Des circuits dits métamatériaux sont étudiés théoriquement et caractérisés à des fréquences de l'ordre de la centaine de gigaHertz. Des méthodes de caractérisation fréquentielle et temporelle (électro-optique) sont utilisées pour mettre en évidence leur caractère gaucher. Pour ces études, deux approches de métamatériaux ont été considérées : - la première est basée sur la fabrication de réseaux de micro résonateurs et de fils métalliques visant un fonctionnement à 100 gigaHertz et démontre expérimentalement la présence d'une bande de dispersion main gauche par mesure vectorielle. - la seconde approche exploite les effets d'avance de phase qu'il est possible de mettre en évidence pour une ligne de transmission chargée périodiquement d'une capacité série et d'une inductance en parallèle. La spécificité de cette étude est une approche temporelle cohérente. Dans ces conditions, il est possible de visualiser directement une avance de phase, et donc le caractère main gauche, dans le domaine temporel. Ces résultats sont confirmés dans le domaine fréquentiel par transformées de Fourier calculées jusque 1 TeraHertz. Les propriétés non linéaires de ces circuits sont ensuite étudiées en introduisant une non linéarité en régime guidé par l'intermédiaire d'un composant dit HBV en régime varactor. L'extension de cette dernière étude au cas d'un régime non linéaire est abordée par le biais de la caractérisation dynamique d'un composant HBV. Nous terminons ce travail en proposant deux types de régime non linéaire pour une ligne gauchère dans laquelle un composant varactor est introduit. Il s'agit respectivement de la génération d'harmoniques et de l'amplification paramétrique. / Artificial materials so called «metamaterials» are studied theoretically and characterized at few hundred of GigaHetrz frequencies. Frequencial and temporal (electro-optic) methods are used to prove their left handed behaviour. For this study, two approaches have been considered : - the first one is based on the fabrication of micro-resonators and metallic wires arrays aiming at operating at 100 GHz. An experimental evidence of a left handed dispersion branch is then made from vectorial analysis. - the second approach takes profit of phase advance effects that can be obtained from a transmission line periodically loaded with a series capacitance and a parallel inductance. The specificity of this study is a coherent time domain approach that allows us to directly visualize a phase advance and the corresponding left handed behaviour. Those results are confirmed by the calculations of Fourier transforms up to 1 TeraHertz. Non linear properties of those circuits are then studied by introducing a non linearity by the mean of a Heterostructure Barrier Varactor component. The extension of this study to the non linear regime is treated via the dynamic characterization of this component. Finally, two types of non linear regimes are studied for a left handed transmission line loaded with HBV diodes with respectively harmonic generation and parametric amplification.

Les antennes dédiées à la guerre électronique (GE), ont des bandes passantes qui peuvent dépasser la décade (rapport 10 entre les fréquences haute et basse), avec une fréquence basse proche d’une centaine de MHz. Les antennes classiques principalement utilisées dans le domaine de la GE font appel à des antennes dites indépendantes de la fréquence, qui sont placées au-dessus d’une cavité absorbante. Cependant, l’épaisseur de la cavité est importante compte tenu de la fréquence basse de fonctionnement de l’antenne utilisée. Ceci complexifie l’intégration de ces antennes sur des porteurs de petite taille où le volume est restreint et la masse un paramètre critique. Afin de concevoir de nouveaux systèmes antennaires dédiés à la GE plus performants, il convient d’opérer une rupture technologique des solutions actuelles. Cette rupture passe par le remplacement de la cavité absorbante qui emploie des matériaux lourds, onéreux et non reproductibles par des solutions innovantes comme celles que proposent les métamateriaux et notamment les conducteurs magnétiques artificiels (CMA). Pour nos travaux, nous avons sélectionné deux antennes, une antenne spirale d’Archimède et une antenne sinueuse. Une analyse du champ proche de ces deux antennes a été proposée et validée partiellement par une mesure innovante. Cette analyse a permis de donner une loi de variation de la zone active de l’antenne à grande proximité de celle-ci, afin de pouvoir dimensionner un réflecteur placé au plus près de l’antenne. Nous avons présenté et validé les différents types de réflecteurs qui peuvent être associés à ce type d’antenne, qu’il s’agisse d’un conducteur électrique parfait (CEP), ou d’un conducteur m / Antennas dedicated to electronic warfare (EW), operate on bandwidth higher than a decade (ratio 10 between the high and low frequencies), with the low frequency close to one hundred MHz. Antennas usually used in the field of EW are independent frequency antennas, which are placed above an absorber cavity. However, the thickness of the cavity is important regarding the antenna lower operating frequency. This complicates the integration of these antennas on small carriers where the volume is limited and the mass is a critical parameter. In order to develop new more efficient antenna systems dedicated to the EW, it is necessary to operate a technological break of current solutions. This break consists of replacing the cavity absorber employing heavy, expensive and no reproducible materials by innovative solutions as those proposed by metamaterials such as artificial magnetic conductor (AMC). In my work, we selected two antennas, an Archimedean spiral antenna and a sinuous antenna. An analysis of the electromagnetic near field of the antennas has been proposed and partially validated by an innovative measurement. Thanks to this analysis, it is possible to give the variation distribution of the active area of the antenna close to this one, in order to design a reflector placed very close to the antenna. We have exposed and validated the different types of the reflectors that can be associated with this type of antenna, whether it is a perfect electric conductor (PEC) or a perfect magnetic conductor (PMC). The results proved that a wideband bidirectional antenna place above a PEC reflector has a maximal band of interest (MBI) of 5:1, in this bandwidth the broadside gain of the

Dans ce travail, une approche diélectrique de la réfraction négative dans les cristaux photoniques et métarnatériaux est étudiée pour une application à la focalisation de la lumière par une lentille plane aux longueurs d'ondes optiques. Ces travaux englobent les phases de conception et de fabrication, ainsi que la caractérisation en champ proche optique de différents prototypes. Dans ce cadre, il a été mis en évidence expérimentalement une focalisation sous-longueur d'onde par une lentille plate d'indice de réfraction égale à -1 à base de cristaux photoniques à la longueur d'onde de 1.5 µm. D'abord, les concepts relatifs à l'obtention d'un indice de réfraction négatif dans les matériaux artificiels périodiques sont rappelés, et ce tout particulièrement dans les cristaux photoniques bidimensionnels. C'est par l'ingénierie de structure de bandes que les conditions nécessaires à l'obtention d'un indice de réfraction négatif sont précisées. Nous mettons en place une méthode d'optimisation de la transmission et de l'indice d'un cristal de dimension finie reposant sur l'ingénierie de modes résonnants de type Fabry-Pérot de la cavité pour des incidences variées. Ensuite, le dispositif de lentille plate à base de cristaux photoniques ainsi optimisé, est fabriqué en ayant recours aux techniques de nano-lithographie électronique avec l'utilisation d'une résine négative oxydable - HSQ - et de gravure profonde assistée par ICP. Enfin, les résultats expérimentaux sont comparés. Ils corroborent les simulations tridimensionnelles FDTD effectuées en parallèle. En guise de perspective, une ouverture sur l'application de la réfraction négative à la furtivité et l'invisibilité est proposée. / Ln this thesis, we report on the dielectric approach to achieve negative refraction in photonic crystals and metamaterials in order to provide the focusing effect of a point source through a flat lens at optical wavelengths. A comprehensive investigation is done numerically and experimentally by using a photonic crystal flat lens prototype properly designed to perform scanning near field optical microscopy. ln the first part, we recall the concepts related to negative refraction and superlensing criteria. ln photonic crystals, negative refraction can occur by using Bloch waves dispersion. However, the feasibility of such a so-called superlens, wich requires at the sarne time an optical index of n=-1 and a perfect impedance matching remains a challenging task. So, we adress this issue by optimizing the electromagnetic transmission and the refraction index of a finite sized slab of photonic crystals. The advantage of our method lies in the existence of Fabry-Pérot effect resulting of interferences between the front and the rear interface of the slab. We then fabricated the flat lens by using the nanoelectronics techniques on III-V semiconductors .The photonic crystals lattice is defined by e-beam lithography on a negative resist (HSQ HydrogenSilsesQuioxane) and then etched within the semiconductor slab by using Inductively Coupled Plasma (lCP) etching technique. Strong anisotropy with aspect ratios higher than 10:1 can be routinely obtained. At least, from the comparison between 3D-FDTD simulations and experiments, we quantify the resolution of the lens and discuss the ability of the reported lens to overcome the classical limitation in terms of subwavelength resolution.

Aujourd'hui, la sécurité des cyclistes sur les routes est une préoccupation majeure. Les statistiques d'accidents montrent une augmentation de 12% des décès de cyclistes depuis 2010. L'objectif du projet national français CYCLOPE est d'améliorer la sécurité des cyclistes grâce à des dispositifs électroniques innovants. Dans le cadre de ce projet, ces travaux de thèse se concentrent sur l'amélioration de la détectabilité du cycliste par un véhicule équipé d'un radar anticollision. L'objectif est d'augmenter la réflexion du système vélo-cycliste pour que le niveau d'énergie rétrodiffusé soit suffisant pour provoquer une alarme. Pour atteindre cet objectif, deux approches sont étudiées dans cette thèse. La première approche vise à concevoir un réflecteur rétrodirectif inspiré des techniques utilisées pour les antennes réseaux réflecteurs. Ce réflecteur est destiné à être placé sur le vélo, comme un catadioptre. Le réflecteur utilise deux panneaux imprimés formant un dièdre aplati, dans un souci de compacité. L'utilisation des motifs imprimés permet de réaliser une loi de phase sur les panneaux et, par ce biais, de restaurer le comportement rétrodirectif mis à mal par l'applatissement. Une étude théorique du mode de fonctionnement de cette structure complexe est proposée, permettant de dégager ces potentialités mais également ces limitations. Finalement, une conception complète est menée pour un prototype à 24 GHz. Sa fabrication et sa caractérisation montrent sa capacité à améliorer la surface radar d'un cycliste. Dans la deuxième approche, le dispositif réfléchissant est destiné à équiper le cycliste lui-même, comme un gilet fluorescent. Le torse humain est modalisé sous la forme d'un cylindre multi-couches diélectriques avec pertes. En revêtant ce cylindre d'une couche de nature réfléchissante, il est possible d'améliorer sa rétrodiffusion. Le travail se concentre donc sur la recherche du profil de revêtement optimal. Pour ce faire, un modèle numérique basé sur la solution mathématique exacte du cylindre infini multi-couches est proposé. En utilisant ce modèle, on constate que la couche requise doit être réalisée par des matériaux à permittivité négative, synthétisables grâce à des métamatériaux. L 'étude est ensuite étendue au cas d'un cylindre fini, plus représentatif de la réalité. Des comparaisons sont menées avec une simulation électromagnétique rigoureuse / A cyclist safety nowadays on roads is a major concern. Accident statistics show an increase of 12 % of deaths of cyclists since 2010. In the French national project CYCLOPE, the aim is improve the safety of cyclists by developing innovative electronic devices. In the context of this project, the work in this thesis is concerned with enhancing the detectability of the cyclist by a vehicle equipped with an anti-collision radar. The objective hence is to enhance the reflection by the bicycle-cyclist system so that the backscattered energy level would be sufficient to cause an alarm. In order to attain this objective, two approaches are investigated in the thesis. In the first, the design of a retrodirective reflector inspired by reflectarrays is studied. This device is going to be attached to the bicycle to operate as a retroreflector. The reflector is formed of two panels attached and flattened till a certain degree. Equipping each of the two panels with printed phasing cells permits for the construction of a phase law that restores the retrodirective behavior of the corner dihedral after it being flattened. A theoretical study performed on the retrodirective mechanism permits to uncover the potentials as well as limits of such reflector. Finally, a prototype operating at 24 GHz is realized. Its performance validates its capacity to enhance the RCS of a bicycle-cyclist. In the second approach, the possibility of enhancing the backscattering by the cyclist body using a reflective jacket is discussed. The human torso can be modeled as a multi-layered lossy dielectric cylinder. By coating this cylinder with a layer of reflective nature, it is possible to enhance its backscattering. The work hence concentrates on finding the corresponding optimum coat profile. Therefore, a numerical model based on the exact mathematical solution of the multilayered infinite cylinder is proposed. Using this model, it is found that the required coat should be made of negative permittivity materials, synthesizable using metamaterials. The study then is concentrated on the case of a finite cylinder which more accurately represents the real case scenario. Finally, Electromagnetic full-wave simulations are performed to compare the infinite-based numerical model to the finite-based simulation results.

Le travail de cette thèse concerne la conception de nouvelles architectures d'antennes miniatures ou multifréquences en utilisant la technique inspirée des métamatériaux. Les antennes proposées sont munies de nouvelles formes d'éléments parasites qui permettent d'obtenir des structures compactes et donc facilement intégrables dans les terminaux mobiles. Par la suite, l'étude et la conception d'antennes directives et reconfigurables en diagramme de rayonnement par la technique inspirée des métamatériaux a été menée. En première partie, une étude paramétrique sur les paramètres pertinents de la structure a été effectuée afin de bien comprendre le fonctionnement de celle-ci. En deuxième partie, des antennes miniatures et directives sont proposées. Finalement, de nouvelles structures directives et reconfigurables en diagramme de rayonnement sont présentées. / The work of this thesis concerns the design of new architectures of miniature antennas by using the concept of metamaterials-inspired.The proposed antennas integrate new shapes of parasitic elements that allow to obtain compact structures and therefore easily integrated into mobile devices.

Le concept de metamatériaux est apparu au cours des années 2000 avec la réalisation de structures artificielles permettant une propagation non-conventionnelles des ondes électromagnétiques. La réponse électromagnétique des metamatériaux est liée à la présence d’éléments optiquement résonants, de dimensions inférieures aux longueurs d’onde d’excitation, arrangés dans une structure périodique prédéfinie.Afin de produire les structures géométriques inhérentes au design de metamatériaux, l’auto-assemblage des copolymères à blocs constitue une méthodologie émergente. En effet, les structures périodiques produites lors de la séparation de phase de ces matériaux peuvent être utilisées en tant que canevas pour la création de réseaux périodiques de nanoparticules. L’objectif principal de ces travaux de thèse a ainsi été de démontrer la validité de cette stratégie pour la réalisation, d’une manière simple et reproductible, d’une large gamme de nanostructures et de corréler les paramètres structuraux de ces réseaux de nanoparticules aux propriétés optiques.Une première démonstration de ce concept a été obtenue en utilisant un copolymère à blocs formant une structure lamellaire afin de réaliser des surfaces possédant des indices de réfraction élevés. La formation contrôlée de particules métalliques au sein de cette structure a permis de produire des surfaces décorées par ces nanoparticules, pour lesquelles une corrélation entre la teneur en or et l’indice de réfraction résultant a pu être établie. Ce concept a été poussé plus en avant en utilisant une gamme des copolymères à blocs de différentes masses molaires et formant une morphologie cylindrique. En effet, un contrôle accru des paramètres structuraux des réseaux de nanoparticules (diamètre et distance inter-particules) a permis la réalisation de metasurfaces aux propriétés optiques variées. Enfin la mise au point d’une stratégie d’auto-assemblage itérative nous a permis d’obtenir des metasurfaces au design complexe, avec notamment la production de surfaces décorées par des clusters bimétalliques ou des multicouches hybrides polymère/metal. Dans l’ensemble des cas, les surfaces décorées de nanoparticules ont été minutieusement caractérisées par des techniques de microscopie et de diffraction RX afin de mieux appréhender les propriétés optiques dérivées d’analyses d’ellipsométrie spectroscopique à angle variable. / The concept of metamaterials appeared in the years 2000 with the achievement of artificial structures enabling nonconventional propagation of electromagnetic waves. The electromagnetic response of metamaterials is based on the presence of optically resonant elements of sub-wavelength size and well-designed morphology and organization.In order to create controlled geometrical structures inherent to metamaterials design, block copolymer self-assembly constitutes an emerging strategy. Indeed, the periodic structures inherent to their segregation behavior can be used as scaffolds to create various regular or ordered nanoparticles arrays. The main objectives of this study is to demonstrate that block copolymer can indeed lead to a high level of control of a variety of designed nanostructures, in an easy and scalable method, and to correlate the structural parameters of the nanoparticles arrays and their optical properties.As a first demonstration, a lamellar-forming (poly(styrene)-block-poly(2-vinylpyridine) was used to create high refractive index surfaces. The selective and customizable metal incorporation within the out-of-plane lamellae produces azimuthally isotropic metallic nanostructures of defined geometries, for which a clear relationship between the gold content and the refractive index was established. Further studies were dedicated to the correlation between the geometrical parameters of the nanoparticles arrays and the optical properties through the macromolecular engineering of a series of cylinder-forming block copolymers having a wide range of molecular weights. Through this strategy, the particle diameter and the inter-particle distance were tuned leading to the production of metasurfaces with various optical characteristics. More complex metasurface designs were also obtained using a layer-by-layer self-assembly strategy, i.e. bimetallic raspberry nanoclusters or layered hybrid (metallic/polymer) structures. In all cases, the nanoparticles arrays were thoroughly analyzed using microscopy and small-angle X-ray scattering techniques in order to better apprehend the optical properties derived from variable-angle spectroscopic ellipsometry analysis.

L'essor des cristaux phoniques (CP) , structures constituées d'un arrangement périodique de différents matériaux dans des domaines d'applications variés tient principalement aux propriétés exceptionnelles qui permettent le contrôle de la propagation des ondes. Des travaux récents se sont intéressés à l'accordabilité en fréquence des CP. Notamment en insérant des matériaux actifs, il a été montré qu'il était possible de moduler la position en fréquence ou la largeur de bandes interdites sans avoir à changer la géométrie du CP. Dans ce contexte, on étudie la propagation d'ondes de Lamb dans une plaque piézoélectrique homogène couverte par des électrodes disposées périodiquement sur les deux faces. Différentes conditions aux limites électriques (CLE) ont imposées sur ces électrodes afin d'agir sur la dispersion des ondes de Lamb. On montre expérimentalement et numériquement que l'application de ces CLE permet des couplages de modes de Lamb de mêmes symétries ou de symétries différentes. / One of the most important properties of phononic crystals (PCs) is their ability to prohibit the propagation of acoustic waves in specific frequency ranges called band gaps (BG). Bragg scaterring and mode hybridization are the two principal known mechanisms for BG nucleation. Recently, the interest for BG tunability has grown rapidly. This study concerns the development of a piezoelectric PC that is able to generate and control the propagation of guided Lamb waves, thus offering tunability of the band structure. A piezoelectric plate covered by ID periodic arrangement of thin electrodes is investigated. It is shown that the application of various electrical boundary conditions (EBCs) on the electrodes allows to change the effective properties of the piezoelectric plate. The dispersion of the waves is then electrically tuned and, depending on the applied EBCs, we demonstrate experimentally and numerically the possibility of opening Bragg or hydridization gaps in the subwavelength regime.

Afin de répondre aux besoins croissants d’équipements de communication pour les applications spatiales, il est important de réduire, le plus possible, la taille et la masse de l’équipement des satellites. Cela conduit à une réduction des coûts de lancement des satellites sur leur orbite ou laisse la possibilité d’ajouter des équipements dans la fusée. Ceci compte aussi pour les composants radioélectriques. L’objectif étant de réduire les dimensions sans pour autant détériorer les performances en rayonnement (directivité, polarisation croisée, bande monomode, etc.). Il est possible de contrôler la propagation des ondes électromagnétiques dans les antennes cornets et les guides d’onde à l’aide de surfaces anisotropes (corrugations, métamatériaux). Ainsi, contrairement à ce que prédisent les lois physiques sur la propagation et le rayonnement d’ondes électromagnétiques dans des structures classiques, les performances des structures à parois anisotropes peuvent être radicalement améliorées : pour le guide d’onde, réduction de la fréquence de coupure ; pour l’antenne cornet, amélioration de la directivité ou réduction du niveau des lobes secondaires. D’après l’état de l’art, même si les résultats de simulations et de mesures obtenus sont très prometteurs, le dimensionnement de la structure des métamatériaux est sujet à optimisation, donc gourmand en ressources informatiques. L’apport principal de cette thèse a été de développer une nouvelle méthodologie de conception s’appuyant sur une Théorie Modale Elargie (TME) analytique pour des guides d’onde à parois anisotropes. Elle permet de dimensionner très rapidement des surfaces à métamatériaux les plus adaptées aux applications requises. Un prototype de guide d’onde et un prototype d’antenne ont été conçus, fabriqués et mesurés grâce à cette méthodologie. Les résultats obtenus démontrent l’intérêt, l'efficacité et le caractère général de la méthode proposée pour la conception de dispositifs hyperfréquences guidés à parois anisotropes. / In space applications, one of the biggest challenges is to reduce the size and mass of equipment, in order to reduce the costs of the rocket launch. For RF components, this has to be done without lowering RF performance (directivity, crosspolarization, single-mode bandwidth, etc.). The challenge is all the more problematic in the case of used horn antennas and waveguides because of their relatively large size. It has been shown that the use of anisotropic surfaces (i.e. corrugations and metamaterials) on the inside walls of guided RF structure makes it possible to influence and control the way electromagnetic waves travel, enabling new devices with radically different and improved performances : for waveguides, reduction of the cuto&# 64256; frequency ; for horn antennas, improvement of the directivity or a reduction of the side lobes. A state of the art of previous work done on metamaterial horn antennas pointed out that, even if the obtained and presented results seem very promising, the procedure to obtain the optimized RF structure is very time-consuming and requires considerable computer resources. The main contribution of this PhD work was to develop a new methodology based on the analytical Modal Expansion Theory (MET) for waveguides with anisotropic walls. This methodology makes it possible to optimize very rapidly the dimensions of the metamaterial surfaces adjusted to the required application. A metamaterial waveguide and antenna prototype have been designed, realized and measured thanks to this methodology. The results obtained demonstrate the usefulness, effectiveness and general applicability of the method developed for the design of RF structures with anisotropic walls.

Des propriétés électromagnétiques nouvelles peuvent être réalisées à l'aide d'une méta-surface à travers des structures artificielles. La permittivité et la perméabilité effectives d'une méta-surface peuvent être conçues de façon flexible et même accordées de sorte à présenter des réponses électromagnétiques pouvant être très différentes de celles de leurs homologues naturels, ce qui conduit à des propriétés améliorées voire parfois à un comportement extraordinaire. Cette thèse porte sur la conception, la fabrication et l'expérimentation de méta-surfaces micro-fluidiques pour le contrôle de propriétés des ondes électromagnétiques. Leur réalisation est basée sur des technologies relevant de la photolithographie et de la micro-fluidique, mises en œuvre sur des substrats souples d'épaisseur sub-longueur d'onde. Plus spécifiquement, nous avons exploité l'incorporation de divers matériaux dans un réseau de canaux micro-fluidiques, y compris des diélectriques liquides, un métal liquide et un métal solide pour manipuler davantage les réponses électromagnétiques des méta-surfaces correspondantes, telles que l'absorption, la transmission et la chiralité. La première partie de la thèse présente une méta-surface très absorbante sur une ultra-large bande spectrale et. Elle est constituée d'un réseau de résonateurs formés de gouttelettes d'eau noyées dans le matériau diélectrique souple, le PDMS; l’absorption mesurée est presque parfaite sur les bandes Ku, K et Ka. La seconde partie de la thèse porte sur un absorbeur agile et indépendant de l'angle dans la gamme Térahertz ; il s’agit d’une méta-surface à base de métal liquide, où un réseau de puits métalliques liquides dont la hauteur est contrôlée de façon continue, ce qui brise la limitation d'accordabilité dans le plan 2D. La troisième partie de la thèse porte sur une méta-surface chirale active. La méta-surface peut être commutée de achiral à chiral en déformant la structure en spirale initialement plane vers une géométrie 3D. Cette fonctionnalité peut manipuler la transmission hyperfréquence de symétrique à asymétrique sous incidence avant et arrière. En conclusion, l'optimisation de l'absorption, de la transmission et de la chiralité d’ondes électromagnétiques a été réalisée grâce à des méta-surfaces micro-fluidiques, qui semblent ainsi présenter un important potentiel applicatif dans divers domaines tels que la technologie furtive, l'imagerie et la communication optique / Novel and tailored electromagnetic properties can be realized using a metasurface through artificially designed structures. The effective permittivity and permeability of a metasurface can be flexibly designed and even tuned so as to exhibit electromagnetic responses that can be very different from those of their natural counterparts, leading to enhanced properties and sometimes to extra-ordinary behaviour. This thesis focuses on the design, fabrication and experimentation of meta-liquid-based metasurfaces for electromagnetic wave control and modulation. These metasurfaces are based on the use of both photolithography-based microfabrication and microfluidic technologies implemented onto thin and flexible substrates of sub-wavelength thickness. More specifically, the incorporation within a microfluidic channel network of various materials, including liquid dielectric material, liquid metal and solid metal have been exploited to further manipulate the electromagnetic responses of the related metasurfaces, such as the absorption, transmission and chirality. The first part of the thesis reports an ultra-broadband and wide-angle absorbing material by water-resonator-based metasurface. It consists of an array of water droplets embedded in the soft dielectric material, PDMS; it exhibited an almost perfect absorptivity over the Ku, K and Ka bands. The second part of the thesis focuses on a frequency-agile and wide-angle absorber in terahertz by liquid-metal-based metasurface, where a liquid-metal-pillar array can be continuously controlled in the vertical direction hence breaking the tuning limitation in the 2D plane. The third part of the thesis focuses on an active chiral metasurface. The metasurface can be switched from achiral to chiral by changing the spiral structure from planar pattern to 3D pattern. This functionality can manipulate the microwave transmission from symmetric to asymmetric under forward and backward incidence. In conclusion, tunability on the absorption, transmission and chirality have been realized through microfluidic metasurfaces, which appear having high potential applications in various areas such as stealth technology, imaging system, and optical communication, to name a few

Afin de retrouver un paramètre efficace de la structure périodique, on s'est efforcé de développer la théorie de l'homogénéisation, qui considère la structure périodique comme un milieu homogène. Cette thèse porte principalement sur la proposition et la validation de l'homogénéisation classique et de second ordre. Une méthode d'homogénéisation est appliquée pour obtenir des paramètres efficaces de structures multicouches. De plus, une homogénéisation classique est adoptée pour calculer les propriétés de transmission de structures diélectriques multicouches et la relation de dispersion d'un réseau de cylindres métalliques monté sur un plan de masse métallique lisse. D'après cette relation de dispersion, la propriété de coupe-bande à une certaine bande de fréquences est découverte et est appliquée sur la reformation du diagramme de rayonnement de l'antenne à plaque traditionnelle en supprimant l'onde de surface propageant sur le plan de masse. Nous avons publié cette partie dans [22]. Nous démontrons expérimentalement une limitation importante de l'homogénéisation classique lors du calcul de la propriété de transmission d'un réseau métallique ultra-fin. Le coefficient de transmission mesuré est beaucoup plus faible que celui calculé par homogénéisation classique, bien que les interférences qui peuvent être causées par l'installation d’expérience imparfaite sont éliminées. Nous proposons donc une nouvelle homogénéisation de second ordre, qui permet d'obtenir le coefficient de transmission correspondant aux résultats numériques. De plus, l'homogénéisation de second ordre a été validée expérimentalement par plusieurs grilles métalliques de même dimension sauf l'épaisseur. / In order to retrieve effective parameter of the periodic structure, people have made effort to develop the theory of homogenization, which regards the periodic structure as a homo- geneous medium. This thesis mainly focuses on the proposition and validation of classical and second order homogenization. A kind of method for homogenization is applied to ob- tain effective parameters of multilayer structures. Moreover, classical homogenization is adopted to calculate transmission properties of dielectric multilayer structures and the dis- persion relation of metallic cylinder array mounted on a smooth metallic ground plane. From the dispersion relation, its band gap property at a certain frequency band is revealed and is applied to reshape the radiation pattern of traditional patch antenna by suppressing the surface wave propagating on the ground plane. We have published his part of the work in [22]. We experimentally demonstrate one important limitation of classical homogenization when calculating the transmission property of an ultra-thin metallic grating. The mea- sured transmission coefficient is much smaller than that calculated by classical homoge- nization, although the interferences may be caused by the imperfect experiment facility are eliminated. Thus we propose a new second order homogenization, which is able to get the transmission coefficient correspondent to numerical results. Furthermore, second order homogenization has been experimentally validated by several metallic grating with the same dimension except for the thickness. This part of work will be included in a chapter of a book will be published by Intech Publisher.