Le milieu plasma correspond au 4ème état de la matière présentant une permittivité diélectrique complexe qui peut être exploitée pour les systèmes de communication. Sa permittivité négative a été étudiée dans de nombreux travaux de recherche démontrant que le plasma peut avoir des caractéristiques similaires à celles d'un métal en termes de conductivité électrique. En considérant une perméabilité positive, le plasma peut ainsi réagir de la même manière qu'un métal en présence d'une onde électromagnétique. Cette thèse a pour objectif de démontrer que le plasma est une alternative au métal pour la réalisation d'antennes reconfigurables. La première partie du travail concerne la caractérisation du milieu plasma en utilisant des sources plasma commerciales à savoir des lampes à Néon. Cette caractérisation est primordiale afin de pouvoir ensuite simuler ce type de source. La seconde partie des recherches a concerné la conception et la réalisation d'antennes plasma reconfigurables en rayonnement et ceci à la fréquence de 2.4 GHz. Le premier concept est un réflecteur circulaire et le second un réflecteur à angle droit tous les deux réalisés à partir de différentes lampes à Néon et illuminés par une antenne source monopole. Le réflecteur circulaire permet de dépointer le faisceau d'antennes sur 360° alors que le réflecteur à angle droit permet de reconfigurer le faisceau rayonnant et de passer d'un faisceau directif à deux faisceaux avec un creux dans l'axe. Ces dispositifs rayonnants innovants basés sur des lampes à Néon ont été validés expérimentalement et les résultats de mesure (S11 et rayonnement) sont en bonne adéquation avec les résultats de simulation. Ces deux types d'antennes réflecteurs possèdent également de bons résultats en termes de gain, ce qui valide l'utilisation et la caractérisation des lampes plasma de commerce utilisées. Dans la troisième partie du travail, ce même type de lampe à néon a été utilisé pour concevoir cette fois un élément rayonnant excité par couplage capacitif. La réalisation d'un prototype à permis de démontrer la faisabilité d'une telle source rayonnante. Enfin, la dernière partie des recherches concerne une étude de la Surface Equivalente Radar des antennes réflecteur conçues précédemment. L'étude a démontré que ces antennes réflecteurs plasma présentent des SER largement inférieures lorsqu'elles sont éteintes ainsi qu'à fréquence haute (8 GHz) comparativement à celles d'antennes métalliques équivalentes ce qui en fait des antennes furtives d'un point de vue radar. / Plasma is the 4th state of matter with complex permittivity that can be exploited to give advantages in communication system. Its negative permittivity has been studied in many research papers and it was proven to have similar characteristics as metal material in terms of electrical conductivity. While keeping permeability in the positive region, plasma will respond to electromagnetic waves in the similar manner as metal. Therefore, this thesis aimed to use plasma as an alternative to metal in the construction of reconfigurable antennas. The first part of this thesis is dedicated to characterize a plasma model based on the commercially available plasma source. Since there are many type of plasma source in terms of their electrical properties and physical shapes, it is important to characterize a particular plasma source so that it can be modeled in simulations to construct other types of plasma antennas. The second part presents the realization of plasma reflector antennas. Two types of plasma reflector antennas have been simulated, fabricated and measured at 2.4 GHz. The first one is are round reflector antenna (RRA) and the second one is corner reflector antenna (CRA). The performances of RRA have been validated and it was proven to provide beam shaping and beam scanning capability. The measured radiation patterns are in a good agreement with simulation ones. The capability of RRA is exceptional since it can steer its main beam from 0° up to 360°. Moreover, the scanning gain remains the same as the main beam is being moved from one direction to another. The CRA that has been introduced in this thesis is a novel design since it integrates two corner-reflector antennas on a single ground plane. The CRA offers three beam shapes which are electrically switchable from one shape to another. The CRA was simulated, fabricated and finally its performances were validated throughout a series of agile measurements. The measured reflected radiation patterns are in good agreements with the simulation ones. The measured gains of the RRA and CRA are 5 dB higher than the gain of classical monopole antenna with an identical size of finite ground plane. The fourth part deals with plasma as radio waves radiator. Two plasma antennas using commercially available U-shaped compact fluorescent lamp (CFL) have been fabricated and measured and it was proven that these antennas can be to radiate radio signal. The last part discusses about radar cross section performance of the plasma reflector antennas. The two plasma reflector antennas (RRA and CRA) were tested and measured for their RCS performance.

Le but de cette étude est de développer un modèle quantitatif pour l’interaction et la propagation des neutrons de faible énergie dans les milieux nanodispersés (en utilisant la nanopoudre de diamant comme exemple), qui prend en compte l’influence de la densité moyenne nanodispersée sur les processus de la propagation et la diffusion des neutrons à basse énergie, et les informations sur la structure d'une nanopoudre de diamant.L'urgence du problème à résoudre est due au manque d'informations sur la complétude des concepts des systèmes étudiés, sur les mécanismes d'interaction des neutrons de basse énergie avec les matériaux nanostructurés, sur les caractéristiques des propriétés de la structure des nanodispersés. médias, sur l'évolution des systèmes nanodispersés sous l'influence des rayonnements. Le développement du modèle quantitatif proposé est nécessaire pour l'évaluation qualitative et l'interprétation de diverses données expérimentales. L’élaboration d’un modèle quantitatif et de méthodes de calcul quantitatif de l’interaction et de la propagation des neutrons de faible énergie dans les milieux nanodispersés permettra d’interpréter des données expérimentales indépendantes dans le cadre de concepts unifiés et de réduire considérablement la quantité de paramètres empiriques. interprétation quantitative des résultats expérimentaux.L'auteur recommande d'utiliser le modèle quantitatif proposé et l'ensemble de programmes informatiques conçus pour les estimations qualitatives et quantitatives et l'interprétation de divers résultats expérimentaux, ainsi que pour des calculs quantitatifs préliminaires au stade de la planification de l'expérience.La thèse consiste en une introduction, quatre chapitres, une bibliographie et des conclusions.Le premier chapitre présente les résultats de la recherche sur le niveau de développement technique mondial actuel des nanotechnologies nucléaires. Il est à noter qu’à l’heure actuelle, les nanotechnologies nucléaires sont au stade de la recherche universitaire fondamentale et exploratoire, principalement axée sur l’extraction et l’accumulation de nouvelles connaissances.Le deuxième chapitre propose un modèle pour la propagation des neutrons à faible énergie dans un milieu nanodispersé. Une expression est obtenue pour l'équation de transfert de neutrons dans la forme de diffusion, c'est-à-dire l'équation de type Boltzmann. Les conditions aux limites sont analysées et établies pour l'équation du transfert de neutrons dans l'approximation de diffusion, en tenant compte des processus cohérents et incohérents d'interaction des neutrons avec le matériau. La méthode variationnelle permet une solution analytique de l'équation de transfert pour la fonction de distribution des neutrons dans l'approximation de la diffusion des neutrons aux petits angles par les nanoparticules dans la poudre. Les données expérimentales permettent de développer un modèle de nanopoudre de diamant à utiliser dans les calculs.Le troisième chapitre décrit la conception d'un algorithme de simulation numérique du transfert de neutrons dans une nanopoudre de diamant. Les calculs de modèle de la section efficace pour la diffusion élastique cohérente des neutrons par les nanoparticules sphériques sont effectués: 1) calculs quantiques précis par la méthode de la fonction de phase; 2) calculs dans l'approximation de Born. À titre de référence, nous décrivons brièvement des méthodes standard pour simuler des valeurs aléatoires d'angles de diffusion et des transformations de systèmes de coordonnées dans une méthode de Monte Carlo par ordinateur pour simuler la propagation des neutrons en nanopoudre.Le quatrième chapitre présente les résultats des calculs numériques effectués après le modèle quantitatif suggéré. Les résultats des calculs numériques sont analysés et comparés avec des données expérimentales. La comparaison montre un accord satisfaisant de calculs avec les données d'expériences indépendantes. / The aim of the present study is to develop a quantitative model for the interaction and propagation of low-energy neutrons in nanodispersed media (using the diamond nanopowder as an example), which takes into account the influence of the nanodispersed medium density on the processes of propagation and scattering of low-energy neutrons, and the information about the structure of a diamond nanopowder.The urgency of the problem being solved is due to the lack of information about the completeness of the concepts of the systems under study, about the mechanisms of interaction of low energy neutrons with nanostructured materials, about the features of the properties of the structure of nanodispersed media, about the evolution of nanodispersed systems under the influence of radiation. The development of the proposed quantitative model is necessary for qualitative evaluation and interpretation of various experimental data. The development of a quantitative model and methods for the quantitative calculation of the interaction and propagation of low-energy neutrons in nanodispersed media will allow to interpret independent experimental data within the frames of unified concepts, and will significantly reduce the amount of empirical parameters in the quantitative interpretation of experimental results.The author recommends using the proposed quantitative model and the designed set of computer programs for qualitative and quantitative estimates and interpretation of various experimental results, and for preliminary quantitative calculations at the stage of experiment planning.The thesis consists of an introduction, four chapters, a bibliography and conclusions.The first chapter presents the results of the research into the level of current global technical development of nuclear nanotechnologies. It is noted that at present, the nuclear nanotechnologies are at the stage of fundamental and exploratory academic research, predominantly focused on the extraction and accumulation of new knowledge.The second chapter suggests a model for the propagation of low-energy neutrons in a nanodispersed medium. An expression is obtained for the neutron transfer equation in the diffusion form, i.e. Boltzmann type equation. The boundary conditions are analyzed and established for the neutron transfer equation in the diffusion approximation, accounting for coherent and incoherent processes of neutron interaction with the material. The variational method enables an analytical solution of the transfer equation for the neutron distribution function in the approximation of small angle neutron scattering by nanoparticles in the powder. The experimental data allows to develop a model of diamond nanopowder, which is to be used in calculations.The third chapter describes the design of an algorithm for numerical simulation of neutron transfer in a diamond nanopowder. Model calculations of the cross section for elastic coherent scattering of neutrons by spherical nanoparticles are carried out: 1) precise quantum-mechanical calculations by the phase-function method; 2) calculations in the Born approximation. For reference, we briefly describe standard methods for simulating random values of scattering angles and transformations of coordinate systems in computer Monte Carlo method simulation of neutron propagation in nanopowder.The fourth chapter presents the results of numerical calculations carried out after the suggested quantitative model. The results of numerical calculations are analyzed and compared with experimental data. The comparison shows a satisfactory agreement of calculations with the data of independent experiments.

L'étude porte sur les propriétés spectrales et spatiales de structures à réseaux résonants. Les réseaux résonants en cavité sont identifiés comme des structures permettant la réalisation de réflecteurs et de coupleurs efficaces sur de petites dimensions. Un modèle basé sur la théorie des modes couplés a été développé permettant la modélisation et la conception rapide de ce type de structures. La modélisation a contribué à la compréhension des propriétés spectrales et spatiales de réseaux résonants en cavité. Elle permet notamment de faire le lien entre les propriétés spectrales et spatiales des modes pouvant interagir efficacement avec les structures utilisées comme réflecteurs ou coupleurs. La conception de structures couplantes à fort facteur de qualité et aux profils spatiaux contrôlés sur des surfaces de l'ordre du cm a été étudiée. Deux axes de recherches sont présentés: des structures composées de plusieurs cavités et des structures possédant une seule grande cavité. Ce dernier axe permet une plus grande maîtrise des propriétés spatiales en intensité et en phase. Il est démontré que ces structures ont un fort potentiel en holographie. La conception de telles structures avec des matériaux de bas indice est également abordée, en particulier la conception et la réalisation de guides d'onde en polymères qui sont la base de ces structures. Les dimensionnements déterminés par la modélisation sont compatibles avec des matériaux présentant de faibles sauts d'indice. / The study is focused on the spectral and spatial properties of resonant grating structures. Resonant gratings in cavity are identified as structures allowing the fabrication of small-area and efficient reflectors and couplers. A model based on coupled mode theory has been developped, enabling fast modeling and design of this kind of structures. Thanks to this model we improved our understanding of the spectral and spatial properties of resonant gratings in cavity. In particular, we have established the relationship between the structure's geometry and the spectral and spatial properties of the modes which efficiently interact with the structures when used as reflectors or as couplers. The design of coupling structures with high-quality factor and controlled spatial profiles on cm-sized surfaces has been studied. Two axis of research are presented: structures composed of several cavities and structures composed by one large cavity. The later ones allow a better control of the spatial properties both in intensity and phase. We demonstrate that these structures have a high potential for holography. Design of such structures with low contrast index is also considered, particularly the design and fabrication of polymer-based waveguiding structures.

Cette thèse a pour but de mettre en avant les récentes avancées dans le domaine des métasurfaces. Ces structures ont été utilisées dans le but d’améliorer les performances des antennes classiques ou de concevoir de nouveaux concepts d’antenne. Les travaux menés s’inscrivent dans le cadre d’une collaboration avec des partenaires industriels qui sont Airbus Safran Lunchers, Airbus Group Innovations et le CNES. La thèse est organisée en deux parties. La première partie est consacrée aux métasurfaces utilisées comme des surfaces partiellement réfléchissantes (SPR) pour concevoir des antennes à cavité Fabry-Perot. Un modèle analytique permettant de prédire le dépointage du faisceau d’antenne par une modulation de la phase sur la SPR a été développé. Ensuite, un nouveau concept de métasurface permettant de réaliser du dépointage de faisceau est proposé. Il consiste à appliquer un gradient de phase en faisant varier l’indice effectif le long du substrat diélectrique de la SPR. La deuxième partie de cette thèse est quant à elle consacrée à la conception d’une métasurface active permettant d’émuler plusieurs fonctions. Dans un premier temps, la métasurface est utilisée comme un réflecteur présentant une reconfigurabilité fréquentielle et angulaire. Ensuite cette métasurface est utilisée comme polariseur reconfigurable où une polarisation linéaire de l'onde incidente est convertie en polarisation circulaire. Enfin, la dernière étude concerne l’utilisation de la métasurface active pour la réalisation d’une antenne à réflecteur cylindro-parabolique et à réflecteur dièdre reconfigurables. / This thesis aims at highlighting recent advances in the field of metasurfaces. These structures have been used to improve the performances of conventional antennas or to design new antenna concepts. The work has been carried in the framework of a collaboration with industrial partners, namely Airbus Safran Launchers, Airbus Group Innovations and CNES. The manuscript is organized into two parts. The first part is devoted to metasurfaces used as partially reflecting surfaces (PRS) to design Fabry-Perot cavity antennas. In this part, an analytical model allowing to predict the beam steering angle by a phase modulation along the PRS is developed. Then, a new concept of metasurface allowing to steer the main antenna beam is proposed. It consists in applying a phase gradient by varying the effective index of the substrate that constitutes the PRS. The second part of this thesis is devoted to the design of an active metasurface that allows emulating different functionalities. First, the metasurface is utilized as a reflector with frequency and steering reconfigurability characteristics. Then, this metasurface is used as a reconfigurable polarizer where linearly polarized incident waves are converted into circularly polarized ones. Finally, the last study concerns the use of the active metasurface for the design of reconfigurablecylindro-parabolic and corner reflector antennas.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution de nombreux problèmes d’optique anidolique. Plus précisément, il s’agit de construire des composants optiques qui satisfont des contraintes d’illumination à savoir que l’on veut que la lumière réfléchie(ou réfractée) par ce composant corresponde à une distribution fixée en avance. Comme applications, nous pouvons citer la conception de phares de voitures ou de caustiques. Nous montrons que ces problèmes de conception de composants optiques peuvent être vus comme des problèmes de transport optimal et nous expliquons en quoi cette formulation permet d’étudier l’existence et la régularité des solutions. Nous montrons aussi comment, en utilisant des outils de géométrie algorithmique, nous pouvons utiliser une méthode numérique efficace, la méthode de Newton amortie, pour résoudre tous ces problèmes. Nous obtenons un algorithme générique capable de construire efficacement un composant optique qui réfléchit (ou réfracte)une distribution de lumière prescrite. Nous montrons aussi la convergence de l’algorithme de Newton pour résoudre le problème de transport optimal dans le cas où le support de la mesure source est une union finie de simplexes. Nous décrivons également la relation commune qui existe entre huit différents problèmes de conception de composants optiques et montrons qu’ils peuvent tous être vus comme des équations de Monge-Ampère discrètes. Nous appliquons aussi la méthode de Newton à de nombreux problèmes de conception de composants optiques sur différents exemples simulés ainsi que sur des prototypes physiques. Enfin, nous nous intéressons à un problème apparaissant en transport optimal numérique à savoir le choix du point initial. Nous développons trois méthodes simples pour trouver de “bons” points initiaux qui peuvent être ensuite utilisés comme point de départ dans des algorithmes de résolution de transport optimal. / In this thesis, we are interested in solving many inverse problems arising inoptics. More precisely, we are interested in designing optical components such as mirrors andlenses that satisfy some light conservation constraints meaning that we want to control thereflected (or refracted) light in order match a prescribed intensity. This has applications incar headlight design or caustic design for example. We show that optical component designproblems can be recast as optimal transport ones for different cost functions and we explainhow this allows to study the existence and the regularity of the solutions of such problems. Wealso show how, using computational geometry, we can use an efficient numerical method namelythe damped Newton’s algorithm to solve all these problems. We will end up with a singlegeneric algorithm able to efficiently build an optical component with a prescribed reflected(or refracted) illumination. We show the convergence of the Newton’s algorithm to solve theoptimal transport problem when the source measure is supported on a finite union of simplices.We then describe the common relation between eight optical component design problemsand show that they can all be seen as discrete Monge-Ampère equations. We also apply theNewton’s method to optical component design and show numerous simulated and fabricatedexamples. Finally, we look at a problem arising in computational optimal transport namelythe choice of the initial weights. We develop three simple procedures to find “good” initialweights which can be used as a starting point in computational optimal transport algorithms.

Dans cette thèse, nous étudions le problème du réflecteur. Etant données une source lumineuse et une cible à éclairer avec une certaine distribution d'intensité, il s'agit de construire une surface réfléchissant la lumière issue de la source vers la cible avec la distribution d'intensité prescrite. Ce problème se pose dans de nombreux domaines tels que l'art ou l'architecture. Le domaine qui nous intéresse ici est le domaine automobile. En effet, cette thèse Cifre est réalisée en partenariat avec l'entreprise Optis qui développe des logiciels de simulation de lumière et de conception optique utilisés dans les processus de fabrication des phares de voiture. Les surfaces formant les réflecteurs des phares de voiture doivent répondre à un certain nombre de critères imposés par les fabricants ainsi que les autorités de contrôle nationales et internationales. Ces critères peuvent être objectifs comme par exemple l'encombrement du véhicule ou encore le respect des normes d'éclairage mais peuvent également être subjectifs comme l'aspect esthétique des surfaces. Notre objectif est de proposer des outils industrialisables permettant de résoudre le problème du réflecteur tout en prenant en compte ces critères. Dans un premier temps, nous nous intéresserons au cas de sources lumineuses ponctuelles. Nous reprenons les travaux d'Oliker, Glim, Cafarrelli et Wang qui montrent que le problème du réflecteur peut être formulé comme un problème de transport optimal. Cette formulation du problème est présentée et mise en œuvre dans un cas discret. Dans un second temps, nous cherchons à prendre en compte les critères imposés par les fabricants de phares de voitures. Nous nous sommes intéressés ici aux contraintes d'encombrement et d'esthétique. La solution choisie consiste à utiliser des surfaces de Bézier définies comme le graphe d'une certaine fonction paramétrée par un domaine du plan. Les surfaces de Bézier permettent d'obtenir des surfaces lisses et la paramétrisation par un domaine du plan permet de gérer l'encombrement et le style d'un réflecteur. Nous avons proposé une méthode heuristique itérative par point fixe pour obtenir ce type surface. Enfin, dans un dernier temps, nous prenons en compte des sources lumineuses non ponctuelles. L'approche proposée consiste à adapter itérativement les paramètres du réflecteur de façon à minimiser une distance entre intensité souhaitée et intensité réfléchie. Ceci nous a conduits à proposer une méthode d'évaluation rapide de l'intensité réfléchie par une surface. Les méthodes développées durant cette thèse ont fait l'objet d'une implémentation dans un cadre industriel en partenariat avec l'entreprise Optis. / The far-field reflector problem consists in building a surface that reflects light from a given source back into a target at infinity with a prescribed intensity distribution. This problem arises in many fields such as art or architecture. In this thesis, we are interested in applications to the car industry. Indeed, this thesis is conducted in partnership with the company Optis that develops lighting and optical simulation software used in the design of car headlights. Surfaces in car headlight reflectors must satisfy several constraints imposed by manufacturers as well as national and international regulatory authorities. These constraints can be objective such as space requirements or compliance with lighting legal standards but can also can be subjective such as the aesthetic aspects of surfaces. Our goal is to provide industrializable tools to solve the reflector problem while taking into account these constraints. First, we focus on the case of point light sources. We rely on the work of Oliker, Glim, Cafarrelli and Wang who show that the reflector problem can be formulated as an optimal transport problem. This formulation of the problem is presented and implemented in a discrete case. In a second step, we take into account some of the constraints imposed by car headlight manufacturers, such as the size and the style of the reflector. The chosen solution consists in using Bezier surfaces defined as the graph of a function parameterized over a planar domain. Bezier surfaces allow to obtain smooth surfaces and the parameterization over a planar domain allows to control the size and style of the reflector. To build the surface, we propose a heuristic based on a fixed-point algorithm. Finally, we take into account extended light sources. We present an approach that iteratively adapts the parameters of the reflector by minimizing the distance between the desired intensity and the reflected intensity. This led us to propose a method that efficiently evaluates the reflection of light on the surface. Methods developed in this thesis were implemented in an industrial setting at our partner company Optis.

Dans cette thèse, nous étudions le problème du réflecteur. Etant données une source lumineuse et une cible à éclairer avec une certaine distribution d'intensité, il s'agit de construire une surface réfléchissant la lumière issue de la source vers la cible avec la distribution d'intensité prescrite. Ce problème se pose dans de nombreux domaines tels que l'art ou l'architecture. Le domaine qui nous intéresse ici est le domaine automobile. En effet, cette thèse Cifre est réalisée en partenariat avec l'entreprise Optis qui développe des logiciels de simulation de lumière et de conception optique utilisés dans les processus de fabrication des phares de voiture. Les surfaces formant les réflecteurs des phares de voiture doivent répondre à un certain nombre de critères imposés par les fabricants ainsi que les autorités de contrôle nationales et internationales. Ces critères peuvent être objectifs comme par exemple l'encombrement du véhicule ou encore le respect des normes d'éclairage mais peuvent également être subjectifs comme l'aspect esthétique des surfaces. Notre objectif est de proposer des outils industrialisables permettant de résoudre le problème du réflecteur tout en prenant en compte ces critères. Dans un premier temps, nous nous intéresserons au cas de sources lumineuses ponctuelles. Nous reprenons les travaux d'Oliker, Glim, Cafarrelli et Wang qui montrent que le problème du réflecteur peut être formulé comme un problème de transport optimal. Cette formulation du problème est présentée et mise en œuvre dans un cas discret. Dans un second temps, nous cherchons à prendre en compte les critères imposés par les fabricants de phares de voitures. Nous nous sommes intéressés ici aux contraintes d'encombrement et d'esthétique. La solution choisie consiste à utiliser des surfaces de Bézier définies comme le graphe d'une certaine fonction paramétrée par un domaine du plan. Les surfaces de Bézier permettent d'obtenir des surfaces lisses et la paramétrisation par un domaine du plan permet de gérer l'encombrement et le style d'un réflecteur. Nous avons proposé une méthode heuristique itérative par point fixe pour obtenir ce type surface. Enfin, dans un dernier temps, nous prenons en compte des sources lumineuses non ponctuelles. L'approche proposée consiste à adapter itérativement les paramètres du réflecteur de façon à minimiser une distance entre intensité souhaitée et intensité réfléchie. Ceci nous a conduits à proposer une méthode d'évaluation rapide de l'intensité réfléchie par une surface. Les méthodes développées durant cette thèse ont fait l'objet d'une implémentation dans un cadre industriel en partenariat avec l'entreprise Optis. / The far-field reflector problem consists in building a surface that reflects light from a given source back into a target at infinity with a prescribed intensity distribution. This problem arises in many fields such as art or architecture. In this thesis, we are interested in applications to the car industry. Indeed, this thesis is conducted in partnership with the company Optis that develops lighting and optical simulation software used in the design of car headlights. Surfaces in car headlight reflectors must satisfy several constraints imposed by manufacturers as well as national and international regulatory authorities. These constraints can be objective such as space requirements or compliance with lighting legal standards but can also can be subjective such as the aesthetic aspects of surfaces. Our goal is to provide industrializable tools to solve the reflector problem while taking into account these constraints. First, we focus on the case of point light sources. We rely on the work of Oliker, Glim, Cafarrelli and Wang who show that the reflector problem can be formulated as an optimal transport problem. This formulation of the problem is presented and implemented in a discrete case. In a second step, we take into account some of the constraints imposed by car headlight manufacturers, such as the size and the style of the reflector. The chosen solution consists in using Bezier surfaces defined as the graph of a function parameterized over a planar domain. Bezier surfaces allow to obtain smooth surfaces and the parameterization over a planar domain allows to control the size and style of the reflector. To build the surface, we propose a heuristic based on a fixed-point algorithm. Finally, we take into account extended light sources. We present an approach that iteratively adapts the parameters of the reflector by minimizing the distance between the desired intensity and the reflected intensity. This led us to propose a method that efficiently evaluates the reflection of light on the surface. Methods developed in this thesis were implemented in an industrial setting at our partner company Optis.

Les besoins croissants en moyens de télécommunication nécessitent le développement de grands réflecteurs spatiaux paraboliques. Un nouveau concept d'architecture d'antenne déployable est ainsi proposé en partenariat avec le CNES. La conception de son ossature repose sur une revue de solutions pour faire appel à des mécanismes de ciseau associés à des articulations flexibles. Des modélisations numériques par éléments finis sont d'abord développées pour simuler le déploiement par restitution de l'énergie emmagasinée dans ces articulations lors du pliage. Un démonstrateur expérimental avec un système de compensation gravitaire est ensuite réalisé. Des essais et mesures sont effectués pour caractériser son comportement en statique et dynamique puis sont comparés avec les résultats issus des simulations. La mise en forme de la surface réflectrice par un réseau de câbles est étudiée par la suite. Une méthode innovante de recherche de forme permettant d'obtenir un réseau parabolique en tension uniforme est alors proposée. Elle est appliquée à différentes typologies de réseaux et l'erreur de surface résultant de sa facettisation est évaluée. Le procédé d'accrochage de ce réseau sur l'ossature de l'antenne est également traité. / The growing needs in telecommunications require the development of large parabolic reflectors. A new conceptual design for the architecture of a deployable antenna is therefore proposed in partnership with the CNES. The design of its framework is based on a review of solutions which leads to scissor mechanisms associated with flexible joints. Numerical modelings with finite elements are first developed to simulate the deployment by the release of the energy stored in the joints after the folding. An experimental prototype with a gravity compensation device is then realized. Tests and measurements are performed to characterize the static and dynamic behavior and compared with the results of simulations. Shaping of the reflective surface by a net of cables is then studied. A new form-finding method for obtaining a net with a uniform tension is then proposed. It is applied to different parabolic typologies of nets and the error due to surface faceting is evaluated. The process of net attachment on the antenna rim structure is also treated.

L’objectif de cette thèse est de concevoir un réseau réflecteur à dépointage électronique à 20 GHz pour des applications de communication avec des drones (Unmanned Aerial System). Le principe de fonctionnement des réseaux réflecteurs est similaire à celui d’une antenne parabolique. La principale différence concerne la forme du réflecteur. En effet les panneaux des réseaux réflecteurs sont plans contrairement à la parabole. Le panneau réflecteur se compose de cellules élémentaires qui sont utilisées pour contrôler la phase réfléchie de l’onde d’incidente. Le contrôle de la phase au niveau de la cellule élémentaire nous permet de focaliser le diagramme de rayonnement dans la direction souhaitée. Dans cette thèse, la solution retenue est l’utilisation de diodes PIN. Cette dernière a fait l’objet de nombreuses études que ce soit au niveau laboratoire mais également industriel et possède des atouts intéressant en terme de performance et de coût. L'étude montre que d'avoir un niveau de correction élevée ne garantit pas la meilleure performance parce qu'il faut aussi considérer les pertes dans l'élément actif lui-même (dans notre cas, il s’agit des pertes dans les diodes PIN). Dans l’avenir, il serait nécessaire de modifier la position de la diode afin de rendre la fabrication plus aisée. Dans ce cas il faudra retravailler sur les lignes de polarisation et aussi les géométries du stub et des vias. Il sera peut-être nécessaire de déplacer la diode à l'extérieur du substrat en face l'arrière de la cellule par exemple. Quand les réseaux réflecteurs seront fabriqués, ils pourront être directement testés avec le contrôleur de diode fabriqué. / The objective of this project is to design and fabricate a reconfigurable reflectarray with beam scanning capability at 20 GHz for unmanned aerial system (UAS) communication link. Reflectarray is a type of antenna that shares similar functionality to parabolic reflector antenna. The main difference is the physical and geometry appearance of the antenna where reflectarray has flat reflecting panel instead of parabolic reflector. The reflecting panel consists of elementary cell, which is used to control the reflected phase of the incident wave. By controlling the reflected phase on each elementary cell, the radiation pattern of the antenna can be focused to any desired direction. PIN diode technology is chosen as the preferred solution in the context of this project because it is already proven working in the industry and research fields. In house reflectarray simulator has been developed from the simulation, having high correction order will not necessarily improve the performance because the loss inside in active element must also be considered. In the short-term period, the modification on the elementary cell diode polarization line will enable the reflectarray to be fabricated and measured because the current design cannot be fabricated by the manufacturer contrary to their first statement due to position of the diode in the middle of substrates. The modification requires the p-i-n diode to be moved at the backside of the elementary cell and some geometry adjustments are needed for the phase delay line and the via. Once the reflectarray is fabricated, it can be tested directly with the diode controller that is already validated and shown to be working well.

L'île de Taiwan résulte de la collision active entre les plaques Eurasienne et Philippine. Ce travail de thèse porte sur la détection et la mesure des déformations tectoniques inter-sismiques engendrées par cette collision. Pour réaliser ce travail, l'interférométrie radar différentielle, et plus précisément la méthode des réflecteurs permanents, a été choisie pour l'étude de Taiwan. Cette méthode repose sur l'analyse d'une série d'images radar acquises à différentes dates sur une même zone. Au final, une carte des déplacements moyens du sol est obtenue, ainsi qu'une série temporelle des déplacements du sol consistant en une mesure par date (la référence étant la date la plus ancienne). Les résultats obtenus présentent une densité de point et une qualité de mesure très riche pour le suivi et l'analyse des déformations tectoniques. Après un état de l'art sur l'interférométrie radar et la mesure des déplacements, abordant tour à tour le principe, les méthodes et les limites de cette mesure, le potentiel de son application à Taiwan est détaillé. Cette méthode est ensuite appliquée, avec des données ALOS PALSAR, à trois zones clés de l'orogène taiwanais : (1) la Vallée Longitudinale, à l'Est de l'île ; située entre la Chaîne Centrale et la Chaîne Côtière, le raccourcissement horizontal à travers la vallée est d'environ 3 cm/an. Grâce à la carte des déplacements moyens entre 2007 et 2010, la faille inverse de la Vallée Longitudinale a pu être localisée avec une grande précision (entre 50 et 100 mètres), améliorant grandement les précédentes cartes. Le taux de glissement inter-sismique a ainsi été estimé (entre 1 et 3,2 cm/an) et sa variation spatiale analysée. Les résultats obtenus ont été comparés avec les données GPS avec succès. (2) la péninsule de Hengchun, au Sud de l'île ; il s'agit des déformations les plus récentes observables à Taiwan. La péninsule, située au sommet du prisme d'accrétion actuel, la structure tectonique majeure est la faille inverse de Hengchun. A partir de la carte des déplacements du sol obtenue, la trace de la faille de Hengchun a été mise en évidence, de même que son glissement inter-sismique (environ 1 cm/an). (3) le front de déformation, à l'Ouest de l'île ; il s'agit d'une étude préliminaire des déformations affectant la Plaine Côtière. Plusieurs types de déformations ont pu être observés entre 1995 et 2010 : le soulèvement de l'anticlinal de Tainan, la subsidence de la plaine de Pingtung, l'activité de la faille de Fengshan et la subsidence près de la rivière Choshui / Pas de résumé en anglais