La structure nucléaire des noyaux de la couche sd a été bien étudiée expérimentalement à proximité de la ligne de stabilité et, plus récemment, l'intérêt a porté sur les noyaux riches en neutrons. Les états normaux de parité positive sont bien décrits à l'aide de l'interaction USD dans l'espace sd (espace 0ħω) avec un cœur de 16O. Cette interaction a été récemment réajustée et les nouveaux Hamiltonians obtenus sont appelés USDA et USDB. Les spectres expérimentaux montrent l'existence, en plus des états normaux, d'un ensemble d'états de parité négative nommé "états intrus", résultant de l'excitation d'un nucléon de la couche p vers sd, pour les noyaux près de 16O ou de la couche sd vers pf pour les noyaux proches de 40Ca. Au milieu de la couche sd il y a compétition entre les deux types d'excitations pour les intrus. Avant notre travail, il n'existait pas de description unifiée des états de parité négative à travers toute la couche sd. Pour étudier les états intrus, nous avons élargi l'espace modèle de l'espace sd (cœur 16O) à l'espace complet p-sd-pf (cœur 4He) appelé espace 1ħω. Cela nécessite la construction d'une nouvelle interaction compatible avec cette extension de l'espace modèle. Cette procédure est maintenant possible en raison de l'augmentation de la puissance de calcul. Nous avons ainsi mis au point pour la première fois une interaction 1ħω appelée PSDPF, qui comporte cinq parties distinctes: p, sd et pf en plus des termes croisés p-sd et sd-pf. Les trois interactions fixes pour p, sd et pf sont respectivement: CK, USDB et SDPF-NR, cette dernière contient également les éléments de matrice à deux corps sd-pf, l'interaction p-sd est considérée comme étant l'interaction PSDT. Nous avons modifié les contributions p-sd et sd-pf pour reproduire l'évolution en énergie des états intrus de différents spins à travers toute la couche sd. Cette nouvelle interaction a été utilisée pour calculer les états intrus dans les noyaux sd avec N = Z et Z + 1. Les spectres en énergie des états + et - dans tous les noyaux sd ont aussi été calculés. La comparaison expérience-théorie montre un très bon accord et donne ainsi du crédit à notre nouvelle interaction proposée pour décrire les états intrus de la couche sd. Des états de parité - ont été attribués certains niveaux de Jπ inconnus. Les probabilités de transitions électromagnétiques réduites E2 et E3 des premiers états de parité + et -, avec Jπ = 2+ et 3- dans les noyaux pair-pairs, ont été également calculées et les charges effectives pour les transitions E3 ont été étudiées pour la première fois.

Nous étudions dans cette thèse divers matériaux périodiques, en particulier des métamatériaux, auxquels nous appliquons des méthodes d'homogénéisation. Un état de l'art des formules de mélange des paramètres électromagnétiques est d'abord brossé. Nous présentons ensuite une technique d'homogénéisation asymptotique, dite de l'éclatement périodique, qui s'applique aux matériaux bianisotropes dispersifs. Les simulations par éléments finis sont effectuées aussi bien dans le domaine temporel que fréquentiel. Cette méthode ne prenant pas en compte les résonances intrinsèques de l'inclusion, nous introduisons une deuxième méthode d'homogénéisation, reposant sur la décomposition de Floquet-Bloch. Nous l'appliquons au cas particulier des résonateurs à anneaux fendus. Les simulations par éléments finis requièreraient un nombre très important de mailles dans la région de la fente, raison pour laquelle nous fermons l'anneau, et modélisons mathématiquement son comportement résonnant. Nous abordons enfin dans la dernière partie le calcul des paramètres électromagnétiques effectifs à partir de paramètres S mesurés. La caractérisation est menée en espace libre entre deux cornets focalisés dans la gamme 6-18~GHz. Pour pallier l'absence de chambre anéchoïque, nous filtrons les données mesurées dans le domaine temporel, avant de les utiliser dans le domaine fréquentiel. Différents métamatériaux sont caractérisés. En particulier, la mesure des résonateurs à anneaux fendus permet de valider notre méthode d'homogénéisation dynamique.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / L’étude de l’interférence entre un plasmon polariton de surface (SPP) avec le faisceau plan lumineux incident sur une nano-fente métallique de dimension sous-longueur d’onde est devenue récemment un sujet fondamental de recherche dans le domaine de la plasmonique afin de mieux comprendre le mécanisme du rehaussement de la transmission optique de la nano-fente. Par la méthode de différences-finies dans le domaine de temps (FDTD), nous avons étudié le mécanisme de couplage du SPP dans la fente nanométrique. L’objectif de ce projet consiste dans un premier temps à la conception et l’implémentation d’un algorithme FDTD flexible et robuste, capable de simuler l’interaction de sources électromagnétiques avec des nanostructures de métal. L’algorithme développé sur la plate-forme Matlab permet de modéliser dans un espace bi-dimensionel des structures diélectriques dispersives. Dans un deuxième temps, nous avons employé ce simulateur FDTD pour étudier les mécanismes de couplage entre un SPP et une fente nanométrique percée dans une mince couche d’argent. Notre analyse démontre que le SPP incident à la fente est diffusé par le rebord de la fente et que les charges électriques induites sur les rebords ré-irradient l’énergie électromagnétique à l’intérieur de la fente. De plus, ces charges électriques génèrent des nouveaux SPPs sur les parois de la fente, qui contribuent à la formation de modes Fabry-Pérot le long de l’axe central de la fente. Nous démontrons aussi la formation de modes Fabry-Pérot créés par la multi-réflexion des ondes diffusées entre les parois de la fente. La combinaison de ces deux modes Fabry-Pérot produit une distribution de champ asymétrique dans la fente. Nous démontrons que la phase du SPP, relativement au faisceau incident normal, détermine les conditions d’interférence constructive et destructive correspondant respectivement au rehaussement et à la diminution de la transmission à travers la nano-fente. Finalement, nous avons confirmé la théorie d’interférence entre les champs induits par le SPP incident et le faisceau incident normal par l’addition de leurs amplitudes instantanées. / The study of the interference of the surface plasmon polariton (SPP) with the incident plane wave on a subwavelength metallic slit has become recently a fundamental subject of research in the domain of plasmonics. One of the objectives is to better understand the phenomenon of enhanced optical transmission through the nano-slit. Using the numerical method of finite-difference time-domain (FDTD), we have investigated the coupling mechanisms of the SPP inside the nano-slit. The objective of this project first consists in the conception and implementation of a flexible and robust FDTD algorithm capable of simulating the interaction between electromagnetic sources and metallic nanostructures. The algorithm that we have developed on the Matlab platform is able to model two-dimensional dispersive dielectric structures. The second and main objective is to use this FDTD simulator to investigate the coupling mechanisms between the SPP and a nano-slit pierced into a thin silver film. Our analysis demonstrates that the incident SPP is scattered by the inner edge of the slit and that the scattered waves induce oscillating electric charges on the slit edges which reradiate electromagnetic energy inside the slit. Moreover, these electric charges generate new SPPs on the slit walls which contribute to the formation of Fabry-Pérot modes along the central slit axis. We also show the formation of Fabry-Pérot modes set up by the multi-reflections of scattered waves between the slit walls. The combination of these two Fabry-Pérot modes produces an asymmetric field distribution inside the slit. We demonstrate that the phase of the SPP relatively to the normal incident beam determine the conditions of constructive and destructive interference which correspond, respectively, to the enhancement and suppression of the optical transmission through the nano-slit. Finally, we have confirmed the theory of interference between the induced fields by the SPP and incident normal beam via the superposition of their instantaneous fields.

La première partie de ce mémoire donne un panorama des trente années de recherche passées au sein de la R&D d’EDF dans le domaine du chauffage par induction dans l’industrie. Les différentes actions menées ont porté sur différentes thématiques : les travaux de modélisation numérique, l’expertise en chauffage par induction dans ses secteurs traditionnels, le développement de solutions innovantes dans d’autres secteurs industriels, La conduite de projet internes R&D puis projets externes avec des financements publics français ou européens, le rayonnement international et le soutien aux jeunes.La deuxième partie présente une synthèse des travaux scientifiques les plus marquants qui ont abouti à la réalisation d’un logiciel d’optimisation des installations de chauffage par induction de billettes afin d’en améliorer les performances énergétiques. La modélisation numérique du chauffage est abordée en 1D par le couplage entre un calcul électromagnétique par la méthode des éléments finis et pas à pas dans le temps et un calcul thermique transitoire par la méthode des différences finies implicites. Le domaine de validité du modèle 1D a été étendu par la mise en place de coefficients correctifs sur le champ magnétique. Les travaux concernant l’inducteur permettent de décrire précisément leur comportement électrique (résistance) et thermique (refroidissement) ; une solution de récupération est même proposée. La modélisation simplifiée de l’onduleur à résonance alimentant l’inducteur permet de décrire son comportement global sans devoir entrer dans les détails de fonctionnement de l’électronique de puissance : suivi de la fréquence de résonance du circuit oscillant, adaptation des consignes à l’impédance du circuit et aux limitations du générateur. Les données électromagnétiques des matériaux et leur évolution avec la température sont mesurées à l’aide d’un équipement conçu sur-mesure. Ces différents travaux sont validés par comparaison avec des modèles numériques plus complexes et avec des expérimentations. Des processus d’optimisation énergétique de la chauffeuse ont été élaborés agissant, soit sur les paramètres électriques de la ligne, soit sur la conception d’un nouvel inducteur.Mémoire de doctorat présenté dans le cadre de la « Validation des Acquis par l’Expérience » / The first part of this dissertation gives an overview of thirty years of research work done in the frame of EDF R&D Division in the domain of industrial induction heating. The different works concerned many themes: numerical modelling, expertise in induction heating in conventional sectors, development of innovative solutions in other industrial sectors, project management inside EDF first, then collaborative projects with French or European financial support, international recognition and support for young researchers.The second part shows a summary of the most relevant scientific works which leaded to a software of billet induction heating optimisation in order to improve its energy efficiency. Numerical modelling is approached in a 1D configuration, coupling an electromagnetic model using a finite elements and step by step in time method with a thermal transient model using an implicit finite difference method. The validity domain is extended thanks to the use of an attenuation coefficient applied to the magnetic field. Works regarding inductor allows to describe more accurately the electrical (resistance) and thermal (cooling) behaviour; a solution for energy recovery is also proposed. The simplified model of the resonant inverter supplying the inductor allows to describe globally its behaviour without going deep in the details of the power electronics: following the resonant frequency of the oscillating circuit, adapting the set points to the circuit impedance and the power supply limitations. Electromagnetic physical data of metals and their evolution with temperature are measured with a tailor-made equipment. All these works are validated by comparison with more complex numerical models or with experiments. Energy optimisation procedures for the heating device are developed, acting either on the line electrical parameters or on the design of a new inductor.PhD dissertation presented in the frame of the “Validation of Professional Experience”

Les matériaux composites sont largement utilisés dans l'industrie automobile comme pièces de structure. Alliant légèreté et bonnes propriétés mécaniques, ils ont remplacé les métaux classiquement adoptés dans la fabrication de moyens de transport. Toutefois, l'emploi des matériaux composites doit tenir compte de leur comportement électromagnétique. En effet, les composites à fibres conductrices, généralement moins conducteurs que les métaux, engendrent une interaction avec les ondes électromagnétiques, différente de celle introduite par les alliages métalliques. Il s'avère donc important de développer des outils de modélisation permettant de mieux appréhender le comportement électromagnétique de matériaux composites, et d'éclairer les changements qu'apportent ces matériaux sur la distribution des champs, provenant d'une multitude de sources externes, au voisinage des systèmes mécatroniques. Par ailleurs, l'étude du comportement électromagnétique de matériaux composites permet de tirer parti de leurs propriétés mécaniques attractives afin d'alléger les boîtiers de blindage en gardant un niveau d'atténuation conforme aux normes de l'industrie. Cependant, la modélisation numérique de structures composites de grande taille, telles que les boîtiers de blindage, bien que classiquement adoptée pour les structures métalliques, est rendue complexe par le fait que les composites présentent des hétérogénéités à l'échelle microscopique, et que leurs mécanismes de blindage diffèrent de ceux des conducteurs homogènes. Le calcul numérique s'avère envisageable une fois le composite remplacé par un matériau homogène ayant une réponse identique face à une sollicitation électromagnétique. Ainsi, au travers de ce travail de thèse, nous proposons une technique d'homogénéisation permettant d'estimer les propriétés électriques équivalentes que nous appliquons aux composites à fibres conductrices unidirectionnelles et tissées. Les résultats obtenus sont utilisés pour la simulation numérique d'un boîtier de blindage. / Composite materials are widely used in the automotive industry as structural components. By combining lightness and robust mechanical properties, they are increasigly replacing the conventionnally used metallic alloys, for the manufacturing of vehicle parts. However, the use of composite materials is not without consequences on the electromagnetic behavior of these parts. Since carbon fiber reinforced composites are generally worse conductors of electricity than metals, they interact differently with the electromagnetic waves which surround them. It is therefore important to develop modeling tools to better understand the electromagnetic behavior of composite materials. This is to explain the changes that these materials bring to the distribution of waves, generated by a multitude of external sources, in the vicinity of mechatronic systems. On the other hand, the study of the electromagnetic behavior of composite materials makes it possible to determine the possibility of taking advantage of their attractive mechanical properties in order to further reduce the weight of electromagnetic shielding enclosures while maintaining a level of attenuation in accordance with the standards of the industry. However, numerical modeling of large composite structures, such as shielding enclosures, although conventionally adopted for metal structures, is hindered by the fact that composites exhibit heterogeneities at the microscopic scale. The numerical calculation becomes possible once the composite is replaced by a homogeneous material that exhibits an identical response to an identical electromagnetic solicitation. In this work, we present a homogenization technique, based on finite element simulation and an optimisation method, that computes an estimate of the equivalent electrical properties of unidirectional and woven fiber reinforced composites. The results are then used to simulate the shielding effectiveness of an enclosure constructed by combining composite materials and metallic alloys.

La sécurité des systèmes de communication mobiles/sans fil est problématique, car ceux-ci sont généralement construits suivant une topologie répartie ou arborescente. Les noeuds qui composent ces réseaux sont caractérisés par des ressources limitées et connectés généralement entre eux d'une manière ad-hoc sans l'aide d'une tierce personne de confiance. Les méthodes de sécurité matures issues du monde des réseaux filaires s'appuient souvent sur des procédés nécessitant des systèmes centralisés et des ressources importantes qui sont difficiles à mettre en place dans des réseaux à fortes contraintes. Dans le cadre de cette thèse, on propose de nouvelles solutions de sécurité qui exploitent les propriétés du médium électromagnétique et de l'interface de radiocommunication dans le but d'assurer des communications sécurisées. La thèse est structurée en deux parties. La première est dédiée au problème de génération de clés de cryptage en exploitant les propriétés des systèmes de communication à bande de fréquence ultra large (ULB). Trois phases sont nécessaires pour convertir le canal radio en clés secrètes: l'estimation du canal, la quantification et l'accord mutuel entre noeuds. Des expérimentations ont été effectuées pour valider les hypothèses sur lesquelles se fondent les méthodes de génération de clés (c.-à-d. la réciprocité et la décorrélation spatiale du canal). Notre étude a montré que la robustesse de ces techniques de sécurité repose sur le choix des algorithmes de numérisation utilisés pour la conversion de la signature du canal ULB vers un format de clé. Une solution adaptative d'extraction a été proposée, évaluée et testée. La robustesse contre les attaques de prédiction du canal a été également examinée. La deuxième partie traite le problème des intrusions illégitimes aux réseaux sans fil. Dans un premier temps, nous testons expérimentalement une méthode basée sur les variations électromagnétiques afin de détecter l'attaque d'écoute passive "eavesdropping" dans les réseaux de capteurs. Par la suite, nous présentons nos travaux concernant l'attaque relais qui est une variante de l'attaque de l'homme-du-milieu et qui est considérée comme un grand défi en particulier pour les systèmes d'authentification. Une nouvelle approche basée sur la détection de la variation des caractéristiques du bruit a été proposée. Des études théoriques et expérimentales ont été conduites pour vérifier la validité de la proposition dans les systèmes de communication de type RFID. / Security in mobile wireless networks is considered a major impediment since these environments are a collection of low-cost devices. They are generally collected in ad hoc manner without the help of trusted third party. Therefore, conventional security methods are always inappropriate. Recent contributions propose to explore the radio communication interface and to turn the radio propagation problems into advantages by providing new alternatives to enhance security. In this thesis, we investigate the signal-based security concept and study its effectiveness through experiments. The first part of this dissertation discusses the problem of key generation from Ultra Wide Band channel. To derive secret keys from channel measurements three stages are required: channel estimation, quantization and key agreement. A campaign of measurements has been performed to confirm the fundamental channel requirements for key generation (i.e., the reciprocity and the spatial decorrelation). Results show that the robustness of such techniques depends on the channel information used as source of randomness as well as on the underlying algorithms. Analysis on the impact of each stage (i.e. the quantization and the key agreement) on the security has been presented. An adaptive key extraction method is proposed, performances are evaluated and robustness against deterministic channel prediction attacks is presented. The second part of the dissertation considers the problem of intrusion detection. First, we test a method based on electromagnetic radiation to discover the presence of an adversary in the receiver/emitter vicinity. Then, the problem of relay attack detection is investigated in RFID systems. A relay attack is a man-in-the middle attack, where the adversary is able to successfully pass the authentication phase by relaying messages between the legitimate verifier and the prover. A new solution based on the noise channel is proposed to detect this attack. Experimental and theoretical results are provided to test the effectiveness of the new proposition.