Ces travaux de recherche s’inscrivent dans le cadre d’une coopération scientifique entre le Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie(LAPLACE) à l’Institut National Polytechnique de Toulouse en France et le Laboratoire des Systèmes Electriques (LSE) de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis en Tunisie. L’objectif principal de cette étude consiste à proposer une structure de « smart-machines » en vue de l’intégrer dans un réseau de systèmes supervisés et pilotés à distance. A cette fin, nous développons de nouveaux types de capteurs embarqués intelligents et autonomes pour assurer à la fois la supervision et le contrôle des actionneurs électriques tournants. Les différentes contraintes, comme les dimensions, la mesure in situ (directement sur le rotor de ces machines), la robustesse de ces capteurs en milieu à forts champs électromagnétiques, et aussi le faible coût du produit ont orienté notre choix vers les accéléromètres en technologie MEMS (Micro Système Electro Mécanique). Ces composants présentent plusieurs avantages, d’une part par leurs faibles dimensions, et d’autre part par leurs faibles consommations d’énergie. De plus, de par leurs conceptions, les tensions électriques issues des différentes sorties de ces composants sont proportionnelles à des déplacements de petites masses, qui nécessitent la mise en place de différents algorithmes de traitement du signal afin d’extraire la vitesse de rotation à partir ces actionneurs. Cela nous a conduits à employer la variance d’Allan et des algorithmes génétiques pour obtenir la meilleure qualité des mesures données par ces capteurs. Dans la première partie, nous développons une maquette de mesure de la vitesse de rotation d’un moteur en utilisant un système de balais donc une transmission filaire. Ensuite dans la deuxième partie un système sans fils a été mis en place à la fois sur une machine à courant continu et sur une machine asynchrone de 1,5 kW. Ces études nous ont permis d’obtenir, en plus d‘une mesure de la vitesse de rotation et de l’accélération du moteur, une méthode fiable et apte à déceler les défauts de désalignement de l’axe de rotation du moteur ainsi que les vibrations de ce dernier. Enfin, une IHM (Interface Homme Machine) a été conçue, afin de rendre, quasi-transparents vis-à-vis de l’utilisateur les différents post-traitements. Globalement, notre approche permet d’obtenir un système de capteur de vitesse de rotation aussi fiable que ceux existants, avec l’avantage d’être intégré au sein du rotor avec la possibilité de superviser les défauts de désalignement ou de vibration d’un actionneur et ensuite de les transmettre à distance sans fils. / These research works join within the framework of scientific cooperation between two laboratories: LAPLACE at National Polytechnic Institute of Toulouse in France and LSE at National School of Engineers from Tunis in Tunisia. The main objective of this study consists in proposing a structure of “smart-machines” to introduce them in a network of systems supervised and remote controlled. Consequently, we develop new type of intelligent and autonomous embedded sensors to guarantee simultaneously the supervision and the control of the rotating electrical actuators. The several constraints such as : the dimensions, the measure in situ (directly on the rotor of these machines), the robustness of these sensors in very strong electromagnetic field environment, and also the low cost of the product, have oriented our choice to accelerometers in technology MEMS (Micro Electro Mechanical System). These components present different advantages, on one hand by their low dimensions, and on the other hand by their low energy consumption. Moreover, because of their designs, the electrical voltages obtained from the various outputs of these components are proportional to the small masses movement. The using of them requires the implementation of several signal processing algorithms to extract the rotation speed from these actuators. This led us to use the Variance of Allan and the Genetic Algorithms, to obtain the best certainty of measurements given by these sensors. So, in the first part of this study we develop a measurement device of the rotation speed of an actuator by using a system of brooms thus a wired transmission. Then, in the second part a wireless system was set up at the simultaneously on a direct current (DC) machine and on an induction machine of 1,5 kW. These studies allowed proposing, besides a measure of the electrical actuator rotation speed and its acceleration, the reliable method able to determine the fault of misalignment of the actuator rotation axis as well as its vibrations. Finally, an MMI (Man Machine Interface) was designed, to make quasi-transparent according to the user, the different post signal processing’s. Globally, our approach allows obtaining rotation speed sensor system as reliable as those existing, with the advantage to be integrated within the rotor with the possibility to supervise the actuator axis misalignment fault or its vibration and then to transmit them remote by wireless.

Cette thèse résume les travaux concernant les essais de fiabilité des commutateurs RF MEMS capacitifs et ohmiques développé par le CEA-Leti.Dans le premier chapitre les mesures de raideur par la technique de nano-indentation sur des commutateurs MEMS réels sont complétées par des observations AFM, MEB et FIB pour expliquer le comportement électrique des différents lots de commutateurs de type ohmique.Le deuxième chapitre présente les résultats de la caractérisation des propriétés structurales et physiques des diélectriques, qui sont généralement utilisés dans nos commutateurs RF MEMS ohmiques et capacitifs. Les analyses élémentaires confirment que tous les nitrures SiNx et oxydes SiO2 fabriqués par la technique PECVD ont une qualité inférieure par rapport à leurs homologues synthétisés à haute température.Les mécanismes de conduction sont identifiés dans SiNx et SiO2 PECVD en mesurant des courbes I-V sur les condensateurs MIM. Pour les deux nitrures SiNx, qui sont déposés en haute (HF) et fréquence mixte (MF), le mécanisme de conduction de type Poole-Frenkel. Pour le SiO2 le mécanisme de conduction est plus susceptible d'être contrôlé par émission Schottky. Les mesures I-V révèlent que tous ces matériaux piègent des charges parasites, il y a en effet une forte hystérésis entre les parties aller et retour de la courbe I-V.Pour étudier la cinétique de piégeage de charge des condensateurs MIM sont utilisés. Pour identifier les propriétés des pièges la technique d'injection à courant constant est utilisée. Le diélectrique SiNx PECVD montre une dépendance logarithmique de la cinétique de piégeage, tandis que le SiO2 montre une dépendance exponentielle. La concentration totale de pièges ne montre aucune dépendance pour les SiNx HF et SiO2 MF, ou une dépendance faible en fonction du champ pour le SiNx MF. La section efficace de capture dépend du champ pour les deux types de nitrures, ce qui est cohérent avec le modèle de piégeage à effet répulsif. Pour le SiO2, où un modèle de piégeage du premier ordre a été utilisé, la section efficace de capture est indépendante du champ. Dans le chapitre 4, les dérives de tension expérimentales sont mesurées lors des tests de stress à tension constante, pour différents niveaux de contrainte de tension. Dans la partie suivante, nous proposons une approche originale de modélisation de la dérive de la tension de "pull-in" basée sur le mécanisme de conduction et les propriétés de piégeage des diélectriques. Nous démontrons que grâce a notre modèle, il est possible d'expliquer les dérives de tension mesurée en termes de propriétés diélectriques bien identifiées. Cette procédure donne des résultats simulés en bon accord avec les mesures pour tous les matériaux, et permet de prédire les résultats de n'importe quelle séquence de vieillissement électrique. Nous utilisons ensuite notre modèle pour étudier l'effet des propriétés diélectriques et de la conception du commutateur sur le comportement à long terme de nos commutateurs MEMS. / This thesis summarizes the work concerning reliability testing of electrostatic capacitive- and ohmic-type RF MEMS switches developed by the CEA-Leti. In the first chapter the measurement of stiffness by the nanoindentation technique on real MEMS switches are completed by AFM, SEM and FIB observations in order to explain the electrical behavior of different wafers of the ohmic-type switches. The second chapter presents the results of the characterization of the structural and physical properties of the dielectrics, which are typically used in our ohmic- and capacitive-type RF MEMS switches. Elemental analyses confirm that all SiNx and SiO2 samples fabricated by the PECVD technique have inferior quality compared to their high-temperature counterparts.The conduction mechanism are identified in PECVD SiNx and SiO2 by measuring I-V curves on MIM capacitors. For both SiNx materials, that is deposited in high- (HF) and mixed-frequency (MF) mode, the conduction process is controlled by Poole-Frenkel mechanism. For the MF SiO2 the conduction mechanism is most likely to be controlled by Schottky emission. The I-V measurements reveal, that all these materials are prone to trapping parasitic charge, which is observed as hysteresis between the ramp-up and ramp-down parts of the I-V curve.For studying the kinetics of charge trapping the MIM capacitors are used. To identify the trapping properties the constant current injection technique is used. The PECVD SiNx dielectric turns out to show logarithmic dependence of the trapping kinetics, while the SiO2 shows an exponential dependence. The total concentration of traps shows no field-dependence for the HF SiNx and MF SiO2 or weak field dependence for the MF SiNx sample. The capture cross section is field dependent for both samples with SiNx, which is consistent with the repulsive trapping model. For the SiO2, where the first order trapping model was used, the capture cross-section is not field dependent.In the chapter 4, experimental voltage drifts are measured during constant voltage stress tests for different voltage stress levels. In the following part we propose an original approach to modeling of the voltage drifts based on the identified conduction mechanism and trapping properties of the dielectrics. We demonstrate that thanks to our model it is possible to explain the measured voltage drifts in terms of the identified dielectric properties. The simulated results are in good agreement with experimental ones for all investigated materials and it allows to predict the voltage drift for any aging conditions. In the next step, we use our model to study the effect of the dielectric properties and the switch design on the long term behavior of RF MEMS switches.

Lors de la prospection sismique, un réseau de capteurs, utilisant principalement des géophones, est déployé à la surface libre afin d'enregistrer les ondes sismiques provenant du sous-sol. Cependant, l'énergie captée par ces géophones est largement dominée par les ondes de surface ou ondes de Rayleigh produites par la source. Étant donné leur nature, ces ondes de surface ne contiennent aucune information sur la composition des couches géologiques profondes. De ce fait, il est nécessaire d'employer un réseau très fin de capteurs dans le but de caractériser précisément ces composantes puis de les filtrer par des techniques de traitement du signal. Toutefois, les coûts engendrés nécessitent de nouvelles méthodes d'acquisition des ondes sismiques, employant moins de capteurs et permettant d'élargir le pas du réseau. Une telle technique a été mise en évidence, moyennant une mesure précise des rotations de la surface libre. La piste explorée dans ce manuscrit est l'utilisation d'un capteur MEMS haute performance pour mesurer les rotations de la surface libre, avec un coût, un poids et une consommation électrique minimaux. Plus particulièrement, le choix s'est porté sur la réalisation d'un accéléromètre angulaire, mesurant la rotation d'entrainement de son référentiel. La conception du capteur MEMS proposé utilise une technique de mesure différentielle de capacités et un contrôle en boucle fermée reposant sur la modulation ΣΔ. Un important travail de modélisation et de simulation a permis la fabrication de plusieurs prototypes qui ont ensuite été caractérisés. Une résolution fondamentale de 3 mrad.s-2 RMS dans une bande de fréquences comprises entre 60 Hz et 200 Hz a ainsi été obtenue. Les performances mesurées surpassent de loin celles d'autres accéléromètres angulaires de la littérature. Finalement, des analyses comparatives avec d'autres instruments de mesure ont permis de conclure sur la faisabilité de notre solution pour la prospection sismique. / In seismic exploration, most of the signal acquired by point-receiver geophones is dominated by surface waves or ground rolls. Because they propagate in the near surface, ground rolls do not contain any information on deeper targets. Thus, short spacing between receivers is required so that this noise component can be accurately characterized and removed by digital filtering. However, considering the cost of seismic exploration ventures, new acquisition techniques using fewer point receivers and larger spacing have to be developed. Such a technique is briefly introduced in this dissertation, requiring accurate measurements of ground rotations at the free surface with minimum cost, weight and power consumption. To address this need, the thesis proposes a high-performance rotation sensor based on MEMS technology. Unlike vibrating gyroscopes, sensitive to rotation rates through Coriolis effect, the solution developed is an angular accelerometer designed for differential capacitance measurements. A feedback controller is also implemented utilizing an oversampled ΣΔ -modulator to increase dynamic performances of the system. Thorough analytical designs along with simulations are challenged by fabricated prototypes measurements to achieve a high-sensitivity, high-resolution device. An experimental resolution of 3 mrad.s-2 RMS in the frequency band 60 Hz - 200 Hz is then obtained, which is far better than other micromachined angular accelerometers from literature. Moreover, comparison analyses are performed with specific instruments used for rotational seismology to conclude on the feasibility of a MEMS-based rotation sensor for seismic exploration.

Atuadores piezelétricos são dispositivos que permitem a conversão de energia elétrica em energia mecânica. Dentre os atuadores piezelétricos, destacam-se os bilaminares, que consistem em duas piezocerâmicas de polarização oposta (ou excitadas com cargas de sinal contrário) com um substrato entre elas. Os atuadores piezelétricos também podem ser miniaturizados, alcançando a escala de MEMS (Micro-Electric-Mechanical System). Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma metodologia utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT) para o projeto de atuadores piezelétricos com múltiplos graus de liberdade baseados no princípio bilaminar. A fase de projeto consiste na utilização do MOT para a determinação de uma configuração de atuadores que maximizem o deslocamento numa direção e sentido especificados para uma restrição na quantidade de material utilizado em cada camada, considerando a polarização da cerâmica piezelétrica presente nessa configuração e o acoplamento e simetria entre as camadas. Para a simulação do atuador é utilizado o Método dos Elementos Finitos (MEF) através de um elemento de placa piezelétrica isoparamétrico de oito nós expandido. O MOT, neste trabalho, utiliza o modelo de material denominado PEMAP-P (Material Piezelétrico com Penalização e Polarização). A técnica de projeção é utilizada junto ao MOT para a obtenção de um resultado com uma geometria bem definida. O problema de otimização é resolvido através de Programação Matemática Sequencial (PMS) através do algoritmo GCMMA (Globally Convergent Method of Moving Asymptotes). Como exemplo é estudado o projeto de um atuador piezelétrico para microespelhos. Dentre as configurações obtidas pelo MOT, uma é fabricada utilizando as técnicas de corte a laser e colagem e, posteriormente, é caracterizada. Finalmente, é realizada a comparação entre os resultados de simulação e experimentais do protótipo. / Piezoelectric actuators are devices that allow the conversion of electric energy to mechanical energy. Among the piezoelectric, the bimorph stands. It consists of two piezoceramic plates with opposite polarization (or excited with opposite sign charges) with a substrate between them. The piezoelectric actuators can also be miniaturized in a MEMS scale. This work aims the design of a methodology using the Topology Optimization Method (TOM) for the design of piezoelectric actuators with multiple degrees of freedom using the bimorph principle. The design phase applies the TOM to determine an optimized configuration of actuators that maximizes the output displacement in a specified direction and orientation for a constraint in the amount of material used at each layer, by considering the polarization of the piezoelectric ceramic present on this configuration and the coupling and symmetry between layers. The Finite Element Method (FEM) is applied for actuator simulation through an extended piezoelectric plate isoparametric element with 8 nodes. The TOM in this work employs a material model called PEMAP-P (Piezoelectric Material with Penalization and Polarization). The projection technique is implemented with TOM to obtain a result with a well-defined geometry. The optimization problem is solved by using Sequential Mathematical Programming (SMP) through the GCMMA algorithm (Globally Convergent Method of Moving Asymptotes). As an example, the design of a piezoelectric actuator for micromirrors is studied. Among the configurations obtained by the TOM, one is manufactured using laser cutting and bonding techniques and it is tested. Finally, a comparison between the simulated and experimental results from prototype is performed.

O presente trabalho trata do desenvolvimento de um sistema de sensoriamento de orientação utilizando sensores inerciais de baixo custo, de tecnologia MicroElectroMechanical Systems, MEMS, que apresentam altas taxas de ruído. Assim, é realizada a filtragem e fusão dos dados dos sensores para obtenção de uma estimativa confiável, com a aplicação do filtro de Kalman estendido. O sistema é utilizado para a navegação e controle em um veículo aquático de superfície autônomo. No desenvolvimento do trabalho são investigados os princípios da navegação inercial, da representação da orientação e os sistemas de coordenadas envolvidos, apresentando o método por ângulos de Euler, quatérnios e DCM e o procedimento de atualização conforme a variação da orientação. O sistema desenvolvido foi testado em bancada e em um barco com formato de trimarã construído no Laboratório de Controle e Eletrônica de Potência, na Escola de Engenharia de São Carlos, mostrando os resultados dos testes realizados navegando em uma represa, obtendo resultados satisfatórios para essa aplicação. É mostrado também o comportamento dinâmico dos veículos aquáticos de superfície através do estudo da dinâmica de corpos rígidos. / This work describes the development of an orientation sensing system composed of low cost inertial sensors with MicroElectroMechanical Systems (MEMS) technology, which presents high noise levels. Thus, filtering and sensor\'s measurements fusion is done in order to achieve a reliable estimation, trough an extended Kalman filter. The system is used for navigation and control of an autonomous aquatic surface vehicle. In this work, the principles of inertial navigation, orientation representation as well as the coordinate frames involved are investigated, presenting the methods trough Euler angles, quaternions and DCM, and the update proceeding according to the orientation changes. The developed system was tested in the lab and on a trimaran shaped vessel navigating on a dam, wich was developed in the Control and Power Electronics Laboratory at the São Carlos School of Engineering, achieving satisfactory results for this application. It is also shown the dynamic behavior of the surface aquatic vehicles, using rigid-body dynamics.

A proposta deste trabalho é contribuir com a construção de uma plataforma de veículo autônomo para viabilizar as pesquisas na área pelo Departamento de Engenharia de Transportes da USP. Até o momento o departamento dispõe de uma plataforma que, a partir de sua posição conhecida, consegue navegar autonomamente até um ponto de destino utilizando apenas uma solução GNSS, no caso, GPS. Para ampliar a mobilidade da plataforma, está sendo sugerida aqui, a adição de sensores inerciais ao veículo, para que ele consiga obter uma solução de posição mesmo em áreas sem cobertura GNSS. Um Sistema de Navegação Inercial não depende de infraestrutura externa, exceto para inicializar suas variáveis, o que neste caso pode ser feito com auxílio de um receptor GPS. Sensores inerciais de alto desempenho são caros, tem alta complexidade mecânica e em geral são de grande porte. A alternativa é o uso de sensores do tipo MEMS que são pequenos, fáceis de serem manipulados e apresentam baixo consumo de energia. A contrapartida é que a solução é mais susceptível a ruído do que seus pares que custam na faixa de centena de milhões de dólares. / The proposal of this paper is to build an autonomous vehicle platform to enable the researches in this area by the Transport Engineering Department of the USP. Until now the Department has a platform that, once its initial position is known, it can navigate autonomously to a destination point using only the GNSS, in this case, GPS. To expand the mobility resources of the platform, it is being suggested here the addition of inertial sensors to the vehicle, enabling it to acquire a position solution even in areas where there is no coverage of the GNSS. An Inertial Navigation System does not depend on an external infra-structure, with the exception on the initial setup, where the GPS can be used to provide this kind of initialization. High performance inertial sensors are expensive, have high mechanical complexity and in general are big. The alternative is the usage of MEMS sensors, which are small, easy to handle and has low power consumption. In the opposite side this solution is more susceptible to noises in comparison to those High performance sensors that cost hundreds of thousands of dollars.

Cette thèse présente la conception de MEMS à base de matériaux organiques et cela, en vue de réaliser des capteurs biochimiques. Dans ces travaux les matériaux organiques ont été proposés en tant qu’alternative au silicium afin, d’une part, de réduire le coût des capteurs biochimiques par le développement de procédés de structuration simples et peu couteux et, d’autre part, car les polymères peuvent être synthétisés de telle sorte à leur conférer des propriétés spécifiques et contrôlables pour une application visée. Dans ces travaux à fort caractère technologique, des méthodes adaptées à la structuration de ce type de matériau ont été développées. Une de ces méthodes consiste à déposer le matériau organique au travers d’un micropochoir fait en SU-8. Cette méthode permet de déposer et de structurer le matériau en une seule étape, d’une part, et d’autre part de mettre en forme des polymères photo et thermosensibles. Une méthode de report inspirée du «  wafer-bonding en SU-8 » a été adaptée pour la fabrication collective de puces de microleviers organiques. Ensuite, un actionnement électromagnétique a été intégré aux structures afin d’améliorer les performances de ces dernières utilisées en tant que résonateur.Et enfin, un concept original de biocapteur de masse basé sur des microleviers monocouches a été développé. Dans ce cas, la couche sensible faite d’un polymère à empreinte moléculaire assure à la fois, la reconnaissance biologique et la transduction de l’effet mécanique du microlevier. / This thesis presents the design of MEMS-based on organic materials to achieve biochemical sensors. In this work, organic materials have been proposed as an alternative to silicon to reduce the cost of biochemical sensors by developing simple and inexpensive processes, and because polymers can be synthesized to give them specific and controllable properties. In this technological work, suitable methods to pattern this type of materials have been developed. One of these methods combines deposition and patterning in one step thanks to spray-coating through polymer microstencils. Then, to obtain collective production of organic chips free-standing microcantilevers from a free structure, wafer-bonding approach based on bonding of two SU-8 layers has been introduced. On the other hand, an electromagnetic actuator has been integrated into the structures to improve the performances of theses structures used as resonators.And finally, an original concept of mass biosensor based on monolayer microcantilevers has been developed. In this case, the sensitive layer made ​​of molecularly imprinted polymer allows the biological detection and the transduction of the mechanical effect.

Ces travaux de thèse sont le fruit d’un constat : le développement des matériaux organiques dans les MEMS ne cesse de croître. Cela est dû à leurs procédés de fabrication à moindre coût et à leurs propriétés qui diffèrent de celles des matériaux inorganiques. D’un point de vue biologique,les propriétés physiques et chimiques des matériaux organiques sont également plus proches des propriétés de l’environnement extra-cellulaire. Les MEMS sont des systèmes très polyvalents permettant de mesurer de nombreuses grandeurs physiques. Leur utilisation dans le domaine biologique n’est donc pas étonnante et il est intéressant de combiner les MEMS avec des matériaux organique pour l’étude de cellules. L’objectif de ces travaux est de fabriquer et d’utiliser des résonateurs MEMS organiques piézoélectriques dans le but d’étudier la biomécanique et l’adhésion de cellules. En effet,la biomécanique des cellules est un domaine d’étude qui renseigne sur de nombreux processus opérés par les cellules, comme l’adhésion cellulaire, ainsi que sur leur bien être. Dans un premier temps, le procédé de fabrication des résonateurs a été établi et optimisé afin d’obtenir une efficacité d’actionnement piézoélectrique maximale. Dans un deuxième temps, un système d’actionnement et de mesure électrique a été réalisé, comportant une carte électronique ainsi qu’une enceinte étanche. L’influence de la température, de la densité et de la viscosité du milieu sur la résonance des MEMS a également été étudiée. Finalement, les résonateurs créés ont été utilisés dans le suivi en temps réel de l’adhésion de cellules souches mésenchymateuses. D’autres applications ont été réalisées avec les résonateurs piézoélectriques comme l’étude de la position d’une masse sur les résonateurs, la détermination de la rigidité d’un matériau ainsi que de la viscosité d’un liquide. / This PhD thesis is the result of an assessment : the use of organic materials in MEMSis in a constant increase. Organic materials are attractive because of their low-cost fabrication processand their properties that are different from the inorganic ones. From a biological point of view, theirphysical and chemical properties are closer to the properties of extracellular environment. MEMS arevery versatile systems that are able to measure a lot of physical quantities. Therefore, it is not surprisingto use them in biology, and combining MEMS with organic materials is really promising tostudy biological cells behavior. The objective of this work is to fabricate and use piezoelectric organicMEMS resonators to study cell biomechanics and adhesion. In fact, the study of cell biomechanicsgives information on a lot of cellular processes, like the cellular adhesion, as well as on their well-being.Firstly, the resonators fabrication process has been developed and optimized in order to maximize thepiezoelectric actuation. Secondly, an electronic actuation and measurement system has been realized,including an electronic card and a watertight enclosure. The influence of the temperature, mass densityand viscosity of the environment on the dynamic response of the resonators has also been evaluated.Finally, real time measurements of the adhesion of mesenchymal stem cells have been carried out usingthe resonators. The resonators have also been used to study the influence of the position of a mass onthe resonators, to determine the rigidity of a deposited material as well as the viscosity of liquid media.

L'importante évolution des standards de communications sans fil impose aux systèmes de télécommunication une évolution rapide de leurs architectures. Cette évolution est imposée par de nouvelles normes dont certaines sont basées sur les concepts de transmission multi-porteuses et multi-modes avec une priorité à la compacité, l'intégration, la performance et la baisse de coût. Plusieurs solutions techniques sont envisagées pour s'adapter à cette évolution, et de nouvelles architectures de têtes d’émission-réception sont envisagées en faisant appel à des composants électroniques reconfigurables. Ces dispositifs reconfigurables seront répartis sur toute la chaine d’émission-réception, et peuvent prendre différentes formes tels que des filtres accordables en fréquences, des antennes accordables, adaptateurs d'impédance ou des déphaseurs. Les composants passifs accordables présentent un réel intérêt car ils permettent de fonctionner à plusieurs bandes de fréquences pour des applications ou des standards de communication différents tout en réduisant le coût, l'encombrement et la consommation d’énergie. Deux composants passifs d’une chaine de transmission, les filtres et des antennes reconfigurables font l’objet des travaux de recherche menés dans le cadre de cette thèse. Les performances des circuits et des dispositifs hyperfréquences reconfigurables sont directement liées aux propriétés des éléments d'accord utilisés pour assurer cette fonctionnalité. Dans ce but, différents éléments tels que les composants à base de semi conducteurs (varactor, diode PIN, transistor), de matériaux agiles (ferroélectriques, ferromagnétiques) sont utilisables. Le choix de ce dispositif d'accord dépend des performances et du type d’application envisagée, et les pertes, la linéarité, la vitesse de commutation, la tenue en puissance, la consommation, le coût, sont les principaux critères qui guident le choix. Au début des années 2000, d’autres solutions ont vu le jour avec le développement de la technologie RF-MEMS (Micro Electro-Mechanical System). Ceci a incité les concepteurs de circuits RF à étudier la possibilité d’exploiter les propriétés de cette technologie. Le développement de la technologie RF MEMS peut permettre de franchir un verrou technologique et d’atteindre de bonnes performances en termes de fréquence de coupure, de facteur de qualité, perte et de linéarité. Cette nouvelle technologie à contribué au développement de nouveaux circuits accordables adaptés aux besoins actuels. Développée depuis de nombreuses années au laboratoire XLIM, la technologie RF MEMS est utilisée par les travaux de cette thèse. / The rapid growth of the telecommunications industry has led to a significant increase in the number of allocated frequency bands and a growing need for terminals providing access to an increasing number of standards while offering maximum services. The miniaturization of these devices combined with the implementation of additional functions has become a real challenge for the industry. The use of tunable microwave functions (filters, antennas, amplifiers ...) appears as a solution to this issue. In this way, three main technologies are mainly used: variable capacitors, tunable materials and RF MEMS. Within the scope of this thesis work, our investigations focused on tunable microwave devices like filter and antenna. The first part of our study focused on the realization of tunable planar filters in MEMS RF and SOI Technology. We made two tunable bandpass filters. The first one is a center frequency tunable bandpass two using RF MEMS switchers and the second one using tunable capacitor in SOI technology. In a second part, we focused on the realization of tunable Planar Inverted F Antenna PIFA in MEMS RF.  Finally, we discussed follow-up to give to this work and outlooks.

En passant près de 90% de son temps dans les espaces clos, l'Homme est exposé à des polluants particulaires de diverses natures d'origines exogène et endogène au bâtiment, pour lesquels aucune valeur guide n'est disponible. Parmi ces polluants figurent les particules biologiques et notamment les spores fongiques, particules vivantes les plus nombreuses et les plus diversifiées de l'air que nous respirons (Nolard, 1997). Ubiquitaire et délétère, la pollution particulaire fongique est mise en cause dans la survenue de nombreuses pathologies parmi lesquelles se trouvent les maladies immuno-allergiques. Dans le cadre de la surveillance de la qualité micro-biologique de l'air des espaces clos, cette thèse vise à fournir les premiers éléments de conception d'un outil individuel de diagnostic dédié à l'évaluation de l'exposition des occupants aux aérobiocontaminants allergéniques en s'intéressant plus particulièrement à la pollution fongique aéroportée. Cette recherche repose sur les expertises techniques et scientifiques du CSTB, de l'ESIEE et de l'Université Paris-Est en matière de détection fongique, de miniaturisation d'instruments de mesure via les micro technologies et de physique des aérosols. Se faisant, ces travaux cristallisent autour d'une architecture système reposant sur trois axes : la capture et sélection des particules selon leurs propriétés physico-chimiques de surface, la quantification de la masse des particules et l'identification de la nature des particules à l'aide d'une analyse chimique. Ces axes correspondent à autant de thématiques abordées au cours de ces travaux de thèse. Ainsi, la première a consisté à étudier l'adhérence des conidies aux surfaces afin de mieux cerner les déterminants de ce phénomène physique et évaluer les énergies mises en jeu. Les résultats subséquents ont permis, lors d'une deuxième phase de travail, de dimensionner une microbalance en silicium de type MEMS en replaçant les problématiques liées aux interactions particules-résonateurs au cœur du débat. Par ce biais, l'enjeu a été de lever certains verrous scientifiques constatés dans la littérature, telles des sensibilités non-uniformes sur toute la surface des dispositifs de mesure ou encore des réponses en fréquence non linéaires avec la masse déposée. Une telle approche a en outre permis d'évaluer les performances attendues pour de tels capteurs. Enfin, le dernier aspect de cette recherche a porté sur l'identification des particules aéroportées biologiques par voie chimique en combinant pyrolyse des entités biologiques d'intérêt, chromatographie en phase gazeuse et spectroscopie de masse (Py-CPG/MS). A cette occasion, un travail collaboratif engagé avec le Réseau National de Surveillance Aérobiologique a permis d'éprouver la solution technologique et la méthodologie employées puisqu'une seconde catégorie de particules modèles a alors été considérée : les pollens. L'analyse des composés organiques volatiles issus de l'analyse Py-CPG/MS des micromycètes et des pollens a permis de démontrer l'existence d'une signature chimique spécifique de l'origine biologique des particules. Suite à cela, il a été possible d'établir diverses listes de traceurs chimiques caractéristiques des phyla voire des espèces des différents contaminants étudiés. La pertinence de ces marqueurs a alors été éprouvée lors d'un essai in situ / Nowadays people pass 90% of their time in closed spaces, and in consequence are exposed to indoor and outdoor particulate matter for which no reference value is available. These pollutants include biological particles and in particular fungal spores, the most numerous living particles and most diverse on the air we breathe (Nolard, 1997). Ubiquitous and harmful, fungal particulate pollution is implicated in the occurrence of many diseases including immuno-allergic diseases. In the context of the monitoring of the microbiological quality of air in indoor spaces, this thesis aims to provide first design elements of an individual diagnostic device dedicated to the exposure assessment of allergenic bio-contaminants focusing in particular on airborne fungal pollution. This research relies on the technical and scientific expertise of CSTB, ESIEE Paris and Université Paris-Est for fungal detection, miniaturization of measurement instrumentation and aerosol physics. Thus, this work is built around a system architecture based on three main elements: the capture and selection of particles according to their surface physical and chemical properties, the particles mass quantification and the identification of the nature of the particle using chemical analysis. These elements relate to many topics covered during the thesis work. In this way, the first topic consists in studying the adhesion of conidia to surfaces to better understand the determinants of this physical phenomenon and evaluate the energies involved. Subsequent results were used during a second stage of this work, to design a MEMS-type silicon microbalance considering the particle-resonator interaction. By this mean the issue was to solve some scientific challenges identified in the literature, such non-uniform sensitivity over the entire device surface or nonlinear frequency responses due to the added mass. Such an approach has also allowed evaluating the performance expected for such sensors. The last aspect of this research focused on the identification of biological airborne particles chemically combining pyrolysis of biological entities of interest, and gas chromatography and mass spectrometry (Py-GC/MS). On this occasion, a collaborative work engaged with the "Réseau National de Surveillance Aérobiologique" allowed to experience the technological solution and our methodology since another class of particles was considered: pollens. The analysis of volatile organic compounds obtained from Py-GC/MS characterization of micro-fungi and pollens demonstrated the existence of a specific chemical signature for each biological particle class. Thereafter, it was then possible to establish a variety of chemical markers lists for phyla and different species of the contaminants studied. The relevance of these markers has been further tested in an in-situ assay