Dans un contexte de développement spectaculaire des nano-objets, il est nécessaire de développer des moyens de caractérisation électrique haute fréquence sous pointes adaptés aux petites échelles. En particulier, deux verrous instrumentaux doivent être levés. D’une part, la principale difficulté pour caractériser des nano-composants est qu’ils présentent en régime dynamique de fortes valeurs d’impédances comparativement à celles des systèmes de mesure hyperfréquence usuels. D’autre part, Il existe une discontinuité de taille entre les nano-objets et les systèmes de mesure conventionnels. Compte tenu du challenge scientifique et d’un état de l’art relativement limité, plusieurs voies ont été explorées de concert. En premier lieu, dans le cadre d’un projet européen regroupant les acteurs de la métrologie, et du laboratoire commun IEMN-STMicroelectronics®, la traçabilité des mesures hautes impédances de nano-dispositifs est établie. Par ailleurs, il s’agit de développement de nouvelles générations de sondes GSG (Ground-Signal-Ground) en technologie MEMS (Microelectromechanical systems), miniaturisées et adaptées à la taille des nano-dispositifs. Les sondes sont montées sur une plateforme de nano-positionnement robotisée et intégrée dans un microscope électronique à balayage. / In the frame of the spectacular development of nano-objects, innovative on-wafer electrical measurement methods must be addressed at the nanoscale. In particular, two main issues have been identified. On one hand, nano-devices exhibit very high dynamic impedance in contrast with conventional measuring microwave instruments. On the other hand, there is an inherent size discontinuity between nano-objects and conventional measurement systems. Given the scientific challenge and a relatively limited state of the art, several avenues of investigation have been explored. First, as part of a European project bringing together metrology laboratories, and the joint laboratory IEMN-STMicroelectronics®, the traceability of nano-devices high impedance measurements is established. In a second step, the development of an electrical on-wafer measuring platform for nano-devices is described. This includes the development of new generations of GSG (Ground-Signal-Ground) miniaturized probes in MEMS (Microelectromechanical systems) technology with reduced access pads. The probes are mounted on a robotic nano-positioning platform integrated in a scanning electron microscope.

Aujourd'hui, l'hétérogénéité des infrastructures de réseaux actuelles, ainsi que le manque d'interopérabilité en termes d'architectures et de cadres pour l'adaptation du contenu aux contextes des différents utilisateurs, empêchent les Prosumers (consommateurs-fournisseurs) d’offrir une haute qualité d'expérience sur différentes plates-formes et au travers de contextes diversifiés. Par conséquent, l'objectif de cette thèse est d'étudier, concevoir et développer une architecture novatrice, susceptible d'offrir la QoS/QoE garantie en exploitant efficacement les ressources disponibles et en adaptant dynamiquement la performance du réseau selon les environnements Réseau, Service et Utilisateur. Pour cela, l'architecture proposée est basée sur (1) un cadre de gestion distribuée qui exploite des mécanismes de réseau conscient du contenu pour identifier le contenu en transit et la correspondance sur les exigences de QoS/QoE, et sur (2) un mécanisme d'allocation des ressources de réseau et leur adaptation aux caractéristiques de QoS/QoE demandées. Un prototype de routeur de contenu a été réalisé, offrant des fonctions de reconnaissance du type de contenu et de routage suivant le contenu. Il propose un système de gestion synergique capable d'orchestrer les processus d'optimisation cross-layer pour les services de différenciation/classification et à termes une exploitation efficace des ressources. La validité de l'architecture proposée est vérifiée par un grand nombre d'expériences menées à l'aide d’infrastructures physiques et virtuelles. Un banc d'essai à grande échelle conforme aux spécifications de conception architecturale a été déployé pour valider l'approche proposée. / Today, the heterogeneity of current networking infrastructures, along with the lack of interoperability in terms of architectures and frameworks for adapting content to the various users’ contexts, prevent prosumers to deliver high QoE over different platforms and under diversified contexts. Consequently, the objective of this PhD thesis is to study, design, and develop a novel architecture capable to offer guaranteed QoS/QoE by efficiently exploiting the available resources and by dynamically adapting the network performance across the various Service, Network and User environments. To this end, the proposed architecture is based on (1) a distributed management framework that exploits Content Aware Network (CAN) mechanisms – on top of the Internet Protocol (IP) – for identifying content in transit and mapping its QoS/QoE requirements into specific network characteristics, and on (2) a network resource allocation mechanism for adapting the intra-domain resources to the requested QoS/QoE. A prototype Media-Aware Network Element (MANE) has been achieved, offering content type recognition and content-based routing/forwarding as a matter of guaranteed QoS/QoE provision in an end-to-end approach. Furthermore, it proposes a synergetic management system capable to orchestrate cross-layer optimization processes for service differentiation/classification, towards efficient resource exploitation. The validity of the proposed architecture is verified through a large number of experiments conducted using physical and virtual infrastructures. A large-scale test-bed conforming to the architectural design specifications was deployed for validating the proposed approach.

La norme 3G/UMTS a permis de développer les premières applications multimédia pour téléphones et tablettes mobiles. Le nouveau standard 4G/LTE (Long Term Evolution) a pour objectif le très haut débit mobile. Dans ce standard, beaucoup d’efforts ont portés sur la reconfiguration automatique des réseaux en fonction de la demande des clients dans un processus appelé Self-Organizing Network (SON). Le travail de cette thèse s’inscrit dans cette direction. La reconfiguration de réseaux est comprise principalement dans le sens des modèles, des méthodes et des outils pour analyser les indicateurs remontés du réseau et configurer automatiquement les paramètres. Nous avons essentiellement travaillé sur les paramètres des aériens, l’allocation des fréquences, des puissances d’émission et des inclinaisons verticales.Dans cette optique, étant donné la forte variabilité des données d’entrée de l’optimisation issues des remontées de réseau, cette thèse porte sur les modèles et algorithmes d’optimisation robuste dans le contexte de l’optimisation sous contraintes. L’optimisation robuste fait référence à un ensemble de procédés pour proposer des solutions à des problèmes combinatoires dans un contexte de données incertaines et de scénarios variables dans le temps. Une première partie est dédiée à l’état de l’art et présente les principes des Self-Organizing Network (SON). La deuxième partie est consacrée à l’état de l’art des méthodes en optimisation robuste. En troisième partie nous présentons la modélisation mathématique du problème d’optimisation pour lequel les données de trafic (répartitions des clients sur la zone de service et leurs demandes respectives) prennent des valeurs variables dans le temps. Une phase de diagnostic sur le fonctionnement du réseau à partir des données, et une étude de sensibilité des solutions vis-à-vis des variations dans la réalisation des données ont été faites en quatrième partie avec des algorithmes de recherche locale. La cinquième partie présente le travail de conception, développement et test sur scénarios, d’une Recherche Tabou ainsi qu’une analyse approfondie sur les méthodes de pilotage envisagées pour les SON en 4G. / The standard 3G/UMTS has launched the first multimedia applications for mobile phones and tablets. The new standard 4G/LTE (Long Term Evolution) has mobile broadband objective. In this standard a huge effort has been done on automatic network reconfiguration based on customer demand variation in a process called Self-Organizing Network (SON). The work of this thesis lies in this direction. Reconfiguration of networks lies mainly in the direction of models, methods and tools to analyze network Key Performance Indicators and automatically configure its settings. We mainly worked on the air interface parameters such that frequency assignment, emitted power and pattern vertical inclination.In this context, given the high variability of optimization input data issued from the network, this thesis focuses on robust optimization under constraints. The robust optimization refers to a set of processes to provide solutions to combinatorial problems with uncertain and variable scenarios of data over time. The first Section presents the principles of Self-Organizing Network (SON). The second Section concerns the state of the art on robust optimization. The third Section defines the mathematical model to optimize for which traffic data (distribution of customers and throughput requirements on the service area) take variable values over time. A data diagnostic phase on the network operation and a sensitivity analysis of the solutions were made in the fourth Section with several local search algorithms. The fifth Section presents the work of design, development and test of a Tabu Search method and a thorough analysis of SON control methodology proposed for 4G.

L’amélioration de la fluidité du trafic aux intersections a reçu une attention particulière depuis près d’un siècle. Avec la perspective de véhicules contrôlés et communicants, la régulation aux intersections connaît un nouvel essor. Dans cette thèse nous nous intéressons à la régulation coopérative des intersections par la synchronisation des vitesses. Afin d’éviter des arrêts inutiles aux intersections, les véhicules régulent leur vitesse en fonction non seulement des véhicules qui les devancent sur la même voie mais aussi des véhicules prioritaires provenant des autres voies en conflit. La synchronisation des vitesses grâce à la communication sans-fil a plusieurs avantages mais pour les exploiter pleinement, il est nécessaire d’aborder les problématiques des commandes longitudinale et latérale des véhicules. En ce qui ce concerne la commande longitudinale, la thèse s’intéresse à deux problématiques. Pour des raisons évidentes de sécurité, les délais de communication sans-fil avec les véhicules des autres voies, à savoir hors de la portée des capteurs, doivent être pris en compte. Pour ce faire, la commande longitudinale adoptée est une fonction non linéaire qui considère un temps maximal de communication et une borne de décélération. Si les contraintes ne sont pas respectées, la fonction déclenche l’arrêt du véhicule. Etant donné que les résultats de simulations sont concluants dans des cas extrêmes, la thèse aborde la problématique de fluidité du trafic à base de la commande proposée. En effet, le comportement du trafic dépend du choix du lieu où commence la synchronisation des vitesses. La thèse discute les deux approches classiques et propose une solution intermédiaire. Sur un circuit sous la forme d’un huit, l’approche proposée permet de réduire considérablement le recours au freinage contrairement aux deux autres approches actuelles. En ce qui concerne la commande latérale, l’intersection pose deux problèmes. Le premier est la limite du champ de vision à cause des courbures serrées des mouvements tournant et la deuxième est le délai du traitement par les caméras. Dans ce sens, la thèse propose une commande basée sur le calcul de la courbure de Frenet couplé à la correction des écarts. Le suivi des courbures et la correction sont tous les deux déduit à partir du mouvement circulaire induit par l’angle du volant. Les avantages de cette approche par rapport aux approches classiques (LQRwFF et Stanley) est d’une part, de ne pas être gourmande en termes de champs de vision nécessaire et d’autre part d’avoir des contraintes temps-réels plus souples que les approches de la littérature. La comparaison avec les techniques actuelles démontrent que notre approche, dans des conditions de circulation urbaine est capable de résister à des temps d’échantillonnage plus longs contrairement aux deux autres avec une visibilité plus faible. / In this thesis, we are interested in the cooperative intersection management by synchronizing the velocities of conflict vehicles. Thanks to the wireless communication, the synchronization of velocities has several advantages. But, for the purpose of full exploiting them, it is necessary to address at first the problems of the longitudinal and lateral control of vehicles. For the longitudinal control, the delay of wireless communication with the vehicles on other routes must be taken into account. The adopted longitudinal control is non-linear function that considers a maximum communication time and a deceleration boundary.The simulation results in extreme cases have concluded that the thesis addresses the problem of traffic fluidity. Indeed, the behavior of the traffic flow depends on the choice of the place where the synchronization of the speeds begins. The thesis discusses the two classical approaches and proposes a smoothing solution that significantly reduces the use of braking contrary to the two existing approaches. For the lateral control of vehicle at intersection, the thesis proposes a control based on the calculation of Frenet curvature coupled with correction of deviation from tracking path. Both the curve tracking and the correction are deduced from the circular motion induced by the steering wheel angle. The advantages of this approach compared to traditional approaches are to be not greedy in terms of the necessary field of vision and to have more flexible real-time constraints.

Avec le développement de la production décentralisée d'électricité à partir de sources renouvelables, il est fort probable que les micro-réseaux joueront un rôle central dans les réseaux du futur, non seulement pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et maximiser l'utilisation d'énergie produite localement, mais également pour améliorer la résilience du système global. Du fait de l'intermittence et de l'incertitude sur la production renouvelable (par exemple, photovoltaïque ou éolien), des systèmes de stockage de l'énergie doivent être intégrés. Cependant, déterminer leur dimensionnement et comment les contrôler pose plusieurs défis, en particulier parce que le dimensionnement optimal dépend de la stratégie de gestion utilisée, ou encore lorsque différents types d'énergie sont utilisés. Cette thèse contribue à résoudre les problèmes de dimensionnement et de gestion de micro-réseaux électriques et multi-énergies (électricité, gaz, chaleur, froid et/ou hydrogène) intégrant du stockage. Tout d'abord, à l'aide des caractéristiques des différents composants, un modèle mathématique de micro-réseau est développé. Le problème de sa gestion est ensuite formulé comme un problème de programmation linéaire (MILP), utilisant une fonction objectif (minimiser le coût de fonctionnement) et différentes contraintes (puissance maximum, durée de démarrage/arrêt, limites d'état de charge, etc.). Ensuite, une structure permettant une co-optimisation est présentée pour résoudre le problème du dimensionnement à l'aide d'un algorithme génétique. Cette structure permet de explorer l'espace des valeurs de dimensionnement en fonction des résultats de la stratégie de gestion, ce qui permet de tendre vers le meilleur dimensionnement possible pour la stratégie sélectionnée. A l'aide de la méthode ci-dessus, quatre problèmes spécifiques sont étudiés. Le premier s'intéresse au dimensionnement d'un micro-réseau îloté entièrement électrique, combinant stockage par batteries et hydrogène-énergie pour du stockage à court et long terme, respectivement. Les résultats pour deux stratégies de gestion sont comparés : l'approche proposée (MILP) et une stratégie basée sur des règles. Une simulation à horizon glissant d'une heure sur un an est ensuite utilisée pour vérifier la validité du dimensionnement obtenu. Un second problème s'intéresse un à micro-réseau multi-énergies îloté avec différents types de charges. L'influence de trois facteurs sur les résultats du dimensionnement est en particulier étudiée : la stratégie de gestion, la précision des prévisions de consommation et de production renouvelable, ainsi que la dégradation des moyens de stockage. Une troisième partie de la thèse traite du dimensionnement d'un micro-réseau connecté aux réseaux de gaz, électricité et chaleur. La résilience du réseau est étudiée de façon à maximiser la résistance à une panne ou un défaut. La notion de centralité intermédiaire est utilisée pour déterminer le cas le plus défavorable pour une contingence et analyser son impact sur le dimensionnement. Deux systèmes de test de tailles différentes sont utilisés pour valider l'application de la méthode proposée et sa sensibilité à différents paramètres. / With the development of distributed, renewable energy sources, microgrids can be expected to play an important role in future power systems, not only to reduce emissions and maximize local energy use, but also to improve system resilience. Due to the intermittence and uncertainty of renewable sources (such as photovoltaics or wind turbines), energy storage systems should also be integrated. However, determining their size and how to operate them remains challenging, especially as the adopted control strategy impacts sizing results, and for systems considering multiple, interdependent forms of energy. This thesis therefore contributes to solving the sizing and operation problems of full-electric and multi-energy (electricity, gas, heat, cooling and/or hydrogen) microgrids integrating storage systems.First, based on the characteristics of different components, a mathematical model of a microgrid is built. Then, the operation problem is formulated as a mixed integer linear problem (MILP), based on an objective function (minimize the operation cost) and different constraints (maximum power, startup/shutdown times, state-of-charge limits, etc.). Next, a co-optimization structure is presented to solve the sizing problem using a genetic algorithm. This specific structure enables to search for sizing values based on the operation results, which enables determining the best sizing for the selected operation strategy.Using the above method, four specific problems are then studied. The first one focuses on sizing a full-electric islanded microgrid combining battery and hydrogen storage systems for short and long-term storage, respectively. Results for two types of operation strategies are compared: the MILP approach and a rule-based strategy. A one-hour one-year rolling horizon simulation is used to check the validity of the sizing results.Second, a multi-energy islanded microgrid with different types of loads is studied. Specifically, the influence of three factors on sizing results is analyzed: the operation strategy, the accuracy of load and renewable generation forecasts, and the degradation of energy storage systems.Third, the work focuses on a grid-connected microgrid attached to a gas, electricity and heat hybrid network. Specifically, the resilience of the network is considered in order to maximize resistance to contingency events. Betweenness centrality is used to find the worst case under contingency events and analyze their impact on sizing results. Two test systems of different sizes are used with the proposed method and a study of its sensitivity to various parameters is carried out.Fourth, a structure with multiple grid-connected multi-energy-supply microgrids is considered, and an algorithm for determining electricity prices is developed. This price is used for energy exchanges between microgrids and load service entities interacting with the utility. The proposed co-optimization method is deployed to search for the best price that maximizes benefits to all players. Simulations on a large system show that the obtained price returns better results than a basic time-of-use price and helps reduce the operation cost of the whole system. To reduce the computation time, a neural network is presented to estimate the operation of the whole system and enable obtaining results faster with a limited impact on performance. At last, a sizing algorithm for grid-connected multi-energy supply microgrids operating under different prices is presented.The obtained results on these different applications show the usefulness of the proposed method, which is a promising contribution toward the creation of advanced design tools for such microgrids.

Cette thèse traite de la détection et de la localisation de sources autour de la faille de San Jacinto. Son but était de détecter des sources dans la croute superficielle, sur des profondeurs de l'ordre de quelques kilomètres. Ces sources ont une faible énergie et émettent principalement dans les hautes fréquences. Les sources à la surface autour et sur le réseau possèdent les mêmes caractéristiques et sont aussi étudiées afin de pouvoir les séparer des évènements en profondeur.Une méthode basée sur le traitement d'antenne, le Match Field Processing (MFP), est utilisée pour détecter et localiser de faibles évènements à faible profondeur et à la surface. Le MFP est appliqué a des données mesurées grâce a un réseau dense de capteurs une composante déployés sur une zone de 600mx600m sur la faille de San Jacinto. La méthode a d'abord été testée sur un ensemble d'évènements à la surface et en profondeur. Nous appliquons ensuite la technique sur 26 jours de données, afin de déterminer si des évènements sont présents en proche surface. Pour cela, seules la position en surface de la source et la vitesse apparente des ondes émises sont utilisés comme paramètres d'inversion. L'utilisation de ces trois paramètres permet de réaliser une première étude à moindre coût de calcul. Cependant cette première inversion ne permet pas de conclure sur la présence de sources en proche surface. L'information sur la position de la source en profondeur est nécessaire. Les résultats de localisations qui incluent la profondeur comme paramètre étant peu concluants lorsque le modèle classique de vitesse homogène est utilisé, nous étudions ensuite différentes stratégies pour améliorer la résolution en profondeur sans augmenter le coût de calcul. / The focus of this thesis is the detection and localization of weak sources on the San Jacinto Fault Zone. The primary targets of interest are sources in the shallow crust, with depth down to a few kilometers. For sources at these depths high frequency content and low energy are expected. Surface sources present on and around the array site are also studied in order to discriminate them from weak seismic sources at depth.We rely on a methodology based on array processing to detect and localize shallow and weak seismic events in the fault zone complex environment. We use Match field Processing on data recorded from a dense array of 1108 vertical component geophones in a 600m x 600m area on the Clark branch of the San Jacinto Fault. We first test the method on a set of chosen events at depth and at the surface. Source epicentral positions and associated apparent velocities are then inverted for surface and seismic sources for 26 days, with the intention of determining if shallow sources are present. Inverting only for these three parameters is less expensive in terms of computational cost and is suitable for a first approach. However, this first inversion leaves us unable to conclude on the presence of shallow sources. As the resolution at depth is insufficient when all three source coordinates are inverted with a classical homogeneous velocity model, we finally investigate strategies to improve resolution at depth without increasing computational cost.

Ces travaux de thèse constituent une contribution à l'introduction massive de la production photovoltaïque (PV) sur le réseau électrique. L'énergie PV possède un potentiel immense, notamment dans le secteur de l'habitat, mais l'effet d'intermittence limite son développement à grande échelle. Dans cette thèse nous proposons d'ajouter un élément de stockage aux systèmes photovoltaïques connectés au réseau dans l'habitat. Nous commençons par introduire la notion de gestion d'énergie dans ces systèmes dits « hybrides », dont l'objectif qui a été fixé est de réduire les pics de puissance appelée, voire produite. Ensuite, nous proposons et étudions des stratégies de gestion optimisées d'énergie basées sur des données prévisionnelles d'irradiations, de températures ambiante, de consommation et des prix de l'énergie. Enfin, nous apportons des solutions théoriques originales de gestion en temps réel, notamment en introduisant des réponses au problème des incertitudes sur les prévisions.

Ce travail porte sur l'étude d'antennes agiles en directivité et polarisation, et de leurs circuits d'alimentation. Cette agilité est obtenue au moyen de différents éléments actifs dont les propriétés sont mises à profit pour modifier le fonctionnement électromagnétique des antennes. Des composants semi-conducteurs classiques comme les diodes PIN ou les varactors sont ainsi reportés sur des circuits d'alimentation des antennes selon les techniques MIC (microwave integrated circuit). Une architecture innovante de coupleur reconfigurable à base de varactors est proposée, étudiée et théorisée. Ce coupleur hybride est associé à une antenne à double alimentation orthogonale. Le système complet permet une reconfiguration de la polarisation de l'onde rayonnée par l'antenne, allant d'une polarisation parfaitement linéaire à une polarisation circulaire. Les mesures de cette antenne montrent un rapport axial pour la polarisation circulaire de 0,8dB. Une seconde application proposée permet de réaliser électroniquement une variation sur un angle de 90° de la direction de polarisation d'une antenne. Les mesures montrent qu'une polarisation linéaire de qualité est conservée tout au long de la rotation. Dans une troisième étude, une antenne microruban est associée à deux éléments parasites sur un même substrat. En modifiant la réactance de charge des deux éléments parasites, une reconfiguration du diagramme de rayonnement de l'antenne est observée. Enfin, différentes solutions sont proposées pour alimenter un réseau linéaire. Une première solution utilisant deux coupleurs hybrides en mode réflexion et des diodes PIN permet de réduire le nombre de composants nécessaires à la conception. Un second déphaseur basé sur le coupleur reconfigurable et la méthode de la sommation des vecteurs en quadrature est étudiée. Ce déphaseur est associé à un réseau de deux antennes pour modifier l'angle de focalisation du réseau. Enfin, une solution totalement intégrée sur Silicium haute résistivité à 60 GHz utilisant des composants microsystèmes est étudiée et réalisée grâce au procédé micro-électronique de la société MEMScap. Les déphaseurs utilisent la technique des lignes commutées. Des commutateurs MEMS de type série et parallèles sont conçus, simulés et réalisés. Le système final occupe une place de 0,5*1mm².

Les systèmes commandés en réseau sont des systèmes où le réseau est utilisé comme moyen de communication dans la boucle de commande. En conséquence, la qualité de commande (QoC) ou de la supervision de ces systèmes est directemenet liée à celle du réseau. Ce travail de doctorat aborde plusieurs problèmes. Le premier consiste à mettre au point un système de diagnostic performant permettant de détecter et localiser un défaut survenant sur un capteur particulier, une centrale d'attitude, embarqué dans un quadrotor. Le deuxième concerne la mise en oeuvre du système en réseau. Il faut tenir compte du réseau et de sa qualité de service (QoS) dans les algorithmes de commande et de diagnostic. Ensuite pour garantir les performances du système, il faut modifier la QoS du réseau. La réalisation d'une plateforme expérimentale a permis de valider les solutions proposées.

A la recherche de la modularité et de la généricité, notre approche consiste à partir de l'idée qu'une cellule élémentaire peut être conçue, intégrée et réalisée en grand nombre. Ensuite elle va être associée en grand nombre pour pouvoir, au final, couvrir n'importe quelle application de conversion DC-DC en électronique de puissance. Ce travail de thèse a pour but tout d'abord d'introduire notre approche de manière consistante. Ensuite, un bilan de l'état de l'art autour de la même direction et aussi la présentation détaillée de notre approche sont abordés. Le coeur de la thèse se concentre sur l'étude du couplage magnétique entre les cellules élémentaires via la mise en parallèle des enroulements entre les transformateurs de puissance. Ce couplage avec notre commande aléatoire sert à la fois la réduction du filtrage et la possibilité de l'intégration des composants passifs. Enfin, le travail est bouclé par la validation expérimentale d'un réseau de 12 convertisseurs de 10W faisant une conversion DC-DC de 120W.