La miniaturisation des systèmes optiques est un domaine de recherche qui suscite un grand intérêt scientifique actuellement. En effet, moins volumineux et moins chers, ils peuvent prétendre à être diffusés dans des applications diverses. L'objectif de cette thèse est de concevoir des systèmes d'imagerie extrêmement compacts, intégrés au plus près du détecteur infrarouge refroidi, et idéalement solidaires de celui-ci. Des travaux de recherche sont actuellement menés pour miniaturiser les systèmes optiques : moins volumineux et moins chers, ils peuvent prétendre à être diffusés dans des applications diverses. L'objectif de cette thèse est de concevoir des systèmes d'imagerie extrêmement compacts, intégrés au plus près du détecteur infrarouge refroidi, et idéalement solidaires de celui-ci. J'ai tout d'abord mis en évidence des stratégies pour la simplification et la miniaturisation des systèmes optiques. Parmi elles, les approches menant à des systèmes multivoies semblent être les plus prometteuses pour concevoir des systèmes à la fois compacts et performants. J'ai alors proposé deux architectures multivoies simples, compactes et intégrées au plus près du détecteur infrarouge. La première, de champ d'observation égal à 120°, intègre une matrice de microlentilles à quelques centaines de micromètres seulement du détecteur infrarouge : elle est qualifiée de caméra sur puce. Des défis technologiques ont dû être relevés pour réaliser ce composant. J'ai développé un algorithme de reconstruction d'images et évalué expérimentalement les performances de la caméra. Ce système produit, après traitements, une image échantillonnée au pas de 7,5 µm. Cette valeur est deux fois meilleure que celle qui pourrait être obtenue avec une caméra monovoie classique, associée à un détecteur infrarouge à l'état de l'art actuel, avec un pas pixel de 15 µm. J'ai contribué à la réalisation du second système en développant une méthode originale et simple pour en fabriquer les matrices de microlentilles. Cette technique consiste à mouler par compression de la poudre de bromure de potassium à température ambiante.Ces travaux ouvrent la voie à une nouvelle génération de détecteurs infrarouges, qui intègrent une fonction d'imagerie. / Miniaturizing optical systems is a research area of great interest nowadays: if they were smaller and cheaper, optical systems could be widespread in many applications. This work aims at designing very compact optical systems for imagery applications, which could be integrated near the infrared cryogenic detector and ideally directly on it.First, I have presented original design strategies to simplify and miniaturize optical systems. Approaches which lead to multichannel systems seem to be the most interesting ones to design compact and effective systems. Then, I have proposed two multichannel optical architectures, which are simple, compact, and integrated near the infrared detector. The first camera, which has a field of view equal to 120°, integrates a microlens array at a few hundreds of micrometers only of the infrared detector: it is called a wafer-level camera. Technological challenges have been overcome to manufacture this component. I have developed an image processing method, and assessed the characteristics of the camera experimentally. This system samples the final image with a pitch equal to 7,5 µm. This value is two times better than the one which could be obtained by using a one-channel camera associated with a state-of-the-art infrared detector, with a pixel pitch equal to 15 µm. In order to manufacture the second architecture, I have developed an original and simple method to obtain the microlens arrays, by compression molding of Potassium Bromide powder at ambient temperature. This work gives some elements to design a new generation of infrared detectors with an imagery function.

L'électrochromatographie capillaire (ECC) est une méthode séparative très prometteuse. En effet, elle combine l'efficacité due au profil plat du flux électroosmotique (ECZ) et la sélectivité due aux interactions avec une phase stationnaire (CPL). Les phases stationnaires monolithiques ont été développées comme alternative aux phases particulaires de par leur facilité de synthèse in situ. C'est pourquoi ces nouvelles phases stationnaires peuvent être facilement intégrées dans des microsystèmes analytiques. Cependant un des inconvénients majeurs liés aux techniques miniaturisées est leur faible sensibilité lors d'analyse de traces. Ces difficultés peuvent être circonvenues en réalisant une étape appropriée de préconcentration des composés d'intérêt avant l'étape d'analyse proprement dite. Une telle stratégie serait particulièrement pertinente pour des échantillons environnementaux et d'intérêts biologiques. <br />Dans un premier temps nous avons étudié l'optimisation de la synthèse in situ de phases stationnaires monolithiques à base d'acrylates. Des facteurs tel que la dose énergétique appliquée et le prétraitement du capillaire ont été étudiés afin de déterminer dans quelle mesure ceux-ci peuvent influer sur les performances structurales et séparatives de ces colonnes.<br />Dans un deuxième temps, les résultats obtenus en ECC avec des colonnes monolithiques testées en tant que matériau de préconcentration et de séparation sont présentés. Ces études ont été menées avec des composés modèles environnementaux. De très bonne efficacité (250 000 à 350 000 plateaux/m) et des facteurs de préconcentration supérieurs à 10 000 ont été obtenus, avec succès.<br />Enfin le couplage en ligne d'une étape de préconcentration avant la séparation dans des microsystèmes comportant une phase stationnaire monolithique a été réalisé, des hydrocarbures polyaromatiques ont ainsi été analysés.

Dans le domaine de la guerre électronique, la maîtrise du spectre électromagnétique est primordiale. Les antennes doivent donc posséder une couverture fréquentielle extrêmement large. Leur bande de fréquences de fonctionnement peut dépasser la décade, i.e. un rapport 10 entre fréquences haute et basse. De plus, la fréquence basse peut être voisine de la centaine de MHz augmentant de ce fait l'encombrement de l'antenne dans le sens de l'épaisseur. L'intégration d'antenne bande basse sur porteur constitue donc un enjeu majeur. Les antennes classiques dédiées a la guerre électronique font habituellement appel a des antennes dites " indépendantes de la fréquence " chargées par une cavité absorbante. Les travaux présentes dans ce manuscrit ont pour but de supprimer les absorbants présents dans les antennes pour a la fois augmenter leur efficacité et réduire leur épaisseur. Nos recherches se sont orientés vers les matériaux dits " artificiels ", les conducteurs magnétiques artificiels (CMA) et des matériaux a bandes interdites électromagnétiques (BIE), permettant la réalisation pratique de réflecteur magnétique. Apres un état de l'art sur les méthodes analytiques, numériques et expérimentales, nous étudions le comportement de l'antenne spirale d'Archimède en espace libre puis en présence de réflecteurs théoriques: conducteur électrique parfait et conducteur magnétique parfait. Nous avons proposé et validé expérimentalement une méthodologie innovante pour la conception d'antenne large bande faible épaisseur. Enfin, nous avons présenté un réflecteur hybride exploitant les propriétés des conducteurs électriques et magnétiques afin d'étendre la bande de fréquences des antennes.

L'essor récent des communications Ultra Large Bande a nécessité des antennes spécialement adaptées à cette technologie. Cette thèse explicite les besoins en éléments rayonnants caractérisés ainsi que les contraintes spécifiques liées à la conception d'antennes pour ces systèmes. Un état de l'art des antennes large bande valide le choix d'une base d'étude. L'optimisation d'une antenne papillon précède la présentation d'une nouvelle structure imprimée. Cette géométrie d'antenne alimentée par guide d'onde coplanaire lui confère une adaptation d'impédance à 50 Ω, un rayonnement omnidirectionnel, ainsi qu'un encombrement et un coût limités. L'insertion d'une ouverture triangulaire ainsi que de fentes capacitives au sein du triangle rayonnant améliore l'adaptation, élargit la bande passante et réduit l'encombrement. Un second travail a consisté à obtenir un rayonnement moins directif en adoptant des formes de plans de masse latéraux appropriés. Les résultats simulés ont été validés par quatre réalisations. L'effet combiné des améliorations permet à l'antenne finale de présenter une réduction de taille de 70 %. Enfin, une antenne imprimée elliptique alimentée par CPW est étudiée et réalisée. Des mesures temporelles ont été nécessaires afin de caractériser les antennes. Le mode opératoire et les traitements appliqués sont décrits et validés. Les fonctions de transfert des antennes en émission et réception sont séparées. Leur caractérisation dans différentes directions de propagation permet de présenter les déformations subies par une impulsion référence lors de son rayonnement par les antennes. Leur dispersion a ainsi pu être comparée selon la direction et l'antenne utilisée.

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.

Le développement de l'électronique embarquée et miniaturisée est pleinement d'actualité de nos jours, dans les domaines tels que l'armement, la médecine, et les télécommunications. La miniaturisation des antennes large-bande, opérationnelles sur plus d'une décade, présentent un défi particulier. Ces travaux de thèse proposent de travailler sur la miniaturisation d'une antenne spirale, afin d'en réduire l'encombrement, à savoir son diamètre, tout en conservant au mieux ses caractéristiques de rayonnement et polarisation intrinsèques. Cette recherche sera appliquée à la bande des Très hautes Fréquence (Very High Frequencies - VHF), allant de 30MHz (λ = 10m) à 300MHz (λ = 1m). La géométrie inédite proposée consiste à associer à une antenne spirale un ensemble d'anneaux résonnants, dont le diamètre n'excède pas celui de la spirale, et permettant de diminuer la fréquence basse de fonctionnement. Pour un ensemble de cinq anneaux associé à la spirale, la réduction de la fréquence basse de fonctionnement est de plus de 30%. Pour deux antennes spirales de même fréquence basse de fonctionnement, l'antenne miniaturisée a donc un diamètre réduit de 30%, soit une surface réduite de 50%. Les performances de l'état de l'art d'après lesquelles les réductions sur le diamètre des antennes spirales n'excèdent pas 15% sont donc dépassées. De plus, d'après cet état de l'art, les méthodes de réduction appliquées aux antennes large bande dégradent en général le gain et l'axial ratio dans les bandes basses de fréquences de fonctionnement. La méthode proposée permet de conserver l'efficacité de l'antenne, voire de l'augmenter, dans les fréquences proches de la fréquence basse de fonctionnement. Le rayonnement de l'antenne spirale miniaturisée dans la bande passante de l'antenne sans anneaux n'est pour autant pas modifiée. Ces résultats très encourageant ont été confirmés par la mesure d'antennes spirales miniaturisées, réalisées pour un diamètre de 8cm et de 1m : une réduction de 30% du diamètre sans dégradation du rayonnement a été observée. Les mesures ont par ailleurs donné lieu à l'étude de la réalisation d'une antenne en bande VHF, avec pour implication les problématiques de réalisation (masse, encombrement, résistance mécanique) et de mesure (isolation, effets parasites en VHF avec une longueur d'onde de 4m).

La miniaturisation des systèmes optiques est un domaine de recherche qui suscite un grand intérêt scientifique actuellement. En effet, moins volumineux et moins chers, ils peuvent prétendre à être diffusés dans des applications diverses. L'objectif de cette thèse est de concevoir des systèmes d'imagerie extrêmement compacts, intégrés au plus près du détecteur infrarouge refroidi, et idéalement solidaires de celui-ci. Des travaux de recherche sont actuellement menés pour miniaturiser les systèmes optiques : moins volumineux et moins chers, ils peuvent prétendre à être diffusés dans des applications diverses. L'objectif de cette thèse est de concevoir des systèmes d'imagerie extrêmement compacts, intégrés au plus près du détecteur infrarouge refroidi, et idéalement solidaires de celui-ci. J'ai tout d'abord mis en évidence des stratégies pour la simplification et la miniaturisation des systèmes optiques. Parmi elles, les approches menant à des systèmes multivoies semblent être les plus prometteuses pour concevoir des systèmes à la fois compacts et performants. J'ai alors proposé deux architectures multivoies simples, compactes et intégrées au plus près du détecteur infrarouge. La première, de champ d'observation égal à 120°, intègre une matrice de microlentilles à quelques centaines de micromètres seulement du détecteur infrarouge : elle est qualifiée de caméra sur puce. Des défis technologiques ont dû être relevés pour réaliser ce composant. J'ai développé un algorithme de reconstruction d'images et évalué expérimentalement les performances de la caméra. Ce système produit, après traitements, une image échantillonnée au pas de 7,5 µm. Cette valeur est deux fois meilleure que celle qui pourrait être obtenue avec une caméra monovoie classique, associée à un détecteur infrarouge à l'état de l'art actuel, avec un pas pixel de 15 µm. J'ai contribué à la réalisation du second système en développant une méthode originale et simple pour en fabriquer les matrices de microlentilles. Cette technique consiste à mouler par compression de la poudre de bromure de potassium à température ambiante.Ces travaux ouvrent la voie à une nouvelle génération de détecteurs infrarouges, qui intègrent une fonction d'imagerie.

L'évolution de la microélectronique suit plusieurs axes notamment la miniaturisation des éléments actifs (réduction de taille des transistors), et l'augmentation de la densité d'interconnexion qui se traduisent par la loi de Gordon Moore qui prédit que la densité d'intégration sur silicium doublerait tous les deux ans. Ces évolutions ont pour conséquence la réduction des prix et du poids des composants. L'hybridation ou flip chip est une technologie qui s'inscrit dans cette évolution, elle consiste en l'assemblage de matériaux hétérogènes. Dans cette étude il s'agit d'un circuit de lecture Silicium et d'un circuit de détection InP ou GaAs assemblés par l'intermédiaire d'une matrice de billes d'indium. La connexion flip chip est basée sur l'utilisation d'une jonction par plots métalliques de faibles dimensions qui permet de diminuer les pertes électriques (faible inductance et faible bruit), une meilleure dissipation thermique, une bonne tenue mécanique. Enfin elle favorise la miniaturisation avec l'augmentation de la compacité et de la densité d'interconnexion.Les travaux de thèse se concentrent sur deux axes principaux. Le premier concerne l'hybridation par brasure avec la technologie des billes d'indium par refusion, et le second concerne l'hybridation par pression à température ambiante (nano-scratch) par l'intermédiaire des nanostructures (Nano-fils d'or, Nano-fils ZnO). Ces travaux ont permis la réalisation d'un détecteur InGaAs avec extension visible de format TV 640*512 pixels au pas de 15 µm. Ces travaux ont également permis la validation mécanique de l'assemblage d'un composant de format double TV 1280*1024 pixels au pas de 10 µm par cette même méthode de reflow. Pour l'axe hybridation à froid, nos travaux ont permis la validation d'une méthode de croissance de nano-fils ZnO par une voix hydrothermique à basse température (<90°C).

Les travaux de cette thèse ont pour objectif la conception de dispositifs multifonctions (filtre-antennes) à la fois compacts et agiles, mis au point par une conception conjointe des éléments associés. Le sous-système doit répondre à des spécifications électriques pour des applications dans la bande ISM à 2,45 GHz ainsi qu’à des contraintes d’intégration et d’encombrement. L’antenne et le filtre sont développés conjointement sur une impédance particulière où l’antenne, réduite en dimensions, présente une efficacité de rayonnement optimale. Le filtre est optimisé pour adapter l’antenne sur son impédance optimale et pour présenter des pertes minimales. Les travaux se sont focalisés dans un premier temps sur la co-conception et la co-intégration des fonctions, puis sur l’accord en fréquence du sous-système. / The aim of this thesis is to design a new tunable and compact multifunctional device (filters, antennas) based on the co-design of an antenna and the associated filter. The subsystem needs to fit with electrical specifications for ISM band applications at 2.45GHz while being integrated and compact. The antenna and the filter are jointly developed on particular impedances where the antenna has a high radiation efficiency. The filter is optimized to adapt the antenna on its optimal impedance and introduce minimal losses. The work has initially been focused on the co-design and the co-integration of functions to finish on the tunability of the filter/antenna subsystem design.

L’avènement des technologies lasers femtoseconde utilisant une fibre optique comme milieu amplificateur incite les industriels à se renseigner sur cette technologie. Dans ce contexte, et dans le cadre du projet Futures et Ruptures, cette thèse se propose de caractériser une nouvelle source femtoseconde, le Tangerine d’Amplitude Systèmes. Utilisant les capacités de ce laser, et avec la collaboration d’IREPA LASER, nous feront une étude comparative avec les lasers femtoseconde déjà existant en s’appuyant sur l’état de l’art, l’optique non-linéaire et quelques simulations d’ablation. L’amélioration des procédés d’usinage pour des applications industrielles nous permettra de modifier et compléter nos connaissances dans l’usinage de différents matériaux tout en montrant les qualités de cette nouvelle technologie. Enfin, une application de miniaturisation de dispositifs électronique pour le domaine du biomédical nous permettra d’utiliser toutes les connaissances acquises et de mener à bien ce projet. / Surgical procedures are moving increasingly toward minimally invasive techniques because these techniques offer great comfort to the patient, a short recovery time and are reasonably-priced. As part of this thesis, it is proposed to study the integration of micrometer-sized sensors directly into needles for example. The PhD student will study the process of laser-matter interaction for new nano and femtosecond sources which should be optimized in order to develop a machining technique of surgical instruments in order to incorporate the sensors. The aim of the thesis is the demonstration of the feasibility of developing the technique of laser etching for the integration of sensors into millimeter-sized needles as well as tests in real conditions. Multiple lasers will be used; The Tangerine laser from ‘Amplitude Systèmes’ with the well know Ti:Sa laser. His work there will be to upgrade the laser up to its best capacity both in terms of fluence or accuracy and in terms of software and its ease of use. The ablation of the silicon from the rear of the electronic chip to the edge of the photodetector in order to carry the light and energy supply all 3D Hall effects micro-magnetors will be the main purpose of the PhD student. He will highlight differences between two femtosecond laser as thermally affected area or ablation rate and will choose which one is able to achieve our goal.