Cette thèse a pour but l'étude de la détection basée sur modèle de défauts pour les moteurs Diesel produits en grande série. La nécessité d'une surveillance continue de l'état de santé des véhicules est maintenant renforcée par la législation Euro VI sur les émissions polluantes, qui sera probablement rendue encore plus contraignante dans ses prochaines révisions. Dans ce contexte, le développement de stratégies robustes, faciles à calibrer et valides pour des systèmes dispersés (car produits en grande série) procurerait un avantage considérable aux constructeurs automobile. L'étude développée ici tente de répondre à ces besoins en proposant une méthodologie générique. On utilise des observateurs adaptatifs locaux pour des systèmes scalaires non linéaires et affines par rapport à l'état, pour résoudre les problèmes de la détection de défauts, de son isolation et de son estimation d'une façon compacte. De plus, les incertitudes liées aux biais de mesure et de modèle et aux dérives temporelles nécessitent d'améliorer les méthodes de détection par l'utilisation de seuils robustes pour éviter les fausses détections. Dans cette thèse, on propose un seuil variable basé sur la condition d'observabilité du paramètre impacté par le défaut et sur une étude de sensibilité par rapport aux incertitudes sur les entrées ou sur le modèle. Cette méthode permet, entre autres, de fournir un outil d'analyse pour la sélection des conditions de fonctionnement du système pour lesquels le diagnostic est plus fiable et plus robuste par rapport aux incertitudes sur les entrées. L'approche présentée a été appliquée avec succès et validée de façon expérimentale sur un moteur Diesel pour le problème de détection de fuite dans le système d'admission d'air, puis dans un environnement de simulation pour le problème de détection de dérive d'efficacité turbine. On montre ainsi ses avantages en termes de fiabilité de détection, d'effort de calibration, et pour l'analyse des conditions de fonctionnement moteur adaptées au diagnostic.

La miniaturisation des transistors MOSFETs sur silicium massif présente de nombreux enjeux en raison de l'apparition de phénomènes parasites. Notamment, la réduction de la surface des dispositifs entraîne une dégradation de la variabilité de leurs caractéristiques électriques. La technologie planaire totalement désertée, appelée communément FDSOI (pour Fully Depleted Silicon on Insulator), permet d'améliorer le contrôle électrostatique de la grille sur le canal de conduction et par conséquent d'optimiser les performances. De plus, de par la présence d'un canal non dopé, il est possible de réduire efficacement la variabilité de la tension de seuil des transistors. Cela se traduit par un meilleur rendement et par une diminution de la tension minimale d'alimentation des circuits SRAM (pour Static Random Access Memory). Une étude détaillée de la variabilité intrinsèque à cette technologie a été réalisée durant ce travail de recherche, aussi bien sur la tension de seuil (VT) que sur le courant de drain à l'état passant (ISAT). De plus, le lien existant entre la fluctuation des caractéristiques électriques des transistors et des circuits SRAM a été expérimentalement analysé en détail. Une large partie de cette thèse est enfin dédiée à l'investigation de la source de variabilité spécifique à la technologie FDSOI : les fluctuations de l'épaisseur du film de silicium. Un modèle analytique a été développé durant cette thèse afin d'étudier l'influence des fluctuations locales de TSi sur la variabilité de la tension de seuil des transistors pour les nœuds technologiques 28 et 20nm, ainsi que sur un circuit SRAM de 200Mb. Ce modèle a également pour but de fournir des spécifications en termes d'uniformité σTsi et d'épaisseur moyenne µTsi du film de silicium pour les prochains nœuds technologiques.

Le phénomène de Rayleigh-Bénard correspond à l'état instable dans lequel se trouve une couche horizontale d'un fluide dilatable, soumise à un gradient de température DT. Si ce dernier dépasse une valeur critique DTc, des mouvements convectifs naissent à l'intérieur du fluide. Concernant les fluides à seuil, le phénomène devient plus complexe. Le seuil s'ajoute aux forces stabilisatrices au sein du fluide et modifie de manière fondamentale le transfert de matière et le transfert thermique. Au départ, le fluide est au repos ; le gradient de vitesse est alors nul et la viscosité efficace infinie partout. L'approche de stabilité linéaire est incapable de fournir une solution aux équations d'écoulement car on doit perturber, par les forces d'Archimède, un fluide d'une viscosité infinie. Dans ce travail de thèse, des expériences de Rayleigh-Bénard ont été effectuées sur des solutions à base de Carbopol 940 présentant un seuil de contrainte. Le dispositif expérimental nous a permis d'avoir des résultats quantitatifs et qualitatifs intéressants. Les mouvements thermoconvectifs ont ensuite été filmés par la technique d'ombroscopie. L'effet non-linéaire au début de la convection a été observé.

Cette thèse a pour but l'étude de la détection basée sur modèle de défauts pour lesmoteurs Diesel produits en grande série. La nécessité d'une surveillance continue del'état de santé des véhicules est maintenant renforcée par la législation Euro VI sur lesémissions polluantes, qui sera probablement rendue encore plus contraignante dans sesprochaines révisions. Dans ce contexte, le développement de stratégies robustes, faciles àcalibrer et valides pour des systèmes dispersés (car produits en grande série) procureraitun avantage considérable aux constructeurs automobile. L'étude développée ici tentede répondre à ces besoins en proposant une méthodologie générique. On utilise desobservateurs adaptatifs locaux pour des systèmes scalaires non linéaires et affines parrapport à l'état, pour résoudre les problèmes de la détection de défauts, de son isolationet de son estimation d'une façon compacte. De plus, les incertitudes liées aux biais demesure et de modèle et aux dérives temporelles nécessitent d'améliorer les méthodes dedétection par l'utilisation de seuils robustes pour éviter les fausses détections. Dans cettethèse, on propose un seuil variable basé sur la condition d'observabilité du paramètreimpacté par le défaut et sur une étude de sensibilité par rapport aux incertitudes surles entrées ou sur le modèle. Cette méthode permet, entre autres, de fournir un outild'analyse pour la sélection des conditions de fonctionnement du système pour lesquelsle diagnostic est plus fiable et plus robuste par rapport aux incertitudes sur les entrées.L'approche présentée a été appliquée avec succès et validée de façon expérimentale surun moteur Diesel pour le problème de détection de fuite dans le système d'admissiond'air, puis dans un environnement de simulation pour le problème de détection dedérive d'efficacité turbine. On montre ainsi ses avantages en termes de fiabilité dedétection, d'effort de calibration, et pour l'analyse des conditions de fonctionnementmoteur adaptées au diagnostic.

Le transistor à effet tunnel bande à bande (TFET) est une architecture PIN à grille capable d’obtenir une pente sous le seuil inférieure à 60mV/dec à température ambiante, ce qui représente un avantage par rapport au MOSFET dans le cas d’applications basse consommation. L’objectif de cette thèse est d’étudier et de caractériser des TFETs fabriqués au CEA-LETI (sur substrats SOI avec les procédés standards CMOS), afin de comprendre et d’optimiser ces dispositifs. La première génération de TFETs a été réalisée en architecture planaire (FDSOI) et fournit une étude sur l’impact de l’hétérojonction canal source, de l’épaisseur du canal et de la température de recuit sur les performances. La seconde génération a été réalisée en architecture nanofil SiGe planaire, dont l’impact de la géométrie a été étudié en détail. Les mesures ont permis de valider l’injection par effet tunnel bande à bande, et les performances observées ont été comparées à la littérature et aux MOSFET. Par ailleurs, des caractérisations avancées ont également mené à une meilleure compréhension des caractéristiques de sortie courant-tension. Finalement, des mesures basse température nous avons confirmé la présence de défauts proches des jonctions (à l’origine des limitations de pente sous le seuil) et ainsi proposé des voies d’optimisation pour s’en affranchir. / Band to band tunneling field effect transistor (TFET) is a PIN-gated architecture able to reach sub 60mV/dec subthreshold slopes at room temperature, which is an advantage over MOSFET in low power applications. The objective of this thesis is to study and characterize TFETs fabricated in CEA-LETI using MOSFET SOI technology. The first generation of devices is realized on planar FDSOI technology, and studies the impact of source/channel heterojunction, channel thickness and annealing temperature on device performances. The second generation is planar SiGe nanowire architecture, with research focusing on the impact of the wire geometry. Through measurements we were able to prove the band to band tunneling injection, while the reported performances were compared with literature and with MOSFET. Furthermore, advanced characterizations led to a better understanding of the output characteristics. Through low temperature measurements we confirmed existence of defects close to the junctions (which cause slope degradation), as well as on which process steps to improve in the future.

La douleur est un mécanisme essentiel pour la survie, mais les douleurs chroniques sont souvent invalidantes. Les douleurs de longue durée sont une des premières causes de consultation médicale, et affectent 20% de la population. Par contre, les traitements actuels sont souvent inefficaces au long cours, avec un ratio bénéfice/risque faible. Il est ainsi une priorité majeure la recherche des nouveaux agents thérapeutiques. Pour ce faire, la compréhension de réseaux impliqués dans la douleur est essentielle.Plusieurs études ont montré que Cav3.2, un canal calcique à bas seuil, pourrait être une cible analgésique prometteuse. En fait, Cav3.2 est exprimé tout le long de voies douloureuses, au niveau périphérique ainsi qu’au niveau central. Notamment, Cav3.2 est fortement exprimé dans la corne dorsale de la moelle épinière, qui constitue le premier relai d’intégration de l’information douloureuse. De plus, grâce à son activation aux potentiels proche du repos, Cav3.2 est bien placé pour réguler l’excitabilité neuronale et l’intégration synaptique. Au cours de cette thèse nous avons étudié la distribution de ce canal dans les interneurones de la lamina II de la corne dorsale. Nos résultats montrent que le canal est exprimé dans différentes types d’interneurones (~60%), majoritairement excitateurs, mais aussi inhibiteurs. De façon intéressante, tous les neurones PKCγ, impliqués dans l’allodynie mécanique, expriment le canal Cav3.2. Nous avons ensuite utilisé une approche virale pour marquer et étudier les propriétés électrophysiologiques des neurones exprimant Cav3.2, ainsi que pour réprimer de façon spécifiques le canal dans la partie lombaire de la moelle épinière. Nos résultats montrent que Cav3.2 participe dans les rebonds dépolarisants sous-liminaires, dans les propriétés des potentiels d’action et dans les profils d’activité électrique de ces neurones. Ainsi, Cav3.2 pourrait jouer un rôle important dans les états douloureux au niveau spinal, caractérisés par des changements dans l’excitabilité. / Acute pain is essential for survival, but chronic pain is often invalidating. Prolonged pain states are one of the first causes of medical consultation, and they are experienced by as much as 20% of the population. However, our current analgesics are not fully reliable in alleviating chronic pains, with low beneficial/risk ratio. Thus, finding new pharmacological agents are a primordial objective. A better understanding of pain networks is necessary.Several studies have suggested that the T-type calcium channel, Cav3.2, might be a promising target for analgesics. Indeed, Cav3.2 is expressed all along pain pathways, both within the peripheral nociceptive track and within the central nervous system. Interestingly, Cav3.2 is strongly express in the dorsal horn of the spinal cord, which is the first relay for pain processing. Furthermore, thanks to their activation near resting potentials, Cav3.2 channels fit well in regulating neuronal excitability and synaptic integration.In this thesis, we have analyzed Cav3.2 expression in dorsal horn interneurons. Our results show that Cav3.2 is expressed in different types of interneurons (~60%), mostly excitatory, but also inhibitory. Interestingly, all PKCγ neurons, involved in mechanical allodynia, expressed Cav3.2. We then used a viral approach to label and study electrophysiological properties of Cav3.2-expressing neurons, and also to specifically delete this channel in the lumbar spinal cord. Our results show that Cav3.2 is involved in subthreshold depolarizations, in the properties of the action potentials and in the firing patterns of these neurons. Thus, Cav3.2 might play an important role in pain states at the spinal cord level, characterized by neuronal excitability alterations.

Les phénomènes de mouillage et la rhéologie des fluides à seuil sont deux domaines de la physique des matériaux mous dans lesquels de grandes avancées ont été faites lors des derniers siècles. De plus ces questions sont d'une grande importance au niveau des applications industrielles, ce qui contribue à leur dynamisme. En revanche, le mouillage des fluides à seuil a été peu étudié, alors que c'est une situation fréquente. En effet, presque tous les fluides rencontrés dans l'industrie et la vie quotidienne sont des fluides à seuil. D'autre part, la connaissance des propriétés de mouillage est cruciale lors de leur manipulation car la plupart des processus font intervenir des interfaces.Dans ma thèse, je m'intéresse aux questions suivantes : comment la tension de surface apparente est-elle affectée par le seuil ? Comment le seuil influence-t-il la dynamique du mouillage, habituellement décrite par la loi de Tanner ? Pourquoi l'angle de contact d'une goutte de fluide à seuil n'est-il pas prédit par la loi d'Young-Dupré ?J'ai réalisé des expériences sur un fluide à seuil modèle appelé carbopol. La première expérience a consisté à mesurer la force d'adhésion d'un pont capillaire, qui a été comparée au cas des fluides simples. Les résultats ont montré l'importance de l'histoire de la déformation et de l'élasticité du fluide. La seconde expérience a porté sur l'étalement de gouttes sur une surface hydrophile. J'ai étudié la dynamique d'étalement, ainsi que l'angle de contact final. Alors que la dynamique est contrôlée par la viscoélasticité, l'état final est déterminé par le seuil / Wetting phenomena and yield-stress fluids rheology are subfields of soft matter physics where big understanding steps have been made during the last centuries. In addition, these two fields have very important potential implications for industry, which contributes to their dynamism. But their combination, the wetting of yield-stress fluids, has received little interest until the very last years, although it is a situation that happens all the time. Indeed, yield-stress fluids gather nearly all the fluids encountered in food industry, cosmetics, building industry, oil and gas industry… and wetting properties are crucial when processing or using the fluids, as many processes involve interfaces with air or a solid surface.In this thesis, I consider the following questions: how is the apparent surface tension affected by yield stress? How does the yield stress influence the wetting dynamics, classically described by Tanner’s law? Why can the final contact angle of a sessile drop of yield-stress fluid not be predicted by Young-Dupré’s theory?I performed experiments with a model yield-stress fluid called carbopol. The first experiment consisted in measuring the adhesion force of a capillary bridge and comparing it to the case of simple fluids. The main results show the importance of the deformation history and of the fluid elasticity. The second main experiment concerned spreading of drops on a hydrophilic surface. I studied the short-time dynamics and the long-time dynamics, as well as the final contact angle. The first regime is controlled by viscoelasticity, whereas the final state is determined by the yield stress

Le travail présenté ici porte sur l’étude et le contrôle de la cavitation acoustique dans le but de développer un système de sonoporation efficace pour les cellules en suspension et les cellules adhérentes. Le manuscrit est composé de trois chapitres. Tout d’abord, une revue de la littérature sur les différentes techniques physiques utilisées en transfection cellulaire, et plus particulièrement la sonoporation. Il a été démontré que le principal mécanisme de la sonoporation est étroitement lié au phénomène de cavitation acoustique. Un contrôle de ce phénomène aléatoire apparaît alors intéressant afin d’augmenter le taux de transfection tout en gardant une forte viabilité cellulaire. Dans le second chapitre, un système de régulation de cavitation ultrasonore basé sur un indice acoustique de cavitation a été étudié. Cet indice, est basé sur la mesure de bruit large bande émis lors de l’implosion des bulles de cavitation. Les avantages d’un tel système sont : un suivi en temps réel du niveau de cavitation durant l’irradiation, des informations quasi-instantanées sur les composantes spectrales caractéristiques de la cavitation, une meilleure reproductibilité et stabilité du niveau de cavitation surtout pour les intensités modérés. Dans le troisième chapitre, pour comprendre les mécanismes de la sonoporation, un deuxième système de cavitation contrôlé a été conçu dans le but de permettre une visualisation du milieu en cours d’insonification. Ce nouveau dispositif est adapté à un fonctionnement sous microscope photonique à transmission et à fluorescence. Des essais de transfection de siRNAs, sur les cellules en suspension (RL du lymphome folliculaire) et sur les cellules adhérentes (cancer du sein ; MDA-MB 231) ont permis de valider in vitro l’efficacité de ce système en atteignant un taux de 40 % de transfection pour ces deux types de cellules, avec un très faible taux de mortalité (< 10 %) / The aim of the present work, which is based on the study and the control of acoustic cavitation, is to develop an efficient sonoporation system to transfect the cells in suspension and the adherent cells. The manuscript is composed of three chapters. The first one takes a glance on the state of art of different physical techniques used in cells transfection, and more precisely on sonoporation. It has been shown that the principal mechanism of sonoporation is closely linked to acoustic cavitation. Thus, a control of this random phenomenon is important to increase the rate of transfection while keeping strong cell viability. In the second chapter, a regulated cavitation generator based on an acoustic index was studied. This index is based on the measure of broad band noise emitted during the implosion of the cavitation bubbles. The advantage of such a system is: a control in real time of the level cavitation during sonication, leading to a better reproducibility and stability of the cavitation level, especially for the moderate intensities. In the third chapter, in order further study the sonoporation mechanisms, a second regulated cavitation generator was studied; its aim is to be able to visualize the medium during sonication. This new device is adapted to the performance under a fluorescencemicroscope with fluorescence transmission. SiRNAs transfection, was validated in vitro by attending a rate of 40 % of transfection for the two types of cells, with a very low rate of mortality (< 10%), for both suspended cells (RL of follicular lymphoma) and adherent cells (Cancer of breast; MDA-MB 231)

Dans nombre d’applications thérapeutiques des ultrasons, il peut être intéressant d’augmenter l’activité de cavitation inertielle tout en limitant au maximum les intensités utilisées : ceci permet de maximiser les effets mécaniques des ultrasons au niveau des tissus visés tout en minimisant les échauffements des tissus environnants. L’étude expérimentale présentée ici ² porte sur la modification des seuils de cavitation inertielle et de l’activité de cavitation au-delà du seuil lorsqu’un signal bifréquentiel comportant deux composantes fréquentielles proches est utilisé. Le caractère non linéaire de la modification du seuil est démontré. Ainsi, des réductions significatives de l’intensité nécessaire à l’obtention de cavitation inertielle peuvent être obtenues dans des milieux où les seuils sont élevés. De plus, l’évolution de l’activité de cavitation lorsque l’intensité ultrasonore est augmentée au-delà du seuil montre qu’avec une excitation bifréquentielle, de fortes activités de cavitation peuvent être atteintes pour des intensités plus proches du seuil. Ce point présente un double intérêt sur le plan de l’application pratique, puisque cela signifie une meilleure séparation des régimes cavitant et non cavitant et permet de réduire encore, par rapport à une excitation monofréquentielle, les intensités requises pour atteindre une activité de cavitation donnée. Des essais sur modèle de caillots sanguins ont permis de valider in vitro l’efficacité de cette excitation bifréquentielle pour la thrombolyse purement ultrasonore. / Enhancing cavitation activity using lower acoustic intensities is interesting to a variety of therapeutic applications, where the mechanical effects of cavitation are required with minimal heating of surrounding tissues. The present experimental work is focused on the modification of the inertial cavitation threshold and on the cavitation activity beyond the threshold where an excitation signal made of two neighbouring frequency components is used. A significant reduction of the acoustic intensity required to trigger cavitation can be obtained in a medium with a strong cavitation threshold. Moreover, comparing the evolution of the cavitation activity beyond the threshold where mono- and bi-frequency excitations are used, it is shown, in the latter case, that strong activities can be reached with intensities closer to the threshold value. This fact would offer a dual-benefit in terms of therapeutic applications, as it enables a better separation between the cavitating and non-cavitating regime and allows lower intensities to be used to attain a given cavitation activity. The evolution of the bifrequency threshold as function of the external parameters shows that the mechanisms involved are nonlinear. Experiments on in vitro blood clot models have validated the efficiency of this bifrequency excitation for purely ultrasound thrombolysis

Dispositifs photovoltaïques d'aujourd'hui convertissent l'énergie solaire en électricité de manière propre, renouvelable et inépuisable et représentent un remplacement possible pour les combustibles fossiles. Toutefois, afin de rivaliser avec les sources d'énergie classiques une augmentation significative de l'efficacité de conversion est inévitable. Dans ce travail, nous nous concentrons sur des aspects pouvant propulser le rendement de conversion au-dessus des limites de cellules présentes. La première partie de l'étude est consacrée à de nouvelles idées théoriques considérés comme le photovoltaïque de 3ème génération, alors que le plus d'intérêt est maintenu à étudier les avantages possibles de la multiplication d'électrons faible seuil. Dans la deuxième partie de l'étude, nous développons un modèle qui permet un traitement précis des propriétés optiques et de transport des structures de silicium avec des interfaces enterrées. Les analyses théoriques et expérimentales approfondies des structures existantes MIND sont ensuite effectuées. En étudiant le flux exacte et la distribution d'énergie à l'intérieur de plusieurs structures dans le cadre de leur géométrie, nous estimons les rendements quantiques possibles et les comparer avec les résultats expérimentaux. Grâce aux moyens de simulations numériques couplées avec caractérisation expérimentale, nous extrayons l'efficacité de la collecte de porteur de cellules étudiées. De nouveaux effets sont observés, une telle augmentation possible de l'efficacité de la collecte au-dessus de l'unité. Une analyse plus approfondie des résultats expérimentaux couplés avec l'étude numérique suit quelques explications classiques et non classiques de l'augmentation de l'efficacité de la collecte ou l'augmentation résultante de l'efficacité quantique. Avec la plupart des explications classiques exclu, nous concluons que l'explication la plus probable, mais non définitive de cet effet peut être interprété comme le résultat d'une multiplication des porteurs faible seuil. / Photovoltaic devices of today convert solar energy into electricity in a clean, renewable and inexhaustible way and represent a possible replacement for the fossil fuels. However, in order to compete with classical energy sources a significant increase in the conversion efficiency is inevitable. In this work, we concentrate on the aspects able to raise the conversion efficiency above the limitations of present cells. The first part of the study is devoted to new theoretical ideas considered as 3rd generation photovoltaics, while the most interest is kept at studying the possible benefits of electron multiplication at low-energies. In the second part of the study, we develop a model that allows a precise treatment of optical and transport properties of silicon structures with buried interfaces. Extensive theoretical and experimental analyses of existing MIND structures are then conducted. By studying the exact flux and power distribution inside several structures in conjunction with their geometry, we estimate the possible quantum efficiencies and compare them with experimental results. Through the means of numerical simulations coupled with experimental characterization, we extract the carrier collection efficiency of studied cells. New effects are being observed, such a possible increase in collection efficiency above unity. A deeper analysis of the experimental results coupled with the numerical study analyzes several classical and non-classical explanations of the increase in collection efficiency or the resulting increase in the quantum efficiency. With most of the classical explanations ruled out, we conclude that the most probable, but not definitiveexplanation of this effect can be interpreted as the result of a low-energy carrier multiplication.