présentent des courses d'ouverture/fermeture et de montée/descente de, respectivement, 320 microns et 400 microns pour 100 V et des forces de blocage d'environ 55 mN en serrage et 10 mN en montée/descente pour 100 V. Ce mémoire rapporte plusieurs expérimentations dont l'assemblage potentiel d'un pignon de montre, la micromanipulation de cubes de 300 microns de côté sous une binoculaire ou d'objets sphériques de 200 microns de diamètre dans un microscope électronique à balayage. Afin de commander cette micropince, et plus généralement les actionneurs piézoélectriques, une nouvelle commande est proposée permettant un contrôle fin en boucle ouverte des déplacements de l'actionneur. Elle est fondée sur la juxtaposition d'une commande à charge électrique constante et une commande à tension constante. Une réduction de l'hystérésis d'un facteur dix est ainsi obtenue.

De nos jours, la modélisation numérique constitue un outil indispensable pour le prototypage de convertisseurs électromagnétiques. Les matériaux magnétiques jouent un rôle essentiel dans la conversion de l'énergie, il est donc nécessaire de maîtriser leur comportement et leur représentation. L'objectif de ce travail s'inscrit dans ce cadre et s'attache à élaborer des lois réalistes de comportement de matériaux afin de les inclure dans des simulateurs de circuits. Concernant le comportement statique, le modèle de Jiles-Atherton a été implémenté puis adapté, simplifié et modifié afin d'en améliorer la précision et l'implémentation. La modélisation dynamique du matériau a été effectuée grâce au modèle DWM élaboré au laboratoire Ampère. Ce modèle intègre les effets dynamiques excédentaires grâce à une loi " dynamique de matériau " implémentée au sein de l'équation de diffusion magnétique. Ce modèle a été ensuite homogénéisé afin d'en améliorer son implémentation future dans un simulateur de circuit. Chacun des différents modèles a été testé et validé sur plusieurs échantillons.

Depuis longtemps, les dispositifs ou systèmes électromagnétiques sont omniprésents dans les milieux industriel et domestique. Le circuit magnétique de ces systèmes est un des éléments clefs d'une conversion énergétique efficace. Outre l'optimisation de la géométrie du circuit magnétique, la maîtrise de l'efficacité énergétique passe par l'utilisation de matériaux magnétiques performants et par une connaissance approfondie de leur comportement, notamment sous contraintes élevées comme les températures et fréquences élevées que l'on rencontre de plus en plus aujourd'hui. Notre travail s'intègre dans le cadre des recherches menées par l'équipe matériaux du laboratoire AMPERE, notamment sur les modèles comportementaux de matériaux magnétiques. Partant de nombreuses caractérisations expérimentales en fonction de la température, nous avons développé un modèle " dynamique " adapté à différents types de matériaux ferromagnétiques, et permettant de simuler rapidement l'influence de la température sur le fonctionnement permanent et transitoire de systèmes électromagnétiques simples. Il s'appuie sur l'association des modèles d'hystérésis de Jiles-Atherton et dit " tubes de flux ". Ce modèle, et la démarche associée de couplage entre phénomènes magnétique, thermique et électrique, sont validés sur un capteur de courant et une inductance. Les résultats confirment l'importance de l'effet de la température sur les performances des systèmes, et la pertinence de disposer d'un tel modèle pour optimiser ces systèmes

De nos jours, la modélisation numérique constitue un outil indispensable pour le prototypage de convertisseurs électromagnétiques. Les matériaux magnétiques jouent un rôle essentiel dans la conversion de l’énergie, il est donc nécessaire de maîtriser leur comportement et leur représentation. L’objectif de ce travail s’inscrit dans ce cadre et s’attache à élaborer des lois réalistes de comportement de matériaux afin de les inclure dans des simulateurs de circuits. Concernant le comportement statique, le modèle de Jiles-Atherton a été implémenté puis adapté, simplifié et modifié afin d’en améliorer la précision et l’implémentation. La modélisation dynamique du matériau a été effectuée grâce au modèle DWM élaboré au laboratoire Ampère. Ce modèle intègre les effets dynamiques excédentaires grâce à une loi « dynamique de matériau » implémentée au sein de l’équation de diffusion magnétique. Ce modèle a été ensuite homogénéisé afin d’en améliorer son implémentation future dans un simulateur de circuit. Chacun des différents modèles a été testé et validé sur plusieurs échantillons. / Nowadays, numerical modeling is an indispensable tool for the prototyping of electromagnetic converters. Magnetic materials play an essential role into the energy conversion so it is necessary to control their behavior as well as their modeling. The objective of this work is to develop realistic laws of material behavior for circuit simulators use. Regarding the static behavior, the Jiles-Atherton model has been implemented and adapted, simplified and modified to improve accuracy and implementation. Dynamic modeling of the material was performed using the model DWM developed into the Ampere laboratory. This model incorporates the excedentary dynamic effects thanks to a "dynamical material law" implemented into the magnetic diffusion equation. Then this model was homogenized to improve its future implementation in a circuit simulator. Each of the different models has been tested and validated on several samples.

Dans le domaine de la méctronique, l'utilisation de matériaux actifs est en constante évolution en raison de l'arrivée de nouveaux matériaux toujours plus performants. Les Alliages à Mémoire de Forme Magnétiques (AMFMs) sont des matériaux actifs apparus relativement récemment qui peuvent se déformer de 6 à 10 % sous l'application d'un champ magnétique. Permettant un actionnement rapide avec des déformations importantes, ces alliages sont des bons candidats pour la conception de nouveaux actionneurs. Cependant, ils présentent des caractéristiques non-linéaires avec hystérésis qu'il faut prendre en compte dès la phase de conception et de développement de leur commande afin d'améliorer les performances des nouveaux systèmes. Dans cette thèse, nous proposons une modélisation des AMFMs basée sur la thermodynamique des processus irréversibles à variables internes prenant en compte les effets du champ magnétique, des contraintes mécaniques appliquées ainsi que de la température. Une modélisation dynamique non-linéaire de systèmes mettant en oeuvre des AMFMs est également développée en utilisant les formalismes de Lagrange et Hamilton. Ces modèlisations énergétiques nous permettent de proposer des nouvelles structures d'actionneurs ainsi que des nouvelles lois de commande hybrides bien adaptées au comportement dynamique hystérétique de ce type d'actionneurs. Les résultats théoriques de ces études sont validés par des réalisations de prototypes et des essais expérimentaux.

Dans les années 2000, les matériaux de conversion sont apparus comme une alternative intéressante aux matériaux d'insertion actuellement utilisés dans les batteries Li-ion. Ils réagissent avec le lithium pour former une électrode constituée de nanoparticules métalliques encapsulées dans une matrice lithiée. Pour comprendre ces réactions, le phosphure de cobalt (CoP) a été étudié au moyen de techniques théoriques et expérimentales. La complexité de ces systèmes nanocomposites n'a pas permis de caractériser toutes les espèces présentes dans l'électrode. Cependant, les calculs DFT ont prédit la formation de composés intermédiaires dont les potentiels de formation sont cohérents avec l'expérience. De plus, ces travaux ont mis en évidence l'importance de la réactivité de surface quant à l'origine de l'hystérésis de potentiel qui nuit au rendement énergétique de ce type d'électrode. La méthodologie développée spécialement pour les réactions de conversion, mais transférable vers d'autres réaction électrochimique, a été validée par les mesures expérimentales. / In the 2000s, conversion materials appeared as an interesting alternative to the insertion materials currently used in Li-ion batteries. They react with lithium to form an electrode constituted of metallic nanoparticles embedded into a lithiated matrix. To understand those reactions, cobalt phosphide (CoP) has been studied by theoretical and experimental techniques. The complexity of those nanocomposite systems does not allow to characterize all the species present inside the electrode. However, DFT calculations predicted the formation of intermediate compounds whose the formation potentials are in agreement with the experiment. Moreover, these studies have highlighted the importance of surface reactivity about the voltage hysteresis which harms to the electrode efficiency.The methodology especially developed for conversion reactions, but transferable to others electrochemical reaction, was validated by experimental measures.

Ces travaux se proposent d’étudier le potentiel de la polymérisation plasma d’un composé organosilicié cyclique pour répondre aux besoins technologiques variés en fonctionnalisation de surface. Il est montré l’influence relative de paramètres opérationnels critiques sur la cinétique et les régimes de croissance du matériau. Ces paramètres régissent en grande partie la conformation du polymère plasma qui en déterminera les propriétés. Ainsi, il est possible d’obtenir des surfaces de basse énergie, 18 mJ.m-2 et de haute énergie, 68 mJ.m-2, en fonction des conditions de synthèse. Il est montré comment la nature cyclique de la conformation du polymère peut, de manière surprenante, contrôler finement les propriétés d’hystérésis de mouillage de la surface lorsque le procédé de synthèse est en régime d’oligomérisation. Enfin, l’intérêt pratique d’un tel procédé est illustré par quelques exemples applicatifs révélant le potentiel de ces matériaux, les polydiméthylsiloxanes cycliques plasma / The aim of this work is to study the potential of plasma polymerization of a cyclic organosilicon compound to supply the various needs in surface functionnalization. Plasma polymerization kinetics and growth modes depend on critical process parameters. These parameters mainly govern the conformation of the plasma polymer which determines its bulk properties. These bulk properties influence the surface properties. Using the present process, low surface energy, 18 mJ.m-2, and high surface energy, 68 mJ.m-2, could be obtained depending on the synthesis conditions. The cyclic nature of the polymer conformation surprisingly control the wetting hysteresis properties of the surface with high accuracy when the process works in the oligomerization growth mode. Finally, the interest of such a process is illustrated with some examples of applications showing the potential of these materials, i.e. the cyclic plasma polydimethylsiloxanes