Ce manuscrit est consacré à la dépollution des réseaux électriques par les filtres actifs. Dans un premier temps, le filtre actif parallèle triphasé trois fils à structure tension y est étudié théoriquement, par simulation, puis expérimentalement. Une nouvelle stratégie de commande, basée sur la méthode des puissances instantanées et mettant en œuvre des « filtres multi-variables » est étudiée. Trois types de contrôleurs de courant sont envisagés : hystérésis classique, hystérésis modulée et MLI. L’hystérésis modulée est retenue car elle garantit simultanément la robustesse du système et une fréquence de commutation fixe. Un banc expérimental a permis de conforter les résultats obtenus par simulation. Ensuite, le filtre hybride parallèle (FHP) triphasé et l’optimisation de sa commande ont été examinés. L’objectif majeur est d’améliorer les performances de filtrage tout en s’attachant à minimiser la complexité de la commande. Le filtre hybride étudié est constitué d’un filtre actif triphasé à structure tension connecté en série avec un filtre triphasé passif de type LC, accordé sur l’harmonique 7. Nous avons proposé une première modification (commande dite « simplifiée ») de la commande classique dans le référentiel lié au synchronisme en introduisant des « filtres multi-variables » au lieu des filtres d’extraction classiques des deux boucles de contrôle, dites « feedback » et « feedforward ». Cette modification nous a permis de réduire considérablement la complexité de l’algorithme de commande (suppression de la PLL de la boucle « feedforward ») tout en améliorant les performances du filtrage. Ensuite, la PLL de la boucle « feedback » a également été supprimée. Ces optimisations ont conduit à des résultats de simulation très satisfaisants en terme de THD. Une nouvelle commande du filtre hybride à trois bras a également été proposée. La boucle feedforward est alors divisée en deux boucles. La première est destinée à supprimer l’harmonique 5 et l’autre l’harmonique 7 alors que le filtre passif est alors accordé sur l’harmonique 11. Les résultats de simulation obtenus sont très satisfaisants. Pour conclure cette étude théorique, nous avons étudié une nouvelle topologie de filtre hybride basée sur un onduleur triphasé à deux bras avec un condensateur à point milieu. Un flot de conception et d’implantation sur cible FPGA de commandes numériques de systèmes de puissance a été appliqué au cas de la commande dite « simplifiée » du FHP. Chaque étape a été détaillée et validée soit par simulation en mode continu ou en mode discret, soit expérimentalement lors de la programmation finale d’un composant FPGA de type Stratix II de la famille Altera, intégrant l’ensemble de la commande numérique du FHP. / In this thesis, and with the aim to improve the power quality, we have theoretically and experimentally studied two types of filtering, the shunt active power filter and hybrid, passive and active power filter. The modelling and simulation of a parallel active filter with three types of current controllers (MLI, classical hysteresis and modulated hysteresis) are first studied. The behavior of the active filter under transient conditions is also presented. Then, we have experimentally validated the simulation results obtained for the modulated hysteresis. The test bench consists of a parallel active filter, a non-linear load, a digital control system DSPACE (DS1104) and an analog card. Next, we studied by modelling and simulation the hybrid filter. For both cases, the use of multi-variable filter improves the filtering performances. An experimental prototype called "FPGA in the Loop" has been implemented to validate digital control of hybrid filter. In addition, a comparison between the two filters has been realised in order to find the best way to reduce network harmonic currents.

Dans le contexte de la recherche sur l’amélioration des performances et la réduction des coûts des cellules solaires à base de silicium, nous nous sommes intéréssés dans cette thèse aux hétérojonctions entre le silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et le silicium cristallin (c-Si). Nous avons étudié d’une part l’application de la technique de mesure du PhotoCourant Modulé (MPC) comme outil de caractérisation de l’interface a-Si:H/c-Si et que nous avons couplé à la technique de mesure de PhotoLuminescence Modulée (MPL) déjà largement utilisée pour étudier la qualité de passivation de l’interface. Nous avons alors caractérisé par ces deux techniques une série d'échantillons composées de (p)a-Si:H/(i)a-Si:H/(n)c-Si d'épaisseur de (i)a-Si:H allant de 2 à 50 nm. Une partie importante de cette étude a été réalisée par simulations numériques en 2D afin d’interpréter nos résultats expérimentaux. Une cohérence dans l'estimation de la densité d'état de défauts à l'interface a-Si:H/c-Si a été obtenue par les deux techniques. Nous avons conçu d’autre part un outil de couplage des simulations électriques et optiques pour le design de cellules à base de nanofils à hétérojonction. Grâce à cet outil nous avons réalisé une étude plus réaliste et plus complète qu'auparavant où ces deux simulations étaient effectuées de manière séparée. Nous montrons notamment comment les conditions sur les contacts électriques des nanofils affectent les performances de la cellule solaire. / In the context of the research on improving performances and reducing costs of silicon-based solar cells, we focused on heterojunctions between hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) and crystalline silicon (c-Si). On the one hand, we studied the application of the Modulated PhotoCurrent technique (MPC) as a tool for characterizing the a-Si:H/c-Si interface and which we coupled to the Modulated PhotoLuminescence technique (MPL) widely used to study the quality of interface passivation. We characterized by these two techiques a serie of samples composed of (p)a-Si:H/(i)a-Si:H/(n)c-Si with a thickness of (i)a-Si:H going from 2 to 50 nm. An important part of this study was made by 2D numerical simulations in order to interpret our experimental results. We showed that both techniques give the same estimation of the density of interface defects between (i)a-Si:H and (n)c-Si. On the other hand, we developped a tool for coupling electrical and optical simulations for the design of nanowire-based solar cells with a radial heterojunction. Formerly, these simulations were most of the time performed separately and therefore were not allowing for a complete study of these kind of structures. We then made a study showing how the conditions of electrical contacts of nanowires affect the performances of these solar cells.

Les travaux présents ici portent sur l’étude et la prospection de matériaux ferroiques. Cette étude consiste en une approche revêtant plusieurs aspects que sont la chimie du solide, la physique du solide et la science des matériaux. Deux parties sont développées, avec deux approches différentes. La première se concentre sur les liens entre composition/structure/propriétés dans des matériaux de la famille des TTB dérives de Ba2NdFeNb4O15 à travers l’étude de solutions solides à base de Li et l’étude de l’impact des différents paramètres de synthèse sur la nature de l’anomalie diélectrique mesurées sur pastilles densifiées. La mise en évidence de modulation structurale dans cette famille de matériaux semble être en lien direct avec l’observation des variations de propriétés diélectriques. L’utilisation de diffraction électronique notamment permet la mise en évidence de ces modulations structurales et leur évolution en température. Dans une seconde partie, l’approche consiste à utiliser le Spark Plasma Sintering (SPS) comme technique de densification pour des matériaux dits “fragiles” mais aussi d’explorer des propriétés diélectriques jusqu’alors inaccessibles, sur matériaux massifs. Le développement de la technique SPS à basse température permet ainsi non seulement de densifier à basse température des matériaux fragiles, mais aussi d’obtenir des phases inaccessibles dans des conditions de températures similaires par traitement thermique conventionnel. De même, l’obtention de céramique moléculaire de très haute densité a pu être réalisée, malgré des températures de décomposition extrêmement faible (100 ˚C). / The present work focuses on the prospection and understanding study of ferroic materials. It consists in a multiple aspect approach, including materials chemistry, materials physics and materials processing. Two parts compose this work, with two different approaches. The first one focuses on the links between composition, structure and properties in materials belonging to the TTB family, more specifically derived from Ba2NdFeNb4O15, through the exploration of Li containing solid solutions, and the impact of synthesis parameters on measured dielectric anomalies on dense samples. The observation of structural modulation in these materials seems to be closely related to the observation of dielectric anomalies variations. Using electron diffraction techniques allowed the evidence of such anomalies and the following of their thermal evolution. In a second part, the approach consists in using Spark Plasma Sintering (SPS) as a densification technique for so called “fragile” materials but also explore dielectric properties impossible to experimentally measure thus far. Developing low temperature SPS technique not only allows to densify ceramics at low temperatures fragile materials, but also to obtain inaccessible phases in similar temperature conditions using conventional thermal treatments. Moreover, sintering of molecular ceramic at very high density was possible, even if its decomposition temperature is extremely low (100 ˚C).

Cette thèse porte sur la conception d’un système de mesure in-situ permettant de détecter les perturbations variables dans l’environnement proche d’un réseau d’antennes. Une première partie est consacrée à l’étude du bénéfice d’un tel système appliqué à un réseau de goniométrie. Une étude quantitative de la dégradation des performances de goniométrie sur porteur en présence d’obstacles variables est réalisée. Le deuxième point majeur de cette thèse est le choix de la technologie pour la conception du système de diagnostic. La Technique de diffusion modulée par l’optique (OMS) est sélectionnée. Un modèle de prédiction de la puissance rétrodiffusée par la sonde OMS a été élaboré afin de choisir la dimension de sonde optimale. Suite aux études théoriques, une sonde de 12 cm chargée par la photodiode (PDCS30T) a été réalisée. Des mesures en chambre anéchoïque ont été menées afin de valider le bilan de liaison et mesurer la sensibilité de la sonde à des obstacles proches. Finalement, une étude est réalisée afin d’étudier la sensibilité exigée par le réseau de diagnostic pour détecter la présence d’obstacles. Un dimensionnement du système global est calculé. / This thesis focuses on the design of an in-situ measurement system to detect variable disturbances in the near field of antenna arrays. The first part was focused on the study of the benefit of the monitoring system for direction finding antennas (DFA). A quantitative study of degradation of performances of DFA installed on a carrier in presence of variable obstacles was done. The second point of the study concerns the choice for the technology for the diagnostic system design. The Optically Modulated Scatterer Technique (OMS) is selected. A model that predicts the OMS backscattered power is developed to select the optimal dimension of the probe. Following the theoretical studies, a 12 cm OMS probe coupled to the nonlinear device (PDCS30T) was designed. Measurements in anechoic chamber were conducted to validate the budget link model and measure the sensitivity of the probe to nearby objects. Finally, a study is conducted to investigate the sensitivity required by the diagnostic probes for detecting the presence of obstacles. A dimensioning of the overall system is computed.

Cette thèse porte sur la conception d’un système de mesure in-situ permettant de détecter les perturbations variables dans l’environnement proche d’un réseau d’antennes. Une première partie est consacrée à l’étude du bénéfice d’un tel système appliqué à un réseau de goniométrie. Une étude quantitative de la dégradation des performances de goniométrie sur porteur en présence d’obstacles variables est réalisée. Le deuxième point majeur de cette thèse est le choix de la technologie pour la conception du système de diagnostic. La Technique de diffusion modulée par l’optique (OMS) est sélectionnée. Un modèle de prédiction de la puissance rétrodiffusée par la sonde OMS a été élaboré afin de choisir la dimension de sonde optimale. Suite aux études théoriques, une sonde de 12 cm chargée par la photodiode (PDCS30T) a été réalisée. Des mesures en chambre anéchoïque ont été menées afin de valider le bilan de liaison et mesurer la sensibilité de la sonde à des obstacles proches. Finalement, une étude est réalisée afin d’étudier la sensibilité exigée par le réseau de diagnostic pour détecter la présence d’obstacles. Un dimensionnement du système global est calculé. / This thesis focuses on the design of an in-situ measurement system to detect variable disturbances in the near field of antenna arrays. The first part was focused on the study of the benefit of the monitoring system for direction finding antennas (DFA). A quantitative study of degradation of performances of DFA installed on a carrier in presence of variable obstacles was done. The second point of the study concerns the choice for the technology for the diagnostic system design. The Optically Modulated Scatterer Technique (OMS) is selected. A model that predicts the OMS backscattered power is developed to select the optimal dimension of the probe. Following the theoretical studies, a 12 cm OMS probe coupled to the nonlinear device (PDCS30T) was designed. Measurements in anechoic chamber were conducted to validate the budget link model and measure the sensitivity of the probe to nearby objects. Finally, a study is conducted to investigate the sensitivity required by the diagnostic probes for detecting the presence of obstacles. A dimensioning of the overall system is computed.

Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent des niobates de formulation Ba2LnNb4O15 (Ln = La ou Nd) et de structure "Tetragonal Tungsten Bronze" (TTB). Ces travaux se situent à la charnière de la chimie et de la physique des matériaux diélectriques et visent à mettre en relation structure cristalline et propriétés diélectriques. L'étude a été menée sur des TTB élaborés sous forme céramique et monocristalline. Après détermination de conditions optimales de croissance, par fusion de zone en four à image, des sections monocristallines ont été obtenues et caractérisées. Les résultats obtenus suggèrent des liens étroits entre composition, modulations structurales apériodiques et comportement diélectrique. Dans le même temps, deux nouvelles solutions solides céramiques ont été explorées, avec des schémas de substitution différents menant notamment à une réflexion très large sur les liens cristallochimie-ferroélectricité dans cette famille de TTB. Ces solutions solides présentent un crossover relaxeur-ferroélectrique, un comportement original et déjà observé dans d'autres solutions solides issues de cette famille de TTB. Des caractérisations avancées (mesures pyro- et piézoélectriques, cycles de polarisation) et des études structurales résolues en composition et en température ont permis d'établir des diagrammes de phases diélectriques montrant l'existence d'un état ferroélectrique métastable. Finalement, la présence d’une modulation structurale bidimensionnelle a pu être confirmée, dans les monocristaux et dans les céramiques, et l'ensemble des résultats obtenus pointent son implication dans les comportements cristallochimiques originaux rencontrés dans ces TTB. / The present work deals with Ba2LnNb4O15 (Ln = La ou Nd) niobates crystallizing with the "Tetragonal Tungsten Bronze" (TTB) structure. These researches, at the interface of chemistry and physics of dieletrics, aim at establishing structure / dielectric properties relationships. They were performed on TTB materials elaborated in ceramic and single crystal forms. Following optimization of growth parameters with an image furnace, single crystals were obtained and characterized. The results obtained suggest that composition, aperiodically modulated structure and dielectric behavior are closely tied in TTBs. Meanwhile, two new ceramic solid solutions with different substitutions schemes were investigated, deepening the insight on crystal-chemistry and ferroelectricity of TTBs. These solid solutions exhibit a relaxor-ferroelectric crossover, an original behaviour previously observed in solid solutions derived from the same family of TTB niobates. Advanced physical characterization (ferro-, pyro- and piezoelectric measurements, polarization loops), and composition/temperature resolved structural studies, allowed for the determination of a dielectric phase diagrams showing the presence of a metastable ferroelectric state. Finally, the existence of a two-dimensional structural modulation in single crystals and ceramics has been confirmed, and the whole set of experimental results points towards its implication in the original dielectric behavior observed in these TTBs.

Ce travail concerne la synthèse des composés à anions mixtes (O, S, F) à base de terre rare et leurs propriétés d'absorption des radiations UV-visible. De nouveaux composés appartenant à la classe des (oxy)fluorosulfures de terres rares ont été isolés. Les déterminations structurales ont été réalisées à l'aide des différentes techniques de diffraction (X, neutrons, électrons). La plupart de ces réseaux dérivent soit de la matlockite PbFCl soit du type structural a-La2O3. Une de ces formulations se révèle être une structure modulée incommensurable dérivant de La2O2S par un mécanisme de cisaillement. Parmi ces matériaux, l'origine de l'absorption optique des fluorosulfures a-LnSF a été déterminée à partir d'une étude couplant calcul de structures électroniques et mesure XPS (bande de valence). Les propriétés optiques d'absorption des différents composés ont été corrélées à leurs caractéristiques structurales.

Le développement de nouveaux alliages pour l'industrie aéronautique nécessite la connaissance de leurs propriétés thermophysiques en phase liquide. Nous étudions ici la mesure de capacité calorique et de conductivité thermique par calorimétrie modulée sur des échantillons lévités en microgravité ou non. Une partie expérimentale décrit une expérience de lévitation sous rayons X permettant la visualisation de l'écoulement dans un échantillon métallique liquide. Les résultats d'une première série de mesure sont analysés et commentés. Puis une stratégie de simulation numérique est élaborée. Fondée sur une étude systématique des phénomènes physiques mis en jeu, elle est utilisée pour identifier les limitations des techniques de mesure actuelles. Une nouvelle technique de mesure, inspiré du génie des procédés, est proposée. Elle présente l'avantage de supprimer l'étape de calibration. Sa validité est démontrée par simulation numérique. Des recommandations pour son implémentation physique sont proposées.

Un géoradar (GPR) effectue une détection non destructive d'objets enfouis, ou l'imagerie du sous-sol par transmission d'ondes électromagnétiques et la détection et l'analyse des réflexions. Le principal défi de GPR est la réduction de la portée de détection en raison de l'atténuation du signal grave causée par la conductivité du sous-sol qui devient plus sévère dans les hautes fréquences. Afin d'augmenter la portée de détection, GPR utilise des fréquences plus basses que les radars non-GPR et nécessite donc de plus grandes antennes qui peuvent limiter la portabilité du système. La plupart des systèmes utilisent des radars GPR à impulsion mais le FMCW (onde continue à fréquence modulée) radar peut présenter certains avantages tels que la versatilité de la fréquence, une maintenance réduite du système et une meilleure résolution de gamme. Les fréquences inférieures à 1 GHz ont d'abord été rares en radars de courte portée FMCW mais trouvent maintenant leur chemin de retour dans des systèmes comme ultra-large bande (UWB) pénétrant dans le sol des radars pour la détection des mines et ainsi que d'autres applications. Lorsque les mesures sont effectuées sur des véhicules, de grands appareils d'antenne ne sont pas un problème. La portabilité, cependant, peut devenir un problème dans les études géophysiques ou des travaux d'urgence dans laquelle on peut avoir besoin de transporter le système par des endroits accidentés, inexplorés et / ou dangereux sans accès aux véhicules. Des environnements inaccessibles peuvent nécessiter la manœuvrabilité à travers d’obstacles (montagnes, grottes, lacs, zones rocheuses). D’ailleurs, l’installation rapide du système est critique dans des conditions difficiles telles que les températures extrêmes, où le temps d'exposition est coûteux et le temps de mesure limité. Une solution pour améliorer la portabilité et la capacité de déploiement d'un système GPR est de réaliser un système complet sur un substrat qui est enroulable afin de permettre une transportation facile. L’électronique sur substrat flexible a déjà été utilisée dans des applications militaires et des sports en plein air. Actuellement, il y a quelques technologies disponibles pour réaliser l'électronique flexible qui ont été un thème majeur en recherche, chacune avec différents niveaux d'intégration. La technologie d'impression à jet d'encre offre une méthode efficace, polyvalente et rentable pour la réalisation de dispositifs flexibles. Dans ce travail, un système radar FMCW classique a été conçu et un travail présenté, pour la première fois, d’application de la technologie d'impression à jet d'encre sur un système de radar. Le système est appelé un système de radar monolithique portable dans lequel tous les agents actifs, passifs et l'antenne sont destinés à partager le même substrat enroulable continu. Ainsi, une intégration hybride est utilisée pour étudier la fiabilité et la performance du système complet enroulé autour d’un rayon serré. Plusieurs défis de conception d'un grand système ont été surmontés qui donneront un aperçu de nouveaux modèles au fur et à mesure que le niveau d'intégration à l'aide de la technologie d'impression à jet d'encre continue d’augmenter. / Flexible monolithic ultra-portable ground penetrating radar using inkjet printing technology A Ground Penetrating Radar (GPR) performs nondestructive detection of buried objects, or subsurface imaging by transmitting electromagnetic waves and detecting and analyzing the reflections. The main challenge of GPR is the reduction in detection range due to the severe signal attenuation that is caused by subsurface conductivity that becomes more severe at high frequencies. In order to increase the detection range, GPR uses lower frequencies than non-GPR radars and thus requires larger antennas that may limit system portability. Most GPR systems use impulse radars however the FMCW (frequency modulated continuous wave) radar can provide some advantages such as frequency versatility, reduced system maintenance and improved range resolution. Frequencies below 1 GHz were initially uncommon in short-range FMCW radars but are now finding their way back in systems such as ultra-wideband (UWB) ground penetrating radars for mine detection and as well as other applications. When measurements are performed on vehicles, large antenna fixtures are not a problem. Portability, however, can become an issue in geophysical studies or emergency work in which one may need to transport the system through rugged, unexplored and/or hazardous locations without vehicle access and perform measurements. Inaccessible environments may require climbing up and down, squeezing through, jumping over, crawling under, maneuvering through or swimming through obstacles (mountains, caves, lakes, rocky areas). In addition to transportation, rapid system setup is critical in difficult conditions such as freezing temperatures or extreme heat where exposure time is costly and limits measurement time. One solution to enhance the portability and deployability of a GPR system for wide area rugged measurements is to realize a complete system on a continuous substrate that is rollable around a reasonably small radius and storable in a scroll or poster-like fashion for easy backpack transportation. Electronics that can flex and bend have already used in military applications and for outdoor sporting gear. Currently, there are a few types of technology available to realize flexible electronics that have been a major topic of research, each with different levels of integration. Inkjet printing technology offers a cost effective, versatile and efficient method for realizing flexible devices. In this work a classical FMCW radar system is designed and an effort is made, for the first time, to apply inkjet printing technology to a radar system. The system is referred to as a portable monolithic radar system in which all actives, passives and antenna are meant to share the same continuous rollable substrate. In doing this, a medium level of integration is used to investigate limits of system complexity, resolution and ultra miniaturization for tight rollability. Various design challenges of a large system are overcome that will hopefully give insight to new designs as the integration level using inkjet printing technology increases.

Dans le domaine des cellules photovoltaïques à base de couches minces, l'alliage de Cu(In1-x,Gax)Se2 (CIGSe) constitue l'une des filières les plus avancées. Le passage à l'échelle industrielle soulève cependant de nouvelles problématiques. En effet, si le procédé standard de co-évaporation permet d'atteindre des rendements records supérieurs à 20 %, il reste relativement couteux à mettre en place. C'est ainsi que dans un contexte toujours plus compétitif, l'électrodépôt apparait comme une alternative de choix pour diminuer les coûts de production tout en garantissant des rendements compétitifs sur de grandes surfaces. Néamoins, de nombreuses propriétés spécifiques à ce mode de dépôt restent méconnues. En particulier les propriétés optiques à l'origine du photo-courant. Le premier objectif de cette thèse est donc de déterminer les constantes optiques de chaque couche du dispositif par ellipsométrie. Une attention particulière est donnée à la couche absorbante de CIGSe électrodéposée pour laquelle un protocole spécifique est employé. Une seconde partie de la thèse est dédiée à la réalisation d'un outil de caractérisation sans contact : la photoréflectance (PR). La PR va permettre de mesurer avec précision les énergies de transition interbandes d'un semi-conducteur, dont l'énergie de gap. Nous décrivons dans le détail le dispositif expérimental. Une implémentation originale utilisant une double modulation des sources a été développée et permet de réduire le bruit de mesure induit par la rugosité et la diffusion. L'étude de 14 échantillons de CIGS permet finalement de corréler des paramètres opto-électriques issus des caractéristiques courant-tension aux spectres PR. / Regarding, thin film photovoltaic market, Cu(In1-x,Gax)Se2 (CIGSe) based material is one of the most advanced technologies. Its high absorption coefficient allows it to absorb an important part of the solar spectrum with only two micron thickness. But while moving from fundamental research to the development of batch flow production, issues still remain. If the standard co-evaporation process lead to the best efficiency up to 20 %, high energy consumption is needed. In an increasingly competitive market, electroplating allows to reduce operating cost related to vacuum processes while guaranteeing competitive efficiencies on large scale modules. Nevertheless, due to the specificities of electroplating, new issues occur and some properties may differ from vacuum routes. In particular, optical properties which are responsible for photo-current generation. The first part of this thesis is thus devoted to obtain the optical constants for each layer of the device by spectroscopic ellipsometry. We pay special attention to the electrodeposited CIGSe absorber layer for which a specific method have been used in order to perform measurements on the back side. The second part of this thesis is dedicated to the development of an caracterisation tool : the photoreflectance (PR). The experimental setup is precisely described. An special implementation, using dual modulation technique, increases accuracy by removing luminescence and scattering perturbations. The study of 14 CIGS samples allows finally to correlate opto-electrical parameters from I(V) curves with PR spectra.