Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la modélisation et la simulation d'un microsystème multidisciplinaire composé de dispositifs qui sont conçus dans des domaines différents: électromécanique, électronique analogique et numérique, et électrochimique. <br />L'objectif est de proposer des prototypes virtuels d'un microsystème dit autonome. Ce microsystème permet de générer à partir de vibrations mécaniques, une énergie électrique qui sert à alimenter tout le dispositif, et le rendre électriquement indépendant.<br />Une méthode de modélisation collaborative sous l'environnement MATLAB/Simulink est proposée afin d'étudier le comportement du microsystème. Ceci est réalisé à différents niveaux de détails en se basant sur deux approches de simulations. La première permet de vérifier le comportement du prototype virtuel dans un même environnement et de le valider par simulation globale. La deuxième approche consiste à simuler le système complet en faisant appel à l'interface de cosimulation avec le langage VHDL sous ModelSim. <br />Les résultats de simulation confrontés aux mesures effectuées sur le prototype physique ont montré la fiabilité de la méthode proposée.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la modélisation et la simulation d'un microsystème multidisciplinaire composé de dispositifs qui sont conçus dans des domaines différents: électromécanique, électronique analogique et numérique, et électrochimique. L'objectif est de proposer des prototypes virtuels d'un microsystème dit autonome. Ce microsystème permet de générer à partir de vibrations mécaniques, une énergie électrique qui sert à alimenter tout le dispositif, et le rendre électriquement indépendant. Une méthode de modélisation collaborative sous l'environnement MATLAB/Simulink est proposée afin d'étudier le comportement du microsystème. Ceci est réalisé à différents niveaux de détails en se basant sur deux approches de simulations. La première permet de vérifier le comportement du prototype virtuel dans un même environnement et de le valider par simulation globale. La deuxième approche consiste à simuler le système complet en faisant appel à l'interface de cosimulation avec le langage VHDL sous ModelSim. Les résultats de simulation confrontés aux mesures effectuées sur le prototype physique ont montré la fiabilité de la méthode proposée.

Cette thèse vise à améliorer la pile de protocoles pour réseaux de capteurs sans fil à récupération d'énergie afin de les rendre autonomes dans un contexte multi-saut. Elle s'inscrit dans le projet GreenNet de STMicroelectronics qui a pour objectif de concevoir et développer une nouvelle génération d'objets intelligent basés sur la récupération d'énergie ambiente en vue de l'intégration dans l'Internet des Objets. L'originalité de la plateforme GreenNet repose sur sa petite taille qui implique une faible capacité de stockage d'énergie ainsi qu'une faible capacité de récupération d'énergie. Avec un si faible budget d'énergie, les protocoles standards ou les solutions proposées par les communautés académique/industrielle ne permettant pas d'assurer un fonctionnement autonome de ces réseaux. Dans cette thèse, nous analysons les protocoles standards et les solutions existantes pour identifier leurs limites avec la plateforme GreenNet. Ensuite, nous proposons 3 contributions afin de permettre cette autonomie. La première contribution est MCBT, un protocole permettant d'accélérer la découverte et le rattachement de nouveaux noeuds à un réseau multi saut et multi-canaux en formation ou existent. Ce protocole réduit efficacement l'énergie dépensée dans cette phase fortement consommatrice. La deuxième contribution est STADA, un algorithme adaptant l'activité des capteurs en fonction des conditions locales de trafic et d'énergie disponible. STADA est basé sur une fonction de pondération qui tient compte de l'énergie présente dans la batterie, du taux de récupération d'énergie et du trafic local. Enfin, notre troisième contribution propose une nouvelle métrique de routage basée sur Expected Delay synthétisant en une seule variable monotone des facteurs tels que l'éloignement au puits, les chemins bénéficiant d'un ordonnancement de relayage de paquet privilégié et de périodes cumulées d'activité des radios sur le chemin favorable. Toutes les solutions proposées sont conçues pour fonctionner avec la norme IEEE 802.15.4 slotté et sont facilement transposables à son évolution définie par la norme IEEE 802.15.4e. Nous avons validé les protocoles proposés grâce à un simulateur émulant des noeuds réels (Cooja) et au simulateur WSNet. Les résultats ont montré de meilleures performances en termes de consommation d'énergie et de qualité de service par rapport à l'existant. / This thesis concerns energy efficient protocols for harvested wireless sensor networks. It is a part of an industrial Internet of Things project. STMicroelectronics started the GreenNet project with the objective to develop and design a new generation of harvesting smart objects to be integrated in the Internet of Things. The GreenNet platform is novel with respect to the existing solutions due to its small size that implies a small energy buffer and small harvesting capabilities. This aspect makes the standard protocols and precedent solutions not directly applicable on this extremely low power platform. In this dissertation, we analyse standard protocols and existing solutions to identify their issues in the gn platform. Then, we provide protocol and algorithm adaptations to make feasible the concept of auto configurable and sustainable networks of GreenNet nodes. We proposed MCBT, an energy efficient protocol for the bootstrap procedure. It enables low power nodes to be enrolled in mh mc wireless sensor networks thanks to the network support for enrolling new nodes. It represents an energy efficient solution that extends the standard protocol. We proposed STADA, a sustainable algorithm to adapt the node activity according to the available energy and traffic conditions. STADA is based on a weighted function that takes into account the energy present in the battery, the energy harvesting rate, and network traffic. In this way, the algorithm takes into account all main parameters to adapt the energy consumption and improve the node performance. To make the harvested network more efficient according to light variations, we proposed a novel metric that makes the path choice a simple process. With the Expected Delay, we synthesize all network parameters in a single monotonic variable that facilitates the path choice in mh harvesting wireless sensor networks. All proposed solutions are designed to work with standard beacon-enabled IEEE 802.15.4 protocols and are easily portable on the future version of IEEE 802.15.4e. We validated the proposed protocols with emulations and simulations. The evaluation results shown better performance in terms of energy consumption and quality of service.

L'objectif de cette thèse est de réaliser un système de Contrôle Santé Intégré des structures aéronautiques (CSI ou SHM) autonome et à double-fonctionnalité. Ce système doit être en mesure d'assurer son autonomie énergétique tout en réalisant les tâches de détection et de localisation des endommagements. Latechnique retenue pour alimenter ce système est basée sur la récupération d'énergie vibratoire par transducteurs piézoélectriques SHM collés. Durant ces travaux, un modèle analytique complet de la chaîne de récupération d'énergie vibratoire a d'abord été créé. Ce modèle, validé par la Méthode des ÉlémentsFinis (MEF), permet d'améliorer le rendement du système en déterminant les dimensions, les locali-sations et le type de matériau piézoélectrique idéals des transducteurs. Ce modèle a ensuite été étendu à une configuration plus représentative des conditions de vibrations d'une structure en vol. Une bonne corrélation entre les résultats provenant du modèle prédictif et les essais sur un banc de mesures a étémise en évidence. Une puissance de 1.67mW a été récupérée et la capacité large bande des transducteurs a été vérifiée. L'application de la récupération d'énergie au contrôle de structures composites en cours d'assemblage sur les lignes de production a également été étudiée. Dans ce cas, un transducteur stratégiquement localisé et alimenté par une source de tension disponible génère des ondes de Lambdans la structure afin de pallier l'absence de vibrations naturelles. Un réseau de transducteurs secondaires disséminés sur cette structure récupère et convertit cette énergie vibratoire en énergie électrique. Une puissance de 7.36 mW a été récoltée et ce système a été en mesure de détecter une chute d'outil sur le composite et d'éclairer de façon autonome une diode électroluminescente (DEL) simulant ici la consommation de la transmission sans fil de l'information.

Ce mémoire fait un point sur seize années de recherche dans le domaine du transport réactif, depuis mes travaux de thèse en 1997. Ces recherches s'articulent autour de deux axes équilibrés : d'une part le développement du programme de transport réactif Hytec, d'autre part l'application de ce modèle dans différents domaines. Les deux premières parties du rapport détaillent certains points marquants, pour la plupart publiés ou en cours de publication, de ces travaux de recherche en suivant la double logique développement et applications. La dernière partie propose une réflexion sur des pistes de prolongement de ces recherches. Développement d'outil de transport réactif La première partie, très numérique, détaille le fonctionnement du code Hytec auquel j'ai participé depuis mon arrivée dans le laboratoire. Les équations sous-jacentes du modèle sont décrites. Les méthodes de résolution reposent sur une discrétisation volumes finis sur des éléments de Voronoï pour toute la partie hydrodynamique (écoulement, transport et thermique). Le couplage entre la chimie et le transport est résolu de manière séquentielle itérative. Des développements spécifiques sont ensuite présentés. La prise en compte de la rétroaction de la chimie sur le transport exige des méthodes de couplage spécifiques pour assurer la convergence vers la solution : son effet doit être intégré au coeur du couplage entre chimie et transport. La simulation de milieux à double porosité peut être simulée de manière très élégante en dédoublant les mailles chimiques. L'intégration des gaz a des implications sur la résolution de l'écoulement (et la nécessité de résoudre simultanément les équations en pression et en teneur en gaz), le transport (de la phase gaz indépendamment de la phase aqueuse) et le couplage avec la chimie et l'équilibre eau-gaz. Applications Le code Hytec est utilisé dans de nombreux domaines, dans l'équipe et à l'extérieur no- tamment par les membres du consortium de développement Pôle Géochimie Transport. Deux familles d'applications sur lesquelles j'ai particulièrement travaillé ces dernières an- nées sont détaillées. Le stockage géologique de CO2 est une technologie intéressante pour limiter les émissions de gaz à effet de serre. Avant que la technologie soit déployée, il est indispensable de démontrer son efficacité. Les méthodes détaillées s'attachent à vérifier la durabilité des barrières de stockage : puits et couverture. L'exploitation d'uranium par ISR est une technique utilisée pour les gisements de fort tonnage mais faible teneur. Elle consiste à faire circuler des fluides dans le gisement pour dissoudre et extraire l'élément visé. La simulation par transport réactif est particulière- ment bien adaptée pour décrire les phénomènes. Les travaux détaillés visent à simuler la formation des gisements et leur exploitation.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

À ce jour, la récupération de métaux précieux contenus dans les déchets d'équipements électriques et électroniques (DEEE) se fait par des procédés présentant un niveau de dangerosité certain du fait de l'utilisation de cyanure ou d'eau régale qui impactent l'environnement avec une toxicité notoire pour l'homme dans le cas des cyanures. C'est dans la perspective de répondre à ces enjeux environnementaux que le projet PEPITE a été construit en associant un industriel (RECUPYL®) le LEPMI avec le soutien de L'ADEME. L'objet du projet vise à récupérer les métaux précieux contenus dans les DEEE par un procédé utilisant des liquides ioniques (LIs). Les travaux ont permis de compiler une base de connaissance très utile sur les propriétés physicochimiques des liquides ioniques retenus. Nous avons également pu bâtir un schéma de traitement aussi efficace mais sans rejet de gaz toxiques ou d'effluents. Les résultats de nos travaux ont conduit à l'émergence d'une nouvelle voie de recyclage par chimie verte grâce à l'application des liquides ioniques. Enfin, cet avantage environnemental s'accompagne d'une viabilité économique en regard des procédés actuels.

Le développement des réseaux de capteurs sans fil (WSN) profite des progrès récents en consommation énergétique dans les systèmes électroniques et des progrès en technologies de récupération d'énergie pour construire des entités de contrôle intelligentes utilisées dans des domaines variés comme la santé ou l'agriculture. Grâce aux consommations toujours plus faibles des circuits de communication radiofréquence, il est possible de créer des réseaux de systèmes de capteurs capables d'extraire des données de l'environnement et de les transmettre à une entité maîtresse. Les durées de vie limitées des batteries sont un frein au développement de tels réseaux pour des raisons de coût et de difficulté de maintenance. Grâce à la récupération d'énergie dans l'environnement, qu'elle soit solaire, thermique ou mécanique, il est alors envisageable d'alimenter un système de capteurs et sa communication sans fil afin d'accroitre l'autonomie globale du réseau. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse visent à étudier la gestion d'énergie au sein d'un nœud de capteurs communicant sans fil. Grâce à l'utilisation d'une architecture d'alimentation avancée à chemins de puissance multiples, basée notamment sur un chemin direct à haut rendement entre les récupérateurs d'énergie et les charges consommantes, le système peut optimiser son rendement énergétique lorsque l'énergie est récupérée dans l'environnement. Cette architecture d'alimentation requiert néanmoins un contrôle numérique fin afin de déterminer à tout moment le chemin de puissance optimal entre les récupérateurs, les capacités et batterie de stockage, et les charges consommantes. Un contrôleur intégré asynchrone réalise une gestion événementielle de ces chemins de puissance et permet au système d'être robuste face aux variations énergétiques environnementales. Après une modélisation et une analyse des gains de l'architecture avancée de gestion de puissance, un contrôleur événementiel adapté aux systèmes de capteurs communicants est proposé. Ce contrôleur est implémenté en logique asynchrone quasi insensible aux délais (QDI) et offre au système une robustesse intrinsèque forte aux variations environnementales en addition à sa très faible consommation. Un circuit de gestion d'alimentation pour nœud de capteurs communicant est ainsi fabriqué en technologie CMOS 180nm et intègre des innovations tant architecturales que de gestion numérique applicative. Sa consommation globale proche d'1µW permet ainsi la réalisation de systèmes de capteurs fonctionnels pour des applications mettant en jeu des puissances de l'ordre du microwatt, autorisant en conséquence la mise en place de réseaux de capteurs ultra faible consommation.

Cette thèse est consacrée à la description et à l'étude de la sécurité de divers protocoles destinés à faire de l'authentification d'objets physiques à distance à base de comparaison de vecteurs binaires. L'objectif des protocoles proposés est de pouvoir réaliser une authentification en garantissant d'une part que les informations envoyées et reçues par le lecteur n'ont pas été manipulées par un adversaire extérieur et d'autre part sans révéler l'identité de l'objet testé à un tel adversaire, ou même, modulo certaines hypothèses raisonnables, aux composantes du système. Nous nous sommes fixés de plus comme objectif d'utiliser des méthodes de cryptographie sur courbe elliptique pour pouvoir profiter des bonnes propriétés de ces dernières, notamment une sécurité accrue par rapport à la taille des clefs utilisées. Nous présentons plusieurs protocoles atteignant l'objectif et établissons pour presque tous une preuve théorique de leur sécurité, grâce notamment à une nouvelle caractérisation d'une notion standard de sécurité.

Le contexte de cette thèse est la récupération d'énergie afin de rendre des capteurs autonomes. L'objectif de ce travail est de répondre à la problématique du couplage des microgénérateurs piézoélectriques résonants à la source de vibration mécanique. Cela nécessite de travailler à plus basse fréquence et sur des gammes de fréquences plus importantes. Pour travailler à plus basses fréquences, des poutres encastrées libres utilisant l'AlN comme matériau piézoélectrique ont été conçues, fabriquées et caractérisées. La possibilité de récupérer 0.6µW à 214Hz pour un volume de moins de 3mm3 a été prouvée. Comparées à la littérature, de très bonnes figures de mérite ont été démontrées. Pour travailler sur des gammes de fréquences plus importantes, une méthode innovante de raidissement non linéaire de la structure a été proposée et prouvée expérimentalement, avec une adaptation de la fréquence de résonance de plus de 50% en dessous de 500Hz