Ce travail présente le développement de spectromètres photoacoustiques pour la mesure de traces de gaz avec des résonateurs de Helmholtz différentiels.La cuve représente le coeur de l'instrument, le laser qui la traverse va créer une onde de pression stationnaire qui sera mesurée par des microphones. Le signal photoacoustique est fonction de la concentration du gaz et la manière dont il sera amplifié va dépendre en grande partie de la géométrie de la cuve. Une méthode aux éléments finis est utilisée pour exprimer cette caractéristique selon les modes et les fréquences propres calculées de la cuve. Les paramètres clés de la cuve sont ainsi calculés, comme la fréquence de résonance, le facteur de qualité et la constante de la cuve. Contrairement à d'autres méthodes de spectroscopie infrarouge, la sensibilité des spectromètres photoacoustiques augmente alors que la cuve se miniaturise. Cette particularité est vérifiée expérimentalement avec un bon accord avec la simulation. La modélisation prouve une nouvelle fois être suffisamment robuste pour être utilisée dans un processus d'ingénierie du spectromètre. Cet outil va en effet permettre d'optimiser les dimensions du résonateur selon les besoins de l'application, soit en privilégiant le maximum de signal, la plus haute fréquence de travail ou encore le plus faible encombrement. De nombreuses cuves ont été développés avec l'aide de la simulation, l'écart observé avec les paramètres expérimentaux est de l'ordre de 15 %. Enfin, les applications actuelles en mesure de traces de gaz demandent de mesurer la concentration d'au moins deux gaz, de façon simultanée, avec des niveaux de détection proche du ppb. Un mode de résonance de Helmholtz particulier est trouvé afin de proposer une mesure multi-gaz. Enfin, la sensibilité est augmentée grâce à un système multi-passages. / This work presents the conception of a photoacoustic spectrometer dedicated to trace gas measurements using a differential Helmholtz resonator. The main component of the instrument is the cell, where a standing wave is produced by a laser excitation and is measured with microphones. The photoacoustic signal is proportional to the gas concentration and the cell shape mainly affects its amplification. A finite element method is used to find this characteristic by calculating the cell eigenmodes and eigenfrequencies.Key parameters of the cell are then calculated, including cell frequency, quality factor and cell constant. Unlike other infrared spectroscopy methods, sensitivity of photoacoustic spectrometers increases by miniaturization process. This particular phenomenon is experimentally verified and is in good agreement with the simulation.Modelization proves again its robustness to be used on an engineering process of the spectrometer. This tool allows to optimize resonator dimensions according to the application, favouring maximum signal, higher working frequency or reduced size. Many cells designed with the help of the simulation are presented, where the observed error with experiments is of the order of 15 %. Finally, today's trace gas applications need the measurement of at least two concentrations, simultaneously with detection limits down to the ppb level. A novel Helmholtz resonance mode is then found to allow multi-gas sensing.Finally, sensitivity is increased by multi-pass systems.

No / In this paper, low profile planar Metamaterial-Inspired coplanar fed waveguide antenna is presented for WLAN and Ultra-Wideband applications. The antenna is based on a simple strip loaded to a rectangular patch and zigzag E-shape metamaterial-inspired unit cell. The idea behind the proposed antenna is to enable miniaturization effect. The proposed antenna can provide dual band operation, the first one is a Wi-Fi band at 2.45 GHz having impedance bandwidth of 150MHz, the second one is an ultra wide band extended from 4.2 GHz to 6.5 GHz. Two antennas are designed and fabricated with and without metamaterial-inspired loading. The simulated and measured results regarding Return loss (S11), Gain and Radiation pattern are discussed.

Ce manuscrit est consacré à l'élaboration de phases stationnaires monolithiques organiques pour lesmicrosystèmes électrochromatographiques plastiques. La partie bibliographique situe d'abord l'intérêt destechniques électrocinétiques en microsystème. Ensuite, l'état de l'art sur l'utilisation des monolithes dans cestechniques séparatives est présenté en portant une attention particulière à la description du processus dephotopolymérisation. La fonctionnalisation de surface du copolymère d'oléfine cyclique (COC) est ensuitedétaillée afin d'envisager l'ancrage du monolithe aux parois du canal.La partie expérimentale a porté tout d'abord sur le développement et la caractérisation de deux monolithesacrylates dédiés à la chromatographie à polarités des phases inversées. Le travail expérimental s'est ensuiteorienté vers le développement d’un nouveau procédé permettant la synthèse et l’ancrage du monolithe dansles microcanaux en COC, ceci en une seule étape et à partir des photoinitiateurs de type I. Ce protocolepermet l'obtention d'efficacités intéressantes qui restent cependant inférieures à celles obtenues en capillaire.Des adaptations des conditions d'irradiation ont alors été apportées pour la synthèse de ces monolithes àl’intérieur des microsystèmes afin d'obtenir des efficacités de l’ordre de 250 000 plateaux/m. Pour terminer,les domaines d'applications et la longévité du dispositif ont été illustrés par la séparation de différentesfamilles de solutés (PAH, mycotoxines, catécholamines, acides aminés, amines biogènes) et l'analysed'échantillons réels tels que les vins (pour déterminer la teneur en certaines amines biogènes : histamine ettyramine). / This manuscript is dedicated to the synthesis of organic monolithic stationary phases in plasticelectrochromatographic microchips. The bibliography part shows the benefit of electrokinetic techniques formicrosystems. After an overview on the use of monoliths in separation techniques, the manuscript is focusedon the description of photopolymerization process. Finally, a detailed review of the different protocols offunctionnalization of cyclic olefin copolymer (COC) surface to allow anchoring of the monolith to thechannel walls is produced.The experimental study firstly deals with the development and characterization of two acrylate monolithsdedicated to the reversed phase mode in chromatography. Then, the experimental part focus on a new onestepmethod for the simultaneous synthesis and anchoring of organic monolith inside COC microchipchannel, thanks to the use of type I photoinitiators. This protocol improves efficiencies which neverthelessstay below those obtained in capillary. Further, the adjustment of the irradiation conditions allows to reachup to 250 000 plates/m. Finally, the field of applications and the durability of microsystem have beenillustrated by the separation of different kinds of solutes (HAP, mycotoxins, catecholamines, biogenicamines) and the analysis of real matrices such as wine samples (for the quantitative determination of twobiogenic amines : histamine and tyramine).

Les moteurs piézoélectriques inertiels sont classiquement considéréscomme des moteurs d’une grande simplicité, mais offrant des forces et desvitesses inférieures aux autres technologies de moteurs piézoélectriques. L’étudeprésentée porte sur l’introduction d’un actionneur piézoélectrique amplifiécomme composant actif du moteur inertiel. L’objectif des travaux est decomprendre et valider, théoriquement et expérimentalement, l’intérêt del’innovation sur la vitesse maximale du moteur ainsi sur l’appel de courantnécessaire à son fonctionnement. La modélisation, analytique puis numérique,permet d’argumenter sur le réel intérêt et les limites de l’amplification dans lesmoteurs piézoélectriques inertiels. En complément, les conceptions, réalisationset tests de trois échelles de moteurs sont effectués, pour divers environnements.Les contraintes vont de la compatibilité à un fort champ magnétique (typeImagerie médicale par Résonnance Magnétique) jusqu’aux contraintes dudomaine spatial (vide, sollicitations mécaniques), en passant par laminiaturisation, la maximisation des efforts, ainsi que le fonctionnement à desbasses températures (jusqu’à -180°C). L’utilisation de paramètres « ajustables »des moteurs inertiels, tels que le signal de commande par exemple, permet des’assurer de la possible répétabilité des moteurs mais aussi d’étendre lespossibilités d’application. Finalement, la démarche de conception à l’aide deparamètres « arrêtés » complétés par des paramètres « ajustables » semblantoffrir de bonnes perspectives d’application au domaine mécatronique, elle estsynthétisée et globalisée afin de permettre aux concepteurs de la mettre enoeuvre. / Inertial Piezoelectric Motors are basically considered as extremely simplemotors, but weak and slow compared to other piezoelectric motor technologies.The present study is about introduction of amplified piezoelectric actuator asactive component of an inertial motor. The aim of this work is to understand andvalidate the benefits from amplification in terms of motor maximal speed as wellas motor input current, with theory and experimentations. Building of models,analytical and numerical, allows arguing on real interests and limitations of theproposed innovation. As a complement, designs, realisations and tests are madeon three different scales of motors, in order to fit various environmentsconstrains. These constrains go from strong magnetic fields compatibility (suchas Magnetic Resonant Medical Imaging) to space application field (vacuum,vibrations…), passing by miniaturisation, force maximisation, as well as lowtemperature operation (down to -180°C). In addition to design, use of“adjustable” parameters of inertial motors, input signal as an example, giveslarger application opportunities, by increasing force range, etc. Finally, becausedesign process using “stopped” and “adjustable” parameters seems to offergood application perspectives to mechatronics field, this process is summarisedand generalised in order to be implemented by designers.

La responsabilité de notre activité dans les récentes et parfois brutales modifications climatiques est avérée. Maîtrise de la demande en énergie et énergies renouvelables apparaissent comme les deux solutions pour remédier à cette catastrophe. Dans ce travail, nous nous intéressons à la cogénération appliquée aux bâtiments résidentiels. Deux zones géographiques sont concernées, l'Afrique de l'Ouest et la France. Il n'existe pas de système de cogénération solaire de très faible puissance (< 10 kWe). La solution envisagée dans ce travail consiste à produire de la chaleur à environ 150 °C et un rendement supérieur à 50 %, de l'utiliser ensuite dans un ORC pour produire électricité et chaleur à basse température. Le système complet doit être résistant et à bas coût. Or pour atteindre ces performances, la concentration solaire est obligatoire. Une partie de ce travail consiste donc au développement d'un panneau à concentration solaire qui répond à ces deux contraintes thermiques, mais aussi au fait d'être robuste, fiable et facilement intégrable à l'enveloppe d'un bâtiment. Dans ce cadre, la technologie cylindro-parabolique a été retenue, adaptée et miniaturisée. En ce qui concerne la partie thermodynamique, le verrou technologique se trouve principalement dans le groupe turboalternateur. L'objet de la seconde partie de cette thèse consiste ainsi à la conception d'un organe de détente également robuste, nécessitant qu'une maintenance simplifiée et réalisable par les équipes de SIREA. La turbine Tesla, brevetée en 1913 par Nikola Tesla, devrait satisfaire à ce cahier des charges. Sa particularité est qu'à l'opposée des autres turbines, son rotor ne possède pas d'aubage, mais seulement des disques parallèles. Son fonctionnement est basé sur l'adhésion du fluide aux surfaces des disques. / The responsibility of our activity in the recent and sometimes brutal climate changes is recognized. Energy demand management and renewable energies appear as two solutions to overcome this disaster. In this work, we focus on combined heat and power applied to residential buildings. Two geographical areas are concerned, West Africa and France. For the moment, no system of very low power (< 10 kWe) solar cogeneration exists. In this work, considered solution consists to produce heat at 150 °C and with an efficiency greater than 50 %, then to use it in an ORC for producing electricity and low temperature heat. The whole system has to be resistant and low-cost. But to reach those performances with solar radiation, concentration is necessary. The first part of this thesis is to elaborate a solar concentrating panel which answer to these two thermal constraints. The new solar panel must be robust, reliable and easily integrable on the building envelope. In this context, parabolic trough is adopted, adapted and miniaturised. Regarding the thermodynamic part, technological lock is found mainly in the turbogenerator. The purpose of the second part of this thesis consists of the design of a an expansion equipement, requiring simplified maintenance and achievable by the team of Sirea. The Tesla turbine, patented in 1913 by Nikola Tesla, should satisfy this specification. Its characteristic is that the opposite other conventional turbines, the rotor is not bladed or vaned, only parallel disks. Fluid exerts shear stress on the disk surfaces resulting in a torque at the shaft.

Modélisation de la méthode Czochralski et traitement numérique du modèle adopté. Le modèle mathématique est exprimé sous la forme d'un problème (p) non linéaire de surface libre dans lequel intervient un paramètre auxiliaire f, la vitesse de fabrication. Une méthode itérative est utilisée pour résoudre le problème (p).

Face à la volonté d’intégrer une quantité toujours plus importante de nouveaux services au sein des terminaux mobiles de nouvelle génération et afin de répondre à leurs contraintes d’encombrement, des nouveaux concepts d’antennes intelligentes font l’objet de nombreuses recherches. Parmi les solutions proposées dans la littérature, la technique consistant à charger l’antenne par un matériau aux propriétés commandables apparaît particulièrement intéressante puisque elle cumule les effets de miniaturisation et d’agilité. Le travail de cette thèse concerne l’intégration des films minces La-Ti-O-N et BST dans des antennes miniatures et agiles en fréquence. Pour cela, une étude systématique des propriétés diélectriques (constante, tangente de pertes et accordabilité) des films La-Ti-O-N a été réalisée en basses et hautes fréquences. Ces propriétés sont fonction des caractéristiques structurales des films, elles-mêmes issues de la nature du substrat utilisé et des conditions de dépôt. En parallèle, une étude sur l’intégration de ces matériaux dans des structures rayonnantes pour atteindre l’agilité souhaitée a été menée. De premiers démonstrateurs d’antennes miniatures et reconfigurables à base des films minces La-Ti-O-N et BST ont été réalisés et caractérisés. / Given the desire to integrate a large number of new services in latest generation of hand held devices and in order to meet their dimensional constraints, new concepts of smart antennas are considered to be the subject of many researches. Among several solutions mentioned in the bibliography, the technique of loading the antenna with tunable material is particularly interesting because it combines the effects of miniaturization and tunability. The studies in this thesis focus on the integration of La-Ti-O-N and BST thin films in antenna conception for miniaturization and agility in frequency. A study of dielectric properties (permittivity, loss tangent and tunability) of La-Ti-ON thin films was realized. These properties are found to be depending on the structural characteristics of the thin films, which derived from the nature of the substrate and the deposition conditions. In the mean time, another study for the integration of these materials in radiating structures to achieve agility in frequency was carried out. Demonstrations of miniaturized and reconfigurable antennas based on La-Ti-ON and BST thin films were fabricated and characterized.

La microbiologie est la science qui s'attache à l'étude des microorganismes et de leurs propriétés. Depuis ses débuts au XV II siècle, les méthodes développées par les microbiologistes ont permis de révéler un énorme potentiel de connaissances et d'applications. Dans les dernières décennies, les industriels ont vu un intérêt tout particulier dans ce domaine d'étude. Le besoin de prévenir les contaminations en inhibant le développement microbien, ou au contraire la volonté de l'optimiser pour profiter des capacités de transformations chimiques des microorganismes a fait naître une demande croissante de tests microbiologiques. Le faible rendement des méthodes traditionnelles ne permettant pas de satisfaire à cette demande, la recherche de nouvelles méthodes de test focalise les intérêts. Les outils fluidiques miniaturisés ont d'ores et déjà fait preuve de leur potentiel pour ce type d'application, bien que leur validation vis-à-vis des méthodes classiques manque souvent.Dans ce travail de thèse, nous avons développé des incubateurs miniaturisés et des méthodes de suivi de populations de microorganismes optimisés. L'objectif est d'aborder l'impact de la réduction d'échelle d'incubation sur la croissance par rapport aux dispositifs de culture traditionnel, pour ensuite aboutir à un outil haut-débit pour la caractérisation de biocides. / Microbiology is the part of science linked with the study of microorganisms and their properties. Since its beginnings in the XV IIth century, the methods developped by the microbiologists revealed a huge potential of knowledge and applications.In the last decades, industrials realized the interests of this study areaThe need to prevent contaminations by inhibiting microbial development, or on the contrary the will to improve it to enjoy the chemical transformations capacities of the microorganisms gave birth to an increasing demand for microbiological tests. The poor yield of traditionnal methods does not allow to satisfy this need, and the search for new test methods is thus focalizing interests. Miniaturized fluidic tools have already proven their potential for this kind of applications, and yet, their validation towards traditionnal methods often lacks.In this work, we aim at developping miniaturized cultivation techniques and optimized growth analysis methods, to study the scale reduction impact of incubator's size on growth, in order to end up with a high-throughput tool for biocide caracterization.

Les piles à combustible, dont l'efficacité énergétique est potentiellement supérieure à celle des meilleures batteries Li-ion actuellement proposées sur le marché, laissent entrevoir des autonomies considérables pour les appareils nomades. Un des objectifs à atteindre pour leur commercialisation est la gestion de l'eau. Le travail de cette thèse s'intègre dans cette problématique. Il a pour but premier d'étudier l'influence de différents paramètres aussi bien environnementaux (température, humidité relative,...) que structuraux (épaisseur du collecteur cathodique, couche de diffusion à la cathode, packaging,...) sur la gestion de l'eau afin de proposer des solutions permettant de gérer l'assèchement ainsi que le noyage d'une micropile à combustible. Une des particularités des micropiles étudiées ici est qu'il s'agit de pile dite à respiration, c'est-à-dire utilisant directement l'oxygène de l'air comme comburant. Il ressort de cette étude que ces micropiles à combustible sont extrêmement sensibles aux conditions environnementales et que si des performances optimales sont attendues sur une large gamme de température et d'humidité relative, une gestion totalement passive de l'eau sera insuffisante. A l'issue des différents résultats obtenus au cours de cette thèse, des perspectives sont avancées, et un premier prototype composé de neuf micropiles à combustible avec une gestion active de l'eau a été réalisé.

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