Cette thèse, intégrée dans le projet Cosmet’eau et la phase 4 du programme OPUR, apporte de nouveaux éclairages sur la dynamique des parabènes, du triclosan et du triclocarban en milieu urbain sous forte pression anthropique. Ces molécules sont des biocides couramment utilisés en tant que conservateur dans de très nombreux produits de consommation courante comme les cosmétiques, les produits alimentaires ou pharmaceutiques, les textiles, les produits d’entretien. En dépit de leur toxicité, ces molécules ne font l’objet d’aucun suivi réglementaire dans l’environnement. Aussi, ce travail porte sur la dynamique de ces micropolluants en milieu urbain : de leurs sources (à savoir les eaux grises et eaux vannes) jusqu’au milieu récepteur (amont-aval de l’agglomération parisienne par échantillonnage ponctuel et passif) en intégrant leur comportement en station d’épuration à l’échelle de l’ouvrage.Au niveau des sources, cinq types d’eau grise issus de douche, lavabo, lave-linge, lave-vaisselle et vaisselle manuelle ont été considérés. Une variabilité importante des concentrations au sein de chacune des eaux grises et entre les différents types d’eau grise a été observée. Cette variabilité est le reflet des pratiques de consommation des différents volontaires. Au final, les eaux des lave-linge et douche sont les plus contaminées. Pour les parabènes, le linge est la source majoritaire de contamination des eaux de lave-linge, dans le cas des eaux de douche, les personnes et les produits de soins corporels sont les principales sources de contamination.Depuis 2010, les flux quotidiens par habitant de ces molécules ont diminué significativement (d’un facteur compris entre 2 et 7 suivant la molécule). Cette diminution s’explique par (i) les changements de formulation des produits cosmétiques et (ii) l’apparition de nouvelles réglementations plus contraignantes.Le suivi du devenir en station d’épuration (sur Seine Centre), à l’échelle de l’ouvrage, a montré que le traitement primaire (décantation physico-chimique lamellaire) permet un abattement quasi-total du triclosan, les parabènes sont majoritairement éliminés lors de la biofiltration notamment au niveau du premier étage (Biofor). La généralisation d’un traitement tertiaire (du type Carboplus® suivi lors de ce travail) permettrait de réduire ces rejets.Les rejets urbains par temps de pluie (ici les déversoirs d’orage) constituent une source importante de contamination pour le milieu récepteur au regard des niveaux que nous avons observé. La combinaison des rejets des stations d’épuration, par temps sec et par temps de pluie, et des déversoirs d’orage contribue à augmenter les niveaux en parabènes, triclosan et triclocarban de la Seine comme le suivi de deux stations de mesure en amont et aval de l’agglomération parisienne l’a mis en évidence. Les échantillonneurs passifs sont des outils prometteurs pour déterminer la fraction biodisponible du TCS et du TCC. En effet, la méthode développée dans le cadre du projet Cosmet’eau a été appliquée avec succès à la Seine. / This Phd thesis is part of both the Cosmet’Eau project and the OPUR programme. It provides new insights into the dynamics of parabens, triclosan and triclocarban in urban areas under strong human pressure. These molecules are biocides commonly used as preservatives in a wide range of consumer products, such as cosmetics, food and pharmaceutical products, textiles and cleaning products. Despite their toxicity, these molecules are not subject to any regulatory monitoring in the environment. Also, this work deals with the dynamics of these micropollutants in urban areas: from their sources (namely gray water and sewage) to the receiving environment (upstream-downstream of the Parisian conurbation with punctual and passive sampling) along with their behavior at different stages of a wastewater treatment plant.At the source level, five types of greywater from shower, washbasin, washing machine, dishwasher and manual dish washing were considered. Significant variability in concentrations within each greywater and between different types of greywater was observed. This variability reflects the consumption practices of the different volunteers. Besides, the waters from washing machines and showers are the most contaminated. For parabens, clothes are the main source of contamination of washing machine waters, while in shower waters, people and personal care products are the main sources of contamination.Since 2010, per capita daily flows of these molecules have decreased significantly (by a factor between 2 and 7 depending on the molecule). This decrease can be explained by (i) changes in the formulation of cosmetic products and (ii) the emergence of new, more restrictive regulations. The monitoring of the fate in wastewater treatment plant (Seine Centre), at the scale of the device, showed that primary treatment (lamellar physico-chemical decantation) allows a quasi-total removal of triclosan, while parabens are predominantly eliminated during the biofiltration, at the level of the first stage (Biofor). The general use of a tertiary treatment (like Carboplus®, studied during this work) would reduce discharges to receiving waters of parabens, triclosan and triclocarban.Urban discharges during wet weather period (here combined sewer overfows) constitute a major source of contamination for the receiving waters with respect to the measured levels. The combination of sewage treatment plant discharges, during dry and wet weather periods, and combined sewer overfows contributes to increasing levels of parabens, triclosan and triclocarban in the Seine River, as the monitoring of two sites, upstream and downstream of the Paris conurbation, has highlighted it. Passive samplers are promising tools for determining the bioavailable fraction of TCS and TCC. Indeed, the method developed within the framework of the Cosmet'eau project has been successfully applied to the Seine

L’objectif a été de caractériser les émissions indirectes de composés organiques semi-volatils (PCB, HCB, PeCB, HAP, phtalates et PBDE) au droit de milieux potentiellement contaminés par leurs emplois (zones ferroviaires souterraines, axes de circulation) et de sites de traitement de déchets (station d’épuration, élimination, destruction de véhicules hors d’usage). Des réseaux de mesure comprenant des préleveurs d’air actifs « grand volume », des capteurs passifs et des bio-accumulateurs ont été utilisés pour acquérir des données au voisinage des sources potentielles. Les résultats révèlent une ubiquité de tous les composés recherchés dans l’air, où leurs présences en phase gazeuse est majoritaire. La contamination de l’air au niveau des sites d'étude montre une hiérarchisation commune (phtalates>HAP>HCB>PeCB>PCB>PBDE), où la contamination de l’air en période estivale est plus importante, confirmant l’importance relative des émissions diffuses par volatilisation passive. Les résultats obtenus à partir des capteurs passifs démontrent l’intérêt de cet outil complémentaire pour la réalisation d’études à grande échelle spatio-temporelle. L’interprétation de l’état du milieu (IEM) à partir des analyses d’air, de sols, de retombées atmosphériques et de bio-accumulateurs végétaux, indiquent cependant que la contamination au voisinage de zones industrielles demeure le plus souvent du niveau de celle du milieu urbain dense. Les résultats révèlent que les émissions diffuses de COSV non halogénés (phtalates et HAP) par volatilisation passive, constituent un enjeu environnemental et sanitaire qui pourrait dépasser celui des anciens POP (PCB, PBDE). / The objective was to characterize the indirect emissions of SVOCs (PCB, HCB, PeCB, PAHs, phthalates and PBDE) on potentially contaminated environments by their uses (underground railway zones, traffic roads) and waste treatment sites (wastewater treatment plants, elimination, vehicle destruction sites). Measuring networks including "large volume" active air samplers, passive samplers and environmental bio-accumulators have been used to acquire data in the vicinity of potential sources. The results reveal an ubiquity of all the measured compounds in the air, where their presence in the gas phase prevails. The air contamination of the study sites shows a common ranking (phthalates> PAHs> HCB> PeCB> PCBs> PBDEs), where air contamination in summer is more important, confirming the relative importance of diffuse emissions by passive volatilization The results from passive sensors demonstrate the value of this complementary tool for the realization of large spatio-temporal scale study. The interpretation of environmental state from air, soil, atmospheric deposition and plant bio-accumulators analyzes indicates that the contamination remains mostly equivalent to urban area.. The results reveal that diffuse emissions of non-halogenated SVOCs (phthalates and PAHs) by passive volatilization, represent an environmental and health challenge where that could exceed those of past POPs (PCBs, PBDE, ...).

Cette recherche propose d’analyser les opportunités solaires passives d’une serre accolée à un espace séjour en vue d’optimiser le confort et la consommation énergétique. La simulation numérique des différentes configurations à l’aide de l’outil PLEIADES+COMFIE 2.0 permet de traiter les différents phénomènes physiques présents dans un tel espace. Les résultats obtenus sont présentés sous forme de tableaux et d’histogrammes qui permettent de comparer l’incidence des différentes variables étudiées sur la température de la serre et la consommation énergétique du séjour. Ces solutions répondent aux conditions climatiques de la ville de Québec et visent une application résidentielle. / This research proposes to analyze the solar passive opportunities of a greenhouse attached to a living-room to maximize comfort and energy consumption. Numerical simulations of different configurations using the tool PLEIADES+COMFIE 2.0 can handle the different physical phenomena present in such space. The results are presented in tables and histograms that allow to compare the impact of different variables studied on the temperature of the greenhouse and energy consumption of the living-room. These solutions meet the climatic conditions of Quebec City and are a residential application.

Les systèmes de courte portée et de détection directe sont le dernier/premier kilomètre de la fourniture des services Internet d'aujourd'hui. Deux cas d'application sont abordés dans cette thèse, l'un concerne l'amélioration des performances des services Internet par la Fibre-To-TheHome ou les réseaux optiques passifs (PONs). L'autre est le radio access network (RAN) pour le fronthaul. Notre objectif pour RAN est de superposer les signaux 5G sur une infrastructure PON. Nous démontrons expérimentalement la génération d'un signal de répartition multiplexée de fréquences orthogonales (OFDM) à bande latérale unique en utilisant un modulateur IQ sur puce basé sur les photoniques au silicium à micro-anneau. Il s'agit d'une solution à coût bas permettant aux PONs d'augmenter les débits de données grâce à l'utilisation d'OFDM. Nous avons généré un signal OFDM à large bande avec un ratio de suppression de bande latérale de plus de 18 dB. Afin de confirmer la robustesse de la dispersion chromatique (CD), nous transmettons le signal généré OFDM SSB dans plus de 20 km de fibre de monomode standard. Aucun fading induit par la CD n'a été observé et le taux d'erreur sur les bits était bon. Nous proposons une solution de photoniques au silicium pour un réseau optique passif afin de mitiger l'interférence de battement signal-signal (SSBI) dans la transmission OFDM, et de récupérer une partie des porteuses de la liaison descendante pour une utilisation dans la liaison montante. Le sous-système recrée les interférences à une entrée du détecteur équilibré ; le signal de données corrompu par SSBI est à la deuxième entrée. L'annulation se produit via la soustraction dans la détection équilibrée. Comme notre solution de photoniques au silicium (SiP) ne peut pas filtrer les signaux idéalement, nous examinons un facteur d'échelle introduit dans la détection équilibrée qui peut balancer les effets de filtrage non idéaux. Nous montrons expérimentalement l'annulation de l'interférence donne de bonnes performances même avec une porteuse faible, soit pour un ratio porteuse/signal ultra bas de 0 dB. Bien que notre solution soit sensible aux effets de la température, notre démonstration expérimentale montre que le réglage de la fréquence résonante peut dériver jusqu'à 12 GHz de la valeur ciblée et présenter toujours de bonnes performances. Nous effectuons des simulations extensives du schéma d'annulation SSBI proposé, et suggérons une diverse conception polarisée pour le sous-système SiP. Nous examinons via la simulation la vulnérabilité à la variation de température et introduisons une nouvelle métrique de performance : Q-facteur minimum garanti. Nous nous servons de cette métrique pour évaluer la robustesse d'annulation SSBI contre la dérive de fréquence induite par les changements de température. Nous maximisons l'efficacité spectrale sous différentes conditions du système en balayant les paramètres de conception contrôlables. Finalement, les résultats de la simulation du système fournissent des indications sur la conception du résonateur micro-anneau, ainsi que sur le choix de la bande de garde et du format de modulation pour obtenir la plus grande efficacité spectrale. Finalement, nous nous concentrons sur la superposition des signaux 5G sur une infrastructure PON pour RAN. Nous expérimentalement validons un sous-système photonique au silicium conçu pour les réseaux optiques passifs avec réutilisation de porteuses et compatibilité radiosur-fibre (RoF) analogique 5G. Le sous-système permet la détection simultanée des signaux RoF et du signal PON transmis dans une seule tranche assignée de longueur d'onde. Tout en maintenant une qualité suffisante de détection des signaux RoF et PON, il n'y a que la puissance minimale de la porteuse qui est extraite pour chaque détection, ce qui conserve ainsi la puissance de la porteuse pour la modulation de liaison montante. Nous réalisons une suppression efficace du signal de liaison descendante en laissant une porteuse propre et forte pour la remodulation. Nous démontrons expérimentalement le signal RoF de liaison montante via un modulateur à micro-anneau. Nous avons détecté avec succès un signal à large bande de 8 GHz et cinq signaux RoF de 125 MHz simultanément. Et deux signaux RoF de 125 MHz sont remodulés sur la même porteuse. Le signal RoF de liaison montante généré est de 13 dB de plus que les signaux de liaison descendante, ce qui indique leur robustesse contre la diaphonie des signaux résiduels de la liaison descendante. / Short reach, direct detection systems are the last/first mile of today's internet service provision. Two use cases are addressed in this thesis, one is for enhancing performance of Internet services on fiber-to-the-home or passive optical networks (PON). The other is radio access networks (RAN) for fronthaul. Our focus for RAN is to overlay 5G signals on a PON infrastructure. We experimentally demonstrate the generation of a single-sideband orthogonal frequency division multiplexed (OFDM) signal using an on-chip silicon photonics microring-based IQ modulator. This is a low cost solution enabling PONs to increase data rates through the use of OFDM. We generated a wideband OFDM signal with over 18 dB sideband suppression ratio. To confirm chromatic dispersion (CD) robustness, we transmit the generated SSB OFDM signal over 20 km of standard single mode fiber. No CD-induced fading was observed and bit error rate was good. We propose a silicon photonics solution for a passive optical network to mitigate signal-signal beat interference (SSBI) in OFDM transmission, and to recuperate a part of the downlink carrier for use in the uplink. The subsystem recreates the interference at one balanced detector input; the data signal corrupted with SSBI is at the second input. Cancellation occurs via subtraction in the balanced detection. As our silicon photonics (SiP) solution cannot filter the signals ideally, we examine a scaling factor to be introduced to the balanced detection that can trade-off the non-ideal filtering effects. We show experimentally that the interference is cancelled, allowing good performance even with a weak carrier, that is, for ultra low carrier to signal ratio of 0 dB. Although our solution is sensitive to temperature effects, our experimental demonstration shows the tuning of the resonant frequency can drift by as much as 12 GHz from the targeted value and still provide good performance. We perform extensive simulations of the proposed SSBI cancellation scheme, and suggest a polarization diverse design for the SiP subsystem. We examine via simulation the vulnerability to temperature variation and introduce a new performance metric: minimum guaranteed Qfactor. We use this metric to evaluate the SSBI cancellation robustness against the frequency drift induced by temperature changes. We maximize the spectral efficiency under different system conditions by sweeping the controllable design parameters. Finally the system simulation results provide guidance on the microring resonator design, as well as choice of guard band and modulation format to achieve the highest spectral efficiency. Finally, we turn to focus on overlay 5G signals on a PON infrastructure for RAN. We experimentally validate a silicon photonic subsystem designed for passive optical networks with carrier reuse and 5G analog radio-over-fiber (RoF) compatibility. The subsystem enables the simultaneous detection of RoF signals and a PON signal transmitted in a single assigned wavelength slot. While maintaining sufficient quality of RoF and PON signal detection, only the minimum carrier power is leached off for each detection, thus conserving carrier power for uplink modulation. We realize effective downlink signal suppression to leave a clean and strong carrier for remodulation. We demonstrate experimentally the RoF uplink signal via a micro ring modulator. We successfully detected an 8 GHz broadband signal and five 125 MHz RoF signals simultaneously. And two 125 MHz radio over fiber signals are remodulated onto the same carrier. The generated uplink RoF signal is 13 dB over the downlink signals, indicating their robustness against the crosstalk from residual downlink signals.

Aujourdhui, les énergies renouvelables deviennent progressivement des énergies à part entière qui rivalisent avec des énergies fossiles du point de vue coût et performance de production. Cependant, souvent leurs systèmes de conversion de lénergie en électricité souffre dun manque doptimisation qui en font encore des systèmes trop chers et présentant des déficiences importantes en rendement et en fiabilité. Pour cela, bien quil existe de plus en plus de travaux de recherches prouvant la viabilité de ce type de sources comme par exemple, lénergie photovoltaïque (PV) ou lénergie éolienne, beaucoup de réticentes existent pour installer ces systèmes à grande échelle autant en production de masse que chez des particuliers. A côté des autres laboratoires français, le LAAS-CNRS a choisi dapporter sa contribution sur la partie «Système» de la chaîne de conversion. En effet, du fait de lexistence de problèmes de non-optimisation électrique des systèmes et du manque déquipes de recherche sintéressant à ces axes, les points à résoudre se situaient alors autant sur la partie conversion électrique que thermique du générateur PV. Les premiers travaux entrepris se sont donc focalisés sur loptimisation de la partie conversion électrique. Pour cela, en sappuyant sur la création, le développement et lévolution constante du site de démonstration de 1kW crête PV entièrement instrumenté au sein même du LAAS, différentes architectures de conversion électriques dédiées au PV, ont été développées, notamment en collaboration avec lUniversité Rovira i Virgili de Tarragone (URV) et lUniversité Polytechnique Catalane de Barcelone (UPC). Très rapidement, nous nous sommes aperçus que, même si les systèmes PV faisaient des progrès considérables, ils ne pourraient à eux seuls représenter une source dénergie fiable. En effet, les variations de production étant fortement couplés aux données météorologiques, la production ne pouvait pas forcément être assurée lorsque lutilisation se n faisait sentir. Nous avons donc pensé à coupler les systèmes PV à dautres sources dénergie ainsi à travers des moyens de stockage. La maturité des études sur le photovoltaïque montre, quant à elle, de nouveaux débouchés, notamment sur les systèmes embarqués et les microsystèmes de très faibles puissances. Nous avons donc développé un nouvel axe de recherche depuis 2000 au sein du LAAS-CNRS sur les micro-sources et micro-convertisseurs intégrés dédiés aux microsystèmes. En effet, aujourdhui, les études menées sur loptimisation de convertisseurs statiques dénergie peuvent se généraliser à un certain nombre dapplications vis à vis de leur alimentation. Les objectifs sont de minimiser la taille et le volume tout en limitant les coûts de développement des nouveaux produits et en réduisant notamment les phases de prototypage réel. En effet, quel que soit le type dapplication visée (militaire, spatial, télécommunications, etc&), les nouvelles alimentations doivent être compactes, semi-intégrées ou bien, dans un futur proche, totalement intégrées. Pour cela, elles doivent être modélisables avec une grande précision, en vue doptimiser, dès leur conception, les contraintes de coût, de montée en fréquence et de puissance massique. En résumé, le but, dans les années futures, est datteindre de forts rendements de conversion sur les nouvelles alimentations devant avoir des tailles compatibles avec leurs applications, dans la droite ligne des travaux accomplis.

Les composants passifs hyperfréquences deviennent de plus en plus commercialisés et employés dans les systèmes de télécommunications. La croissance technologique et l'augmentation de la demande des nouvelles applications requièrent de meilleures performances et de moindres coûts. Dans les applications sans fil et notamment dans les modules " émission/réception ", les circulateurs sont utilisés pour l'émission et la réception des signaux simultanément à l'aide d'une seule antenne. Les couches magnétiques traditionnellement déposées et intégrées exigent une cristallisation à haute température ainsi que l'application d'un champ magnétique externe pour garder l'orientation des moments magnétiques. Cette orientation est cependant obtenue par des aimants lourds et volumineux. Devant ces limitations technologiques ainsi que la demande de miniaturisation, l'emploi de l'hexaferrite de baryum sous sa forme particulaire devrait permettre le développement de circulateurs auto-polarisés et miniaturisés à matériaux magnétiques composites. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour objectif d'étudier et de réaliser un circulateur hyperfréquence à nano particules magnétiques orientées dans la bande 40-60 GHz. L'état de l'art expose les différentes topologies de circulateurs dont la topologie coplanaire est choisie pour notre application. L'étude analytique est basée sur les travaux de Bosma permettant de modéliser le circulateur triplaque. Les principales dimensions géométriques obtenues sont ensuite transposées vers la structure coplanaire en 3D à l'aide de l'outil de simulation HFSS. Devant les limitations de cet outil, différentes structures ont été étudiées et simulées numériquement pour présenter au mieux le matériau composite. Plusieurs séries de prototypes sont ensuite fabriquées à partir des structures optimisées en simulation numérique. Le matériau magnétique composite déposé a des épaisseurs de 40 et 100 μm. Les caractérisations hyperfréquences montrent la performance des dispositifs réalisés. Des pistes de recherche sont proposées pour l'amélioration des performances de nos prototypes.

Les régimes dynamiques dans les basses couches de l'atmosphère à l'île de la Réunion sont conditionnés par l'action du relief et du rayonnement sur l'écoulement synoptique. L'île est située en permanence dans le flux des alizés de sud-est et son relief élevé, culminant à 3000 m dans le centre de l'île et 2600 m au sud, constitue un obstacle important pour l'écoulement moyen. Le relief, le chauffage différentiel des pentes et le contraste thermique avec l'océan influent sur les échanges locaux entre la couche limite marine et la troposphère libre.L'analyse des phénomènes complexes de l'écoulement atmosphérique au niveau de l'île a pour but initial de caractériser les transferts de polluants émis localement. Cette étude a deux applications : * La première rentre dans le cadre préparatoire à la mise en place, à 2200 m d'altitude sur le Piton Maïdo, de l'observatoire atmosphérique de l'OPAR, à l'horizon 2011. L'objectif est de comprendre les circulations locales induites par le relief et les transports associés afin de discriminer d'éventuelles pollutions par les sources locales sur le signal qui sera mesuré in situ au sommet du Maïdo.* La seconde vise à étudier la diffusion des panaches volcaniques du Piton de la Fournaise. L'éruption majeure d'avril 2007 du volcan réunionnais a montré que des panaches pouvaient générer d'importantes pollutions dans diverses parties de l'île allant jusqu'à poser de réels problèmes environnementaux et de santé publique.Ces applications s'appuient sur une étude par modélisation numérique à haute résolution des écoulements atmosphériques dans les basses couches au niveau de l'île, au moyen du modèle météorologique de recherche MésoNH, permettant de conduire un ensemble de simulations sur cas idéalisés puis sur cas réels avec diffusion de traceurs passifs.

Mes recherches se placent dans ce cadre général du développement de nouveaux microsystèmes pour différentes applications. Le cheminement scientifique général que j'essaye d'appliquer à l'ensemble de mes activités peut être décrit par quatre phases dont la durée varie en fonction des thèmes, des moyens mis en œuvre et de l'environnement : Validation de nouveaux concepts, Optimisation des dispositifs en rapport avec un cahier des charges, Etude de fiabilité, Transfert industriel. Les trois premières phases mettent en œuvre des cycles de travaux que l'on peut classer en trois catégories : Conception/Simulation, Fabrication, Caractérisation/Modélisation. Pour chaque phase, un nombre plus ou moins important de cycles est alors nécessaire afin d'arriver à une modélisation acceptable du dispositif qui correspond à une compréhension correcte de son fonctionnement. C'est cette démarche qui m'a amené progressivement à travailler sur trois thématiques scientifiques : les capteurs de pression qui sont dans la phase de transfert industriel, les MEMS RF qui se trouvent dans la phase d'étude de fiabilité et les capteurs sans fil passifs à transduction électromagnétique qui restent encore en grande partie dans la phase de validation des concepts. Mes recherches se placent dans ce cadre général du développement de nouveaux microsystèmes pour différentes applications. Le cheminement scientifique général que j'essaye d'appliquer à l'ensemble de mes activités peut être décrit par quatre phases dont la durée varie en fonction des thèmes, des moyens mis en œuvre et de l'environnement : Validation de nouveaux concepts, Optimisation des dispositifs en rapport avec un cahier des charges, Etude de fiabilité, Transfert industriel. Les trois premières phases mettent en œuvre des cycles de travaux que l'on peut classer en trois catégories : Conception/Simulation, Fabrication, Caractérisation/Modélisation. Pour chaque phase, un nombre plus ou moins important de cycles est alors nécessaire afin d'arriver à une modélisation acceptable du dispositif qui correspond à une compréhension correcte de son fonctionnement. C'est cette démarche qui m'a amené progressivement à travailler sur trois thématiques scientifiques : les capteurs de pression qui sont dans la phase de transfert industriel, les MEMS RF qui se trouvent dans la phase d'étude de fiabilité et les capteurs sans fil passifs à transduction électromagnétique qui restent encore en grande partie dans la phase de validation des concepts.

L'objectif de cette thèse a été premièrement de réaliser des dispositifs passifs intégrés à base de lignes à onde lentes nommées S-CPW (pour " Slow-wave CoPlanar Waveguide ") aux fréquences millimétriques. Plusieurs technologies CMOS ou BiCMOS ont été utilisées: CMOS 65 nm et 28 nm ainsi que BiCMOS 55 nm. Deux baluns, le premier basé sur une topologie de rat-race et le second basé sur un diviseur de puissance de Wilkinson modifié, ainsi qu'un inverseur de phase, ont été réalisés et mesurés dans la technologie CMOS 65 nm. Les résultats expérimentaux obtenus se situent à l'état de l'art en termes de performances électriques. Un coupler hybride et un diviseur de puissance avec des sorties en phase sans isolation ont été conçus en technologie CMOS 28 nm. Les simulations montrent de très bonnes performances pour des dispositifs compacts. Les circuits sont en cours de fabrication et pourront très bientôt être caractérisés. Ensuite, une nouvelle topologie de diviseurs de puissance, avec sorties en phase et isolé a été développée, offrant une grande flexibilité et compacité en comparaison des diviseurs de puissance traditionnels. Cette topologie est parfaitement adaptée pour les technologies silicium. Comme preuve de concept, deux diviseurs de puissance avec des caractéristiques différentes ont été réalisés en technologie PCB microruban à la fréquence de 2.45 GHz. Un composent a été conçu à 60 GHz en technologie BiCMOS 55 nm utilisant des lignes S CPW. Les simulations prouvent que le dispositif est faibles pertes, adapté et isolé. Les circuits sont également en cours de fabrication. Enfin, deux topologies de " reflection type phase shifter " ont été développées, la première dans la bande RF et la seconde aux fréquences millimétrique. Pour la bande RF, le déphasage atteint plus de 360° avec une figure de mérite très élevée en comparaison avec l'état de l'art. En ce qui concerne le déphaseur dans la bande millimétrique, la simulation montre un déphasage de 341° avec également une figure de mérite élevée.

Ces travaux de doctorat portent sur la caractérisation, la modélisation et l'optimisation des performances électriques des réseaux d'interconnexions dans les empilements 3D de circuits intégrés. Dans un premier temps des outils de caractérisation ont été développés pour les briques élémentaires d'interconnexions spécifiques à l'intégration 3D : les interconnexions de redistribution (RDL), les interconnexions enfouies dans le BEOL, les vias traversant le silicium (TSV) et les piliers de cuivre (Cu-Pillar). Des modèles électriques équivalents sont proposés et validés sur une très large bande de fréquence (MHz-GHz) par modélisation électromagnétique. Une analyse des performances électriques des chaînes complètes d'interconnexions des empilements 3D de puces est ensuite effectuée. Les empilements « Face to Face », « Face to Back » et par « Interposer » sont comparés en vue d'établir leurs performances respectives en terme de rapidité de transmission. Une étude est aussi réalisée sur les inductances 2D intégrées dans le BEOL et dont les performances électriques sont fortement impactées par le report des substrats de silicium. La dernière partie est consacrée à l'établissement de stratégies d'optimisation des performances des circuits 3D en vue de maximiser leur fréquence de fonctionnement, minimiser les retards de propagation et assurer l'intégrité des signaux (digramme de l'œil). Des réponses sont données aux concepteurs de circuits 3D quant aux meilleurs choix d'orientation des puces, de routage et de densité d'intégration. Ces résultats sont valorisés sur une application concrète de circuits 3D « mémoire sur processeur » (Wide I/O) pour lesquels les spécifications requises sur les débits (Gbp/s) restent un véritable challenge. / This PhD work deals with characterization and electrical modeling of interconnection networks for 3D stacking of advanced integrated circuits. First, characterization tools have been developed for basic interconnect element specific of the 3D integration : ReDistribution Layer (RDL) interconnect, Back End Of Lines (BEOL) interconnect, Through Silicon Via (TSV) and Copper Pillar. Equivalent models are proposed and then validated on a broad band frequency (MHz-GHz) by electromagnetic modeling. An analysis of global electrical performances of interconnections networks is investigated for 3D wafer stacking. Face to Face, Face to Back and Interposer stacking are compared in order to establish their performances in term of data rate transmission. A study is also carried on 2D inductances integrated in the BEOL to find out which electrical performances are strongly impacted by the stacking of silicon substrate. The last part is dedicated to the optimization strategies of the 3D circuits performances in order to maximize their frequency bandwidth, to minimize the propagation delays and to insure the signal integrity (eye diagram). Answers are given to the 3D circuits designers for determining the best choices of chips orientation, routing and integration density. These results are valued on a concrete application of 3D circuits “memory on processor” (Wide I/O) where obtaining the required specifications on data rate (Gbyps) remain a real challenge.