L’objectif de cette thèse est de développer la caractérisation et le diagnostic non destructif de microbatteries « tout solide » par spectroscopie d’impédance électrochimique. Ces travaux s’appuient sur des microbatteries commerciales EnFilmTM EFL700A39, basées sur une architecture lithium métal Li/LiPON/LiCoO2. La caractérisation unitaire des couches actives, constituant ces microbatteries, a permis d’une part, d’identifier les principales propriétés de transport des ions Li+ dans l’électrolyte solide, et d’autre part, a permis de mettre en avant la présence de zones plus ou moins conductrices dans la couche active LiCoO2, pouvant engendrer des limitations électroniques et/ou ioniques lors du fonctionnement de la microbatterie. L’étude des microsystèmes complets par spectroscopie d’impédance électrochimique a ensuite été effectuée en fonction du taux de lithiation de l’électrode positive, du nombre de cycles, et du vieillissement calendaire de la microbatterie. Les résultats obtenus ont donné naissance à un circuit électrique équivalent permettant de modéliser le comportement (souvent indépendant) des différentes couches actives durant l’utilisation d’une microbatterie. Cette modélisation permet en outre de cibler les origines éventuelles de défaillances, soit après la fabrication, soit au cours du vieillissement d’une microbatterie. Les travaux additionnels effectués sur des systèmes lithium free (LiCoO2/LiPON/Cu) révèlent, quant à eux, une forte interaction électrochimique entre le lithium et le collecteur de cuivre (partiellement oxydé) et mettent en évidence l’importance capitale des premiers cycles de la cellule pour ses performances ultérieures / The goal of this work is to develop characterization and non-destructive diagnosis of all-solid-state lithium microbatteries, essentially by means of electrochemical impedance spectroscopy. This work is based on commercial microbatteries EnFilmTM EFL700A39, built with the lithium metal architecture Li/LiPON/LiCoO2. Firstly, the elemental characterization of active layers allowed us to identify the main properties of the ionic motion in the solid electrolyte layer. Secondly, characterization of the positive electrode (LiCoO2) revealed the existence of more or less conductive areas inside the layer. Theses areas can cause ionics or electronics limitations during battery operation. The study of the entire microsystems by electrochemical impedance spectroscopy was then performed according to lithiation rate (SOC), number of cycles, and battery aging. The results obtained allowed the building of an electrical equivalent circuit for modeling the behaviour of the different active layers of a microbattery in use. This model also allows targeting the origins of any failures after manufacturing or upon microbattery aging. Additional works on lithium free systems (LiCoO2/LiPON/Cu) reveals a strong electrochemical interaction between in situ deposited lithium and copper current collector (partially oxidized) and highlight the critical importance of the very first cycles of the cell for subsequent performance

En focalisant le rayonnement dans les directions utiles, les antennes directives ouvrent de nouvelles perspectives pour les applications sans-fil en termes de sélectivité spatiale, d'impact environnemental électromagnétique et de modes d'utilisation. Cependant les techniques classiques pour augmenter la directivité aboutissent souvent à une augmentation de la taille de l'antenne rendant difficile l'intégration dans les petits objets communicants. Cette difficulté est particulièrement critique pour les gammes de fréquences inférieures au gigahertz, lorsque l'on vise une intégration dans des objets dont les dimensions sont limitées à quelques centimètres. Le contrôle du rayonnement reste un enjeu important pour les radiocommunications futures afin de réduire les pollutions électromagnétiques qui limitent l'acceptabilité des communications sans-fil et la cohabitation des systèmes. L'état de l'art récent dans le domaine des antennes miniatures a montré de nouvelles perspectives pour l'établissement de super-directivité ; c'est-à-dire pour dépasser la directivité naturelle faible des systèmes antennaires miniatures. Ces perspectives reposent sur l'utilisation de réseaux d'antennes parasites miniatures pour construire un rayonnement directif. De plus, les activités de recherche dans le domaine des antennes actives ces dernières années permettent d'envisager une approche moderne aux problématiques liées à la directivité des antennes miniatures. Ces travaux de thèse ont pour objectif d'évaluer les perspectives d'améliorations qu'apporte l'électronique active aux problématiques des antennes miniatures directives. Des circuits au comportement particulier sont notamment mis en œuvre et évalués expérimentalement pour concrétiser ces nouvelles perspectives. / Directive antennas, used to focus the radiation in useful directions, offer new perspectives for wireless applications in terms of spatial selectivity, electromagnetic environmental impact and possible uses. Nevertheless, usual techniques to enhance antennas’ directivity lead to larger antennas and their integration into small objects would be difficult. That becomes critical when antennas working at less than 1 GHz frequencies have to be integrated in small objects (around few centimeters). Radiation control through directive antennas is being an important issue for the future communications. This kind of antennas allows reducing electromagnetic pollutions which limit wireless systems and communicants objects cohabitation. Recent state of the art shows new perspectives to establish small antennas with super directive radiation using parasitic antenna arrays. A super directive antenna is a small antenna that exceeds its natural and low directivity. Moreover, these last few years, researches on active antennas and associated results could be considered for modern approach to deal with small and directive antennas’ issues. In this work, we propose to evaluate the enhancement perspectives brought by the active electronic circuits to solve the small and directive antennas’ issues. Typically, special active circuits are designed and experimentally evaluated to materialize those antennas perspectives.

Ce travail de thèse effectué au Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine s'inscrit dans le cadre d'une étude à caractère expérimental sur la propagation des ondes acoustiques dans des guides traités acoustiquement en présence d'un écoulement. Les guides d'onde considérés sont des conduits droits dont la paroi peut être localement modifiée. Les traitements pariétaux appliqués sont caractérisés globalement par leur impédance. Déterminer l'impédance de ces éléments permet d'en déduire l'atténuation sonore pour des applications industrielles possibles, telles que la réduction des nuisances sonores dans des pots d'échappement ou des réacteurs d'avion. <br />La présente étude se limite à des traitements à réaction dite locale, dont l'impédance est estimée en fonction de la fréquence.<br /><br />Une méthode basée sur la décomposition modale de la pression est exposée. La modélisation est adaptée aux différents traitements pariétaux étudiés et permet d'obtenir les caractéristiques de la transmission d'une onde acoustique. Les applications sont effectuées dans le cas de la propagation d'un mode plan, dans le cas où plusieurs modes sont considérés, ou enfin, dans le cas où le profil d'un écoulement non uniforme est pris en compte. Cette méthode est associée à une méthode inverse permettant d'estimer l'impédance des traitements pariétaux.<br /><br />Les résultats sont confrontés aux mesures réalisées. Les expériences ont été menées sur des bancs à écoulement où des mesures de matrice de diffusion sont réalisées à partir d'une méthode multi-microphonique classique.

Cette thèse se rapporte à certaines de nos publications (avant 1995) concernant des solutions explicites exactes ou asymptotiques pour des problèmes variés de diffraction par un dièdre imparfaitement conducteur.

Le travail développé se place dans le contexte de l'identification thermique et du contrôle non destructif des systèmes. L'objectif est de décrire le comportement de milieux stables ou lentement évolutifs par une approche d'identification des paramètres thermophysiques. Le démarche adoptée consiste d'abord à établir le modèle théorique du système expérimenté dans la base "explicative" qui est généralement le temps puis, à partir de résultats expérimentaux, à déterminer par optimisation les paramètres recherchés. Le système étudié est caractérisé par ses focntions de réponses (fonction de transfert, impédance,...).Dans ces fonctions, le milieu est caractérisé par des paramètres globaux ou apparents. Notre analyse se place dans le domaine fréquentiel dans lequel le produit de convolution, qui existe dans l'espace du temps, se transforme en produit simple. Le système est alors caractérisé par sa fonction de transfert. L'étude des relations flux-température dans un plan conduit à introduire la notion d'impédance thermique. Les développements et applications effectués dans ce travail sont relatifs à la caractérisation thermique du béton en laboratoire et in situ ainsi qu'à la détection de défauts suffisamment contrastés positionnés à différentes profondeurs. L'objectif final est d'être capable d'utiliser les sollicitations naturelles pour l'identification des systèmes. La difficulté réside dans l'exploitation de données naturelles donc aléatoires, dans un processus de traitement situé dans le domaine fréquentiel. Les mesures de flux et de température sont effectuées sur une seule face d'accès, celle qui est en contact avec l'environnement microclimatique extérieur. / The work developed is located in the context of thermal identification and non-destructive testing of systems. The objective is to describe the behavior of stable or slowly progressive approach by identifying thermophysical parameters. The approach is to first establish the theoretical model of the system tested in the basic "explanation" which is usually the time and, from experimental results to be determined by optimizing the parameters sought. The system studied is characterized by its response function (transfer function, impedance,...). In these functions, the medium is characterized by global parameters or apparent. Our analysis is placed in the frequency domain where the convolution product, which exists in the space of time, turns into a single product. The system is then characterized by its transfer function. The study of flow-temperature relationships in a plane leads to introduce the concept of thermal impedance. Developments and applications made in this work are related to the thermal characterization of concrete in the laboratory and in situ and the detection of defects adequately contrasted positioned at different depths. The ultimate goal is to be able to use the solicitation for the identification of natural systems. The difficulty lies in the exploitation of natural data so random in a process located in the frequency domain. Flux measurements and temperature are performed on one side of access, which is in contact with the outside microclimatic environment.

Cette thèse porte sur l’évaluation et la caractérisation non destructives (END/CND) par ultrasons de matériaux composites contribuant en partie au concept de contrôle santé structural (SHM). Plus particulièrement, les phénomènes d’adhésion et de vieillissement de structures sandwichs composites à âme en nid d’abeille sont d’un intérêt déterminant pour l’aéronautique. Les propriétés liées à ces deux phénomènes ont été étudiées à l’aide de modèles théoriques, de simulations numériques et de résultats expérimentaux. Sur la base de travaux antérieurs, les ondes de Lamb ont permis de caractériser l’adhésion et le vieillissement. Des simulations complémentaires par éléments finis ont été menées avec le logiciel Comsol Multiphysics©. Des défauts d’adhésion tels que les délaminages ou décohésions ont pu être détectés et localisés au moyen de la Transformée de Fourier à Court Terme (TFCT) par fenêtre glissante, par simulation et par l’expérience. Dans la perspective de cadences d’END industrielles, les transducteurs multiéléments permettent une inspection et une caractérisation locales du collage. À titre de comparaison, la modélisation par série de Debye (DSM) a permis de résoudre localement le problème inverse sur un plan de coupe d’un composite à nid d’abeille. Le vieillissement de structures sandwichs a été étudié dans un premier temps par ondes de Lamb dans l’air et dans un second temps par mesure d’impédance électromécanique via un transducteur en contact avec les échantillons. Les résultats de modélisation et expérimentaux montrent que les fréquences et largeurs de résonances varient suivant le taux de porosités, illustrant la sensibilité de ces méthodes au vieillissement. / This thesis focuses on the ultrasonic non-destructive testing and evaluation (NDT&E) of composite materials contributing in part to the concept of structural health monitoring (SHM). Specifically, adhesion phenomena and aging of composite sandwich core honeycomb structures are of crucial interest for aeronautics. The properties related to these two phenomena were studied using theoretical models, numerical simulations and experimental results. Based on previous works, using Lamb waves allow to characterize adhesion and aging. Additional simulations were carried out with the finite element software Comsol Multiphysics©. Adhesion defects such as delamination or debonding at the interfaces have been detected and located by means of the Short Term Fourier Transform (STFT) by sliding window, both numerically and experimentally. In view of NDT industrial rates, phased array transducers allow inspection and characterization of local bonding. By comparison, the Debye series method (DSM) was conducted locally to solve the inverse problem of a cut plane of a honeycomb composite. First, sandwich structure aging was investigated using Lamb waves in the air. Second, the aging was evaluated by measuring the electromechanical impedance of a transducer in contact with the samples. These experimental results show that the resonance frequencies and widths variations depend on the degree of porosity, indicating the sensitivity of these methods to the aging.

Les Surfaces à Haute Impédance (SHI) ont été largement étudiées pour améliorer toutes sortes de performances des antennes, comme le gain, le facteur de qualité, les formes et dimensions. L'objectif de cette thèse est de modéliser les structures de SHI et de caractériser leurs performances en vue de futures applications aux antennes.Après une brève introduction aux structures SHI et une étude de quelques modèles analytiques fréquemment traités dans la littérature, deux nouvelles méthodes numériques sont proposées pour calculer l'impédance de surface de structures SHI. Ces deux méthodes (dites « méthode du flux de Poynting » et « méthode <E>/<H> ») sont validées sur des structures symétriques, puis mises en service sur des structures de SHI asymétriques. Elles sont également validées par comparaison de résultats analytiques, numériques et expérimentaux.Nous présentons ensuite un modèle équivalent basé sur l'idée de remplacer les structures hétérogènes de SHI par une surface homogène, caractérisée par son impédance surfacique. Ce modèle nous permet d'avoir une prédiction avec un temps de calcul et une occupation de mémoire PC largement réduits. / High impedance surfaces (HIS) have proved good candidates for antenna miniaturization or antennas performance improvement. Within a certain frequency band, they can enhance the gain of an antenna while simultaneously suppressing the unwanted surface waves.In this thesis, the focus of our work is on numerical modeling of these structures by using the finite element method (FEM) based on edge elements.One of our contributions is that we propose two new numerical methods (the Poynting flux method and <E>/<H> method) to calculate the surface impedance not only for HIS structures with symmetric geometries, but also for those with asymmetric geometries. These two numerical methods have been validated by comparing analytical, numerical and experimental results.Another significant contribution of the thesis is that we introduce an equivalent model, based on the idea of replacing the heterogeneous HIS structures by a homogeneous surface, characterized by its surface impedance. Compared with the normal model, this equivalent model can save computing time and memory space.

Ce document propose une modélisation indirecte par sous-structuration des vibrations d'origine ferroviaire transmises aux bâtiments par le sol. La méthodologie globale est empruntée à la méthode des mobilités dans laquelle chaque sous-structure est caractérisée par sa mobilité. L'excitation est représentée par une force ponctuelle en surface du sol ou par une ligne de forces décorréllées. Elle est néanmoins calibrée sur des résultats expérimentaux. Une attention particulière a été portée à la caractérisation des comportements vibratoires des éléments du problème. La plupart des représentations de l'ensemble sol-fondations est effectuée à l'aide d'un code FEM-BEM en 2 et 2.5 dimensions. Le bâtiment est modélisé par différentes techniques : FEM, BEM, SEA et ondulatoire. Une approche probabiliste permet d'évaluer l'impact de la variabilité des sols environnent sur la mobilité des fondations. Les impédances stochastiques qui en découlent sont intégrées aux modèles de propagation. Leurs impacts sur les vibrations du bâtiment sont alors accessibles. La méthodologie permet d'obtenir les niveaux vibratoires des composantes du bâtiment / This document proposes an approach by sub-structuralization of the problem of the vibrations of railroad origin passed on in buildings by the soil. The global methodology is borrowed from the method of the mobilities, every sub-structure is characterized by its mobility. The excitement is represented by an on-surface punctual strength of the ground or by a line of uncorrelated forces. Nevertheless it can be calibrated on experimental results. A particular attention was carried in the characterization of the vibratory behavior of the elements of the problem. A major left the representations of the group soil-foundation is made by a FEM-BEM code. The building is modelled by various techniques: FEM, BEM, SEA and waves approach. A probability approach allows to estimate the impact of the variability of soil close to foundations in the model of soil-structure interaction. The stochastic impedances which ensues from it are integrated into the models of propagation. Their impacts on the vibrations of the building are also accessible. The methodology allows to obtain the vibratory levels of the components of the building

L’étude présentée dans cette thèse se situe dans le domaine de l’acoustique modale des conduits avec des parois absorbantes et un écoulement moyen. Nous considérons une source de bruit en amont avec une fréquence fixe. Avec cela, nous étudions les modes propres acoustiques du conduit en terme de nombre d’onde qui sont présents.Avec cette étude, nous contribuons à la meilleure compréhension de la propagation du sondans ce type de configuration. Parmi les applications, il y a la réduction du bruit des moteurs des aéronefs.Une analyse numérique par la méthode pseudospectrale de collocation, sur la base de polynômes de Chebyshev, a été mise en ouvre pour obtenir le spectre des modes, dans un domaine transversal.Pour cela, deux programmes ont été utilisés : le programme FiEStA, qui a été développé dans le cadre de cette thèse, et qui résout les équations d’Euler linéarisées, en considérant un problème à une ou deux une ou deux dimensions. D’autre part, le programme MAMOUT, a été utilisé pour résoudre les équations de Navier-Stokes linéarisées, pour étudier plus spécifiquement les effets de la viscosité.Avec ces outils, on a constaté les effets de trois paramètres : lorsque le rapport d’aspect augmente, la densité des modes, en particulier des modes propagatifs, se développe également.Quand le nombre de Mach de l’écoulement moyen augmente, on observe les effets suivants sur les valeurs propres : un déplacement vers la partie réelle négative, une amplification de leur valeur absolue et un déplacement vers les modes d’indice inférieur. Le profil d’écoulement moyen induit aussi un déplacement dans les valeur propres, pas facilement prévisible. Il modifie également la forme des fonctions propres ; ce qui est notamment visible pour le mode d’onde plane. Les changements d’impédance induisent un échange cyclique de valeurs propres entre les valeurs de parois rigides des modes consécutifs. Avec certaines valeurs d’impédance, les modes acoustiques de paroi apparaissent. Ils sont caractérisés par la forme exponentielle de leurs fonctions propres.En plus des modes acoustiques, il existe des modes hydrodynamiques de surface qui se sont révélés avec quelques valeurs d’impédance et forme et nombre de Mach de l’écoulement moyen. Pour un ensemble de données de référence, ces modes ont été étudiés. L’impédance a été considérée avec un modèle basé sur des données de la littérature, tout comme le profil d’écoulement moyen.Un mode hydrodynamique a été trouvé. Avec certaines valeurs de la fréquence, l’ensemble des paramètres donne lieu à une instabilité. En utilisant le critère Briggs Bres pour la stabilité,l’instabilité a été jugée absolue.À partir du comportement des modes avec différentes valeurs de l’impédance, et conformément aux résultats publiés, nous avons défini la condition que le spectre doit remplir pour réduire autant que possible le bruit. C’est cela qu’on appelle l’impédance optimale. Nous avons calculé cette valeur pour différents fréquences et écoulements moyens. / The study presented in this thesis is within the domain of modal acoustics of lined ducts withgrazing flow. We consider an upstream source of noise with a fixed frequency, within a lined duct.From this, we study the eigenmodes in terms of wavenumber that are present in this system.With this study, we contribute to the better understanding of sound propagation in thedescribed configuration. Within its main applications, we can find the noise reduction fromaeroengines.A numerical analysis with the pseudospectral collocation method, based on Chebyshevpolynomials was used to obtain the spectrum of modes within the duct, in a domain transversalto the mean flow. For this, two programs were used: On one hand, within the frame of this thesis,the program FiEStA was developed. It solves the linearized Euler Equations, considering eitherone or two dimensions of the transversal plane. On the other hand, the already existing programMAMOUT was used for verification and to solve also the linearized Navier-Stokes Equations toobserve the effects of viscosity.With these tools, the first result was to notice the effects of three parameters: When theaspect ratio grows, the density of modes in the spectrum grows also. In particular, we havemore propagative modes. As the mean flow Mach number grows, we observe these effects on theeigenvalues: a displacement to the negative real part, a slight amplification of their absolute valueand a displacement towards the modes of lower index. The difference in mean flow profile inducesanother displacement in modes, not easily predictable. It changes also the shape of eigenfunctions,which is clearly seen for the planewave mode. The impedance changes induce a cyclic exchange ofeigenvalues from their hard wall value to the hard wall value of a consecutive mode. The changeof eigenfunction is gradually change in wavelength, to obtain the shape of the destination mode.With some impedance values, a pair of modes, called the acoustic surface modes arise. They arecharacterized by the exponential shape of their eigenfunctions.Besides these acoustic surface modes, there are also a pair of hydrodynamic surface modeswhich come to light with some values of impedance and shape and Mach number of the meanflow. With a benchmark data, these modes were studied. The impedance was considered from themodel of a measured liner while the mean flow profile was taken from experimental values. Withthis, the hydrodynamic mode was found. With specific values of frequency, the set of parametersgives rise to an instability. Using the Briggs-Bers criterion for stability, the instability was foundto be absolute for a given frequency.From the comportment of modes with different values of impedance, and in accordance withpublished results, we defined the condition that the spectrum has to fulfill to reduce as much aspossible the upstream noise. This is what we called the optimal impedance. We obtained it forseveral flow profiles and frequencies, in both 1D and 2D domains.

L'étude des différents phénomènes d'Intégrité de Signal (IS) a nécessité la mise en oeuvre d'un véhicule de test (VT) spécifique, conçu suivant des contraintes industrielles. La carte réalisée présente un environnement complexe avec des zones à haute densité d'interconnexions (HDI) et permet d'étudier l'ensemble des phénomènes IS. Une première partie a permis d'étudier les variations sur l'impédance caractéristique des pistes provoquées d'une part par le procédé de fabrication et d'autre part par les contraintes d'un routage HDI. L'impact de ces désadaptations a ensuite été quantifié. L'étude de la diaphonie a nécessité la mise en place d'un modèle de simulation simplifié pour valider la méthodologie utilisée par l'outil d'analyse de la suite Cadence. Les simulations ont ensuite été confrontées aux résultats de mesures pour étudier la validité de l'outil et pour définir la configuration à mettre en oeuvre, afin que les simulations soient représentatives des signaux réels. Une dernière partie est consacrée à l'étude de l'intégrité des alimentations. Les résultats de simulations issus de l'outil Power Integrity sont comparés aux résultats de mesures effectuées sur le VT en utilisant un VNA. Le réseau de découplage est caractérisé par son impédance dans une analyse fréquentielle. Nous avons étudié la caractérisation des plans d'alimentations, des modèles de condensateur ainsi que les inductances parasites introduites par le placement et le routage. Enfin, une étude a été effectuée pour optimiser le placement des condensateurs de découplage sur le circuit imprimé tout en limitant l'apparition d'inductances parasites.