Les études pharmacocinétiques réalisées grâce à la tomographie d’émission par positrons chez le petit animal requièrent la mesure de la concentration du radiotraceur dans le sang, la fonction d’entrée, pendant la séquence d’imagerie. Un détecteur de positrons placé sur une canule prélevant le sang de l’animal a été démontré comme un moyen avantageux de mesurer la fonction d’entrée chez les rongeurs, mais souffre d’une efficacité de détection limitée. Une nouvelle génération de compteur a été développée afin de surmonter ce problème. Des cartouches microfluidiques, fabriquées par impression 3D dans un matériau biocompatible, remplacent les cathéters traditionnellement utilisés et permettent de diminuer la perte d’énergie des positrons dans les parois. De plus, un circuit de différentiation, implanté via une topologie d’amplificateur d’instrumentation, permet la suppression du bruit induit par le fluide conducteur présent entre une paire de détecteurs opposés. Le système est ainsi beaucoup moins vulnérable que ses prédécesseurs aux interférences électromagnétiques présentes dans l’environnement expérimental. L’efficacité de détection du système utilisant un seul détecteur avec un cathéter PE-50 a été caractérisée comme étant de 17,3 % pour le [indice supérieur 18]F, 25,2 % pour le [indice supérieur 11]C et 1,3 % pour le [indice supérieur 99m]Tc, soit des augmentations de facteurs 4, 2 et 6,5 respectivement, lorsque comparé au système en cathéter antérieur. Une caractérisation subséquente à deux détecteurs a vu les efficacités de détection du [indice supérieur 18]F et du [indice supérieur 11]C augmenter d’un facteur 1,9, soit presque doubler. Une diffusion du liquide hors du microcanal a été observée lors de l’utilisation des cartouches microfluidiques, ce qui modifie le volume de détection au cours de l’acquisition et rend impossible la détermination de l’efficacité de détection avec un microcanal. Bien que ceci démontre que la technologie d’impression 3D choisie est inadaptée à l’utilisation dans une application microfluidique, de récents développements dans le domaine font de la stéréolithographie un remplacement fort prometteur pour la fabrication de microcanaux. L’utilisation de cathéters de polyimide avec parois très minces, comme alternative à la microfluidique, a entraîné des augmentations d’efficacité de détection de 3,2 % et 5,7 % pour les isotopes [indice supérieur 18]F et [indice supérieur 11]C respectivement. L’effet du cathéter de polyimide est encore plus marquant avec le [indice supérieur 99m]Tc, faisant passer l’efficacité de détection de 1,0 % à 1,8 %. Ce fort gain s’explique par la détection d’électrons de conversion de faible énergie, indétectables avec un cathéter traditionnel. De plus, l’utilisation d’un unique cathéter élimine la complexité inhérente au raccord entre un cathéter et une composante microfluidique. L’appareil développé permettra une mesure plus précise de la fonction d’entrée et, utilisé de pair avec des techniques d’imagerie moléculaire, facilitera les études pharmacocinétiques visant le développement de nouveaux traitements et radiotraceurs.

Les techniques de fabrication rapide, issues des techniques de prototypage rapide comme l’impression 3D ou la découpe laser permettent de fabriquer des pièces uniques sans demander d’expertise particulière du procédé mis en œuvre. En revanche la modélisation de nouveaux objets tout comme la personnalisation d’objets existants restent difficiles. En effet, les techniques de prototypages rapides imposent des contraintes sur la géométrie du modèle qui doivent être respectées. Cette thèse présente un ensemble de techniques qui ont pour point commun d’assister l’utilisateur dans la modélisation d’un objet, en tenant compte des contraintes du procédé qui permettra de le fabriquer. À cette fin, l’algorithme prend en charge tout ou partie de la modélisation. En particulier, les problématiques suivantes sont abordées : Tout d’abord, je propose d’améliorer la qualité des objets fabriqués avec une imprimante 3D en minimisant certains défauts qui apparaissent lors de la fabrication. Les approches développées modifient uniquement les algorithmes de pilotage de l’imprimante. En second lieu, je propose d’aider l’utilisateur à prendre en compte les contraintes de fabrication pendant la modélisation. Mes techniques utilisent des informations partielles sur la forme que l’utilisateur souhaite fabriquer, comme le dessin en deux dimensions d’un mécanisme, ou un modèle paramétrique qui définit un meuble. L’algorithme optimise une forme finale qui améliore des critères liés à sa fabrication (gaspillage, encombrement, etc.). Enfin, dans certains cas (e.g. grand public) l’utilisateur n’est pas forcément à même de modéliser ces formes via des logiciels spécialisés. Pour ce cas précis, je propose une technique de synthèse de meubles à partir de spécifications fonctionnelles, e.g. la spécification de poids à porter dans l’espace / The Rapid Manufacturing techniques that emerged from Rapid Prototyping techniques such as 3D printing or laser cutting allow to fabricate unique objects. However, the design of those objects with existing CAD software remain a difficult task: rapid prototyping processes impose constraints on the geometry of the model. This thesis presents a set of techniques that assist the user in the design of an object by taking into account the constraints of the fabrication process. To achieve this, the algorithm automatically performs part of the modelling process. The following problems have been tackled: First, I propose to improve the quality of 3D printed objects by minimizing defects that appear during the fabrication. The technique developed impacts only the algorithm that drives the printer. Then, I propose to help the user to take into account the fabrication constraints during the modelling process. My techniques rely on partial information about the shape that the user wants to fabricate like the 2D sketch of a mechanism or a parametric model of a furniture. The algorithm optimizes the initial shape to improve fabrication objectives(Wastage, etc.) Finally, in some cases, the user does not know how to operate dedicated software. In this case, I propose a synthesis technique of furniture from functionnal specification, e.g. loads that have to be supported in space

Le scanner laser est un périphérique permettant d'analyser un objet réel et d'extraire des informations de sa surface. Grâce à cet outil, il est possible d'obtenir la représentation numérique de tout ou partie de la surface frontière d'un objet réel. Les scanners laser sont livrés avec un logiciel permettant de faire l'acquisition des données brutes, le recalage des différentes parties acquises et la reconstruction de la surface. Cette suite d'opérations permet de construire le modèle numérique et est communément appelée pipeline 3D d'acquisition. Dans cette thèse, nous développons notre pipeline, que nous nommons A2RI, et y ajoutons une étape d'impression. Ce pipeline permet la reproduction d'un objet à partir de son acquisition au scanner laser. Nous veillons particulièrement à quantifier et maîtriser l'erreur commise dans chaque maillon de la chaîne grâce à des mesures euclidiennes et géodésiques sur l'objet réel et le modèle numérique. / Abstract

L’émergence des applications mobiles accessibles depuis un smartphone provoque une très forte augmentation du trafic de données transitant sur les réseaux mobiles. L’augmentation de la capacité du réseau et de la rapidité des connexions sont autant de points cruciaux que les nouvelles générations de réseau mobile devront adresser afin de répondre à la demande des utilisateurs. L’une des solutions viables pour augmenter la capacité du réseau mobile consiste à le densifier afin de permettre la réutilisation des fréquences en déployant des stations de base consommant une faible puissance et couvrant de petites surfaces (les "small cells"). Ce mode de déploiement massif en "small cells" constitue un défi majeur pour le réseau de backhaul afin de reconnecter chacune de ces "small cell" au cœur de réseau. De plus, avec l’évolution du réseau de backhaul vers une architecture de type Centralized Radio Access Network (CRAN), des technologies sans fil pouvant supporter des débits supérieurs à 10Gbit/s seront requises. Étant donné la maturité des technologies silicium au-delà de 100GHz, la bande 116-142GHz semble être un candidat idéal pour établir des communications point à point supérieures à 10Gbit/s et très faible consommation DC. Dans cette thèse, plusieurs solutions d’antennes-lentilles et réflecteurs fonctionnant à 60, 80 et 120GHz sont explorées pour des systèmes WLAN/WPAN et backhaul. Afin de minimiser le coût de la solution antennaire, nous évaluons des technologies d’impression 3D pour la fabrication des lentilles et des réflecteurs, ainsi que des technologies utilisant des matériaux organiques à faibles pertes pour la fabrication des antennes-sources planaires. / The improvement of the capabilities of wireless communication devices (smartphone, tablets …) which require higher and higher data rate, leads to a significant increase of the data traffic needed by each end user. This strong consumer demand for higher data-rate and coverage is stressing a lot the capacity of existing cellular networks. In order to cope with this challenge, one of the most promising solution consists in a network densification based on the deployment of low-power and short-range-radio-coverage base stations (small cells). The development of high data-rate and low power wireless fronthaul and backhaul technologies is a key requirement to enable the deployment of those future small cells (since associated civil works costs generally prevent the use of optical fiber solutions). So far, the wireless industry has been investigating the use of 60 and 80 GHz frequency bands in order to develop low-cost higher than 1Gbit/s backhaul solutions. It is expected that higher data-rate > 10 Gbit/s will be required for fronthaul communications. The broad bandwidth available around 120GHz (116-142GHz) would enable to reach such data rates while lowering the DC power consumption. In this thesis, we develop several lens and reflector antennas operating at 60, 80 and 120GHz for WLAN/WPAN and fronthaul/backhaul networks. In order to minimize the cost of those solutions, we evaluate 3D-printing technologies for the fabrication of the lenses and the reflectors as well as industrial low loss organic packaging technologies for the fabrication of planar antenna-source.

Aujourd’hui l’électronique fait partie intégrante de nos vies. En effet, de plus en plus d’objets intègrent de l’électronique permettant de les connecter, on appelle cela l’internet des objets (IoT). Tous ces dispositifs disposent d’une connectivité sans fil, rendant ainsi indispensable l’intégration d’une ou plusieurs antennes. De plus, l’électronique devant s’adapter à des objets de plus en plus petits et flexibles embarquant de plus en plus de capteurs tout en consommant de moins en moins d’énergie, il est intéressant de se pencher sur l’étude de nouveaux matériaux pour la réalisation d’antennes devant s’adapter à ces nouvelles contraintes. Dans ce cadre, nous nous sommes attachés dans ce travail de recherche, à la conception de structures antennaires à base de métaux liquides à température ambiante dans le but de réaliser des antennes conformables de formes complexes associant l’impression 3D, des antennes reconfigurables et des structures rayonnantes ayant la capacité de capteur. Dans ce manuscrit des prototypes d’antenne comportant ces caractéristiques ont été simulés, réalisés et mesurés. / Today, electronic is an integral part of our lives. Indeed, more and more objects integrate electronics to connect each other, this is the Internet of Things (IoT). All of these wireless devices need one or more antennas. Furthermore, It’s useful to develop new materials to realize new antennas that fit with new constraints: smaller and flexible objects, more and more sensors and less and less consuming.In this context, we have focused this research on antenna structures based on metals which are liquid at room temperature to realize conformable antennas of complex shapes combining 3D printing, reconfigurable antennas and radiant structures with the ability to sensor. In this manuscript, antenna prototypes with these characteristics have been simulated, realized and measured.

La quantification des métaux dans les milieux aquatiques est un enjeu majeur, au vu de leur toxicité élevée et de leurs nombreuses sources d’émission dans l’environnement. Dans cette optique, le développement de systèmes d’analyse en ligne portables et à bas coût va permettre de réaliser des contrôles répétés et automatisés sur site. Trois métaux ont été ciblés dans cette étude : le plomb, le cadmium et le mercure. Pour développer ces systèmes, l’impression 3D a été utilisée pour réduire les coûts de fabrication et permettre la conception de modules sur mesure. Trois systèmes ont été développés, selon la méthodologie suivante : dans un premier temps, l’échantillon va être photo-oxydé pour extraire les métaux de la matrice organique et minérale, puis les métaux ciblés vont être ensuite préconcentrés sur phase solide, élués et détectés en spectroscopie UV-Visible ou en fluorescence. Les choix de la phase solide, de l’éluant et du réactif de détection vont ainsi être déterminants pour la caractérisation sélective et sensible de chaque métal. Un premier système pour l'analyse du plomb a été développé, et se compose de trois modules imprimés en 3D, accueillant une colonne de résine, un mélangeur, et une cellule de détection optique. Un second système, sous la forme d’un lab-on-valve, permet la quantification du plomb et du cadmium. Enfin le troisième système, portant sur le mercure, intègre une pièce imprimée en 3D dont la surface a été greffée avec une molécule (dithizone carboxylate) permettant l'extraction sélective du mercure du milieu. Ces systèmes conduisent ainsi à de nouvelles perspectives pour le développement de systèmes en flux plus complexes imprimés en 3D. / Metals determination in aqueous samples is a major challenge nowadays, in the light of their high toxicity and their numerous emission sources into the environment. In this context, the development of on-line and low-cost analytical systems allows to carry out automated on-site measurements. Three metals (lead, cadmium and mercury) have been targeted in this study. 3D printing has been used in this study to reduce fabrication costs and to allow a tailor-made conception of the units. The developed flow systems in this study are based on the same analytical methodology: first, the sample is photo-oxidized to extract targeted metals from organic and mineral matrix of the sample. Then, metals are preconcentrated on a solid phase, then eluted and detected by UV-Visible or fluorescence spectroscopy. The choices of preconcentration solid phases, eluents, and detection reagents are decisive for the selective and sensitive characterisation of each metal. The first developed system concerns lead analysis, and consists of three 3D printed units, which contain a resin column, a mixing coil, and a spectroscopic flow-cell. The second system for lead and cadmium determination contains a 3D printed lab-on-valve with eight ports, two resin columns, and a mixing coil with baffles. Finally, the third system includes a 3D printed unit whose surface has been modified by grafting a molecule with high affinity for mercury (dithizone carboxylate). This 3D printed unit provides a selective extraction of mercury after modification of its surface. The systems thus developed allow to explore the possibilities of 3D printing for the development of more complex flow systems.

Cette thèse a pour but d’étudier le principe d’un multiplexeur de sortie accordable pour la charge utile d’un satellite de télécommunication. La première étape consiste à analyser les principales topologies de multiplexeur de sortie utilisables et les comparer pour en retirer le meilleur candidat pour cette application. Par la suite, diverses études ont été menées sur des composants passifs imprimés en 3D plastique et métallisés de diverses manières, en cherchant à comprendre comment améliorer au mieux les résultats de ces prototypes. La dernière partie de ce manuscrit détaille la conception d’un multiplexeur à deux canaux pouvant être utilisé sur trois états différents en large bande à 19 GHz. Ces états sont créés par des bandes passantes relatives variant de 1,6 à 4,8 % et une réalisation de deux maquettes sert de preuves de concept et de performance (une en plastique métallisé et la seconde en aluminium usiné). / This thesis is about study of tunable output multiplexer principle for telecommunication satellite payload. The first step is analysis of the main topologies of output multiplexers and to compare them to conclude with the best candidate. Then, several studies were conducted on 3D plastic printed passive components with specific metallizations, searching how to improve results in term of losses and precision. Last part detailed two channels multiplexer design which can be used on three different states of relative bandwidth from 1.6 to 4.8 % at 19 GHz, and realization of two concept proof prototypes (one in metallized 3D printed plastic and another one in machined aluminum).

Ce travail s’intéresse à la formulation et à la caractérisation de mortiers cimentaires imprimables en 3D. Il a été réalisé dans le cadre du projet MATRICE cofinancé par le fonds Feder et la région Hauts de France. Un cahier des charges pour un matériau cimentaire imprimable est tout d’abord défini sur la base de trois critères : l’extrudabilité, la constructibilité et la conservation des résistances mécaniques sur matériau imprimé. Deux mortiers imprimables sont formulés en utilisant des essais simples à l’échelle du laboratoire. Le premier mortier, à prise lente, est composé d’un liant à base de ciment Portland (OPC). Le second mortier, à prise accélérée, est composé d’un liant mixte (93 % d’OPC et 7 % de ciment sulfoalumineux (CSA)). Des impressions à l’échelle réelle sont ensuite réalisées dans le cadre du projet MATRICE et permettent de valider leur imprimabilité selon l’application de chacun. Le comportement chimique de mélanges de ciment Portland et de ciment sulfoalumineux est ensuite étudié expérimentalement. Les chaleurs d’hydratation mesurées par calorimétrie isotherme augmentent avec le dosage en CSA (de 2 % jusqu’à 10 %) et sont plus élevées que celles des pâtes de ciment contenant 100 % d’OPC et 100 % de CSA. La comparaison des hydrates identifiés dans le mélange à 7 % de CSA à ceux présents dans les deux pâtes de ciment pures montre que la présence de gypse et de chaux provenant du ciment Portland entraîne une hydratation plus rapide de la ye’elimite provenant du CSA et une formation d’ettringite à très court terme. Par contre, la nature des hydrates du ciment Portland n’est pas affectée. Le comportement rhéologique, notamment, la thixotropie, de pâtes constituées de mélanges de ciment Portland et sulfoalumineux (jusqu’à 10 %) est ensuite étudié en fonction de différents paramètres de formulation pendant la première heure. L’augmentation du dosage en CSA (0 % à 10 %) entraîne une augmentation quasi linéaire du coefficient de structuration (Athix) de ces mélanges. Pour les mélanges à 7 % de CSA et 100 % d’OPC, l’influence du rapport E/C et du dosage en superplastifiant sur la thixotropie est ensuite étudiée. L’augmentation du rapport E/C entraîne une diminution quasi linéaire de Athix pour chacune des pâtes de ciment. En revanche, le superplastifiant présente une faible influence comparativement au rapport E/C. / The interest of this study is the formulation and characterization of 3D printing cementitious mortars. This research work has been carried out in the frame of the MATRICE Project, co-funded by the region “Hauts de France” and the European Union with the European Regional Development Fund. Specifications for a cementitious printable material are first set based on three criteria: extrudability, buildability and conserving the compressive strength of the printed material. Two printable mortars are formulated using simple tests on a laboratory scale. The first, with slow setting, is composed of a Portland-based binder (OPC). The second, with accelerated setting, is composed of a mixed binder (93% OPC and 7% sulfoaluminous cement (CSA)). Real scale prints are then realized in the frame of the project MATRICE allowing the validation of the printability of each mortar upon its application. The chemical behavior of Portland cement and sulfoaluminate cement mixes is then studied experimentally. The heats of hydration measured by isothermal calorimetry increase with the CSA dosage (2% to 10%) and are higher than those of cement pastes containing 100% OPC and 100% CSA. The comparison of the hydrates identified in the mix mad of 7% CSA to those present in the two other cement pastes of each cement alone shows that the presence of gypsum and lime from the Portland cement lead to a faster hydration of the ye’elimite from CSA and to an early formation of ettringite. However, the nature of hydrates is not affected. The rheological behavior, in particular the thixotropy, of the cement pastes made of Portland cement and sulfoaluminate cement (up to 10%) is then studied in function of different formulation parameters during the first hour. The increase in CSA dosage (0% to 10%) leads to an almost linear increase of the structuration coefficient (Athix) of theses mixes. For mixes with 7% CSA and 100% OPC, the influence of the W/C ratio and superplasticizer on the thixotropy is then studied. The increase in W/C ratio leads to an almost linear decrease of the Athix for each of cement paste. However, the superplasticizer present a low influence compared to the W/C ratio.

L’objectif était de concevoir et réaliser des architectures alvéolaires performantes pour les récepteurs solaires volumétriques des futures centrales thermodynamiques. Trois stratégies différentes sont envisagées pour l’ébauche des préformes carbones ou céramiques : (i) la synthèse de matériaux biomorphiques issus de la découpe de balsa, (ii) l’élaboration de structures céramiques par projection de liant et (iii) la réplication de structures polymères réalisées par impression 3D, à l’aide d’une résine précurseur de carbone ou céramique. Dans tous les cas, les préformes crues sont converties par pyrolyse en C ou SiC et une étape d’infiltration/revêtement de SiC par CVD (Chemical Vapor Deposition) achève la fabrication des structures céramiques. Une étape intermédiaire de RCVD (Reactive CVD) a été mise en œuvre au cours de la première voie, afin de convertir la structure carbonée microporeuse en TiC. La composition, la microstructure et l’architecture poreuse des structures céramiques ont tout d’abord été caractérisées. Les caractéristiques des matériaux les plus pertinentes, compte tenu de l’application en tant qu’absorbeur solaire, ont ensuite été examinées. Les propriétés thermomécaniques et la résistance à l’oxydation ont ainsi été caractérisées en priorité. La perméabilité et les propriétés thermo-radiatives, qui sont également deux facteurs importants pour l’application, ont également été considérées. / The aim is to design and create efficient cellular architectures for volumetric solar receivers used in the future thermodynamic power plants. Three strategies are considered for the creation of ceramic or carbon preforms: (i) the synthesis of biomorphic materials resulting from the cutting of balsa, (ii) the elaboration of ceramic structures by binder jetting and (iii) the replication of polymer structures made by 3D printing, using a carbon or ceramic precursor resin. In all cases, the green preforms are converted by pyrolysis to C or SiC and an infiltration step / SiC coating by CVD (Chemical Vapor Deposition) completes the manufacture of ceramic structures. An intermediate stage of RCVD (Reactive CVD) was implemented during the first strategy, in order to convert the microporous carbonaceous structure into TiC. The composition, the microstructure and the porous architecture of the ceramic structures were first characterized. The characteristics of the most relevant materials, considering the application as a solar receiver, were then examined. The thermomechanical properties and the oxidation resistance have thus been characterized in priority. Permeability and thermo-radiative properties, which are also two important factors for application, were also considered.

A l'heure où la demande en quantité d'informations et le nombre d'utilisateurs explosent, toujours avec des limitations en allocation en fréquence et bande passante, les systèmes de télécommunication tendent à optimiser la gestion de leur capacité en s'orientant vers des systèmes reconfigurables. Dans le cas des filtres d'OMUX, apporter de l'accordabilité en conservant d'excellentes performances électriques, thermiques et mécaniques soulève de nombreuses difficultés.Nous avons dans un premier temps démontré la faisabilité sur un filtre à saut de canal à bande passante constante par le biais d'une cavité métallique chargée par un perturbateur en alumine en mouvement de rotation. Ensuite, nous avons proposé des solutions pour avoir un contrôle de la fréquence et de la bande passante en se basant sur la translation de matériaux diélectriques. Les facteurs de qualité mis en jeu sont de l'ordre de la dizaine de milliers. Enfin nous avons tiré profit de l'évolution des technologies d'impression plastique 3D pour valider différents concepts de filtres accordables. / At a time when the amount of information and the number of users go through the roof in telecommunication market, the telecommunication systems tend to improve the management of their capacity by moving toward reconfigurable RF devices. However frequency and bandwidth allocated are still restricted. Regarding tunable OMUX filters, the actuation systems generally degrade the overall performances of the device and raise questions in terms of mechanic and thermic.We first demonstrated the feasability of a two state filter with constant narrowband, using a dielectric material (alumina) in rotation inside a metallic housing. Then, we suggested solutions to control both frequency and bandwidth with the translation of a ceramics. We deal with quality factor in the range of ten of thousands for these applications. Eventually, we validated some principle for tunable filters thanks to the efficiency of 3D plastic printer.