Le besoin d'un capteur de gaz sensible,sélectif, stable et compact s'accentue en raison des préoccupations publiques et militaires. La détection photo-acoustique, variante de la spectroscopie par diode laser accordable est une solution prometteuse. Les dispositifs actuels commercialisés et en voie de développement sont encore encombrants et inadaptés pour être transportés par une personne afin de réaliser des mesures embarqués. Cette thèse a pour objectif d'étudier et de développer un micro-résonateur en silicium à transduction capacitive pour la réalisation d'un capteur de gaz par mesure photo-acoustique. Il s'agit d'une approche originale qui n'a jamais été proposée. Elle offre des perspectives nouvelles et une solution pour disposer d'un capteur de gaz à la fois très compact, sensible, sélectif et stable. Une étude théorique des micro-résonateurs capacitifs est tout d'abord menée pour mettre en place des outils de modélisations et déterminer les paramètres clés à optimiser. Les performances sont étroitement liées aux propriétés mécaniques et à l'amortissement visqueux. Un procédé technologique sur substrat SOI divisé en deux grandes étapes est ensuite développé pour permettre de les fabriquer. Nous démontrons ensuite la faisabilité de mesures stables et reproductibles de méthane et d'éthylène à faible concentration. Nous proposons finalement une nouvelle architecture de micro-résonateur adaptée à la spectroscopie photo-acoustique et qui s'affranchira des limites qu'impose la transduction capacitive. / The need of a sensitive, selective, stable and compact gas sensor is increasing due to public and military issues. Photoacoustic detection variant of tunable diode laser spectroscopy is a promosing solution. Current devices available on the market and developing are still cumbersome and unsuitable for being transported by a person. The goal of this thesis is to study and develop silicon capacitive micro-resonator in order to achieve a gas sensor based on photoacoustic spectroscpy. This original approach has never been proposed. It offers new perspectives and a solution to have very compact, sensitive, selective and stable gas sensor. First, theoretical study of capacitive micro resonators is done in order to set up modeling tools and determine the key optimization parameters. The performances are strictly linked to mechanical properties and viscous damping. A SOI process divided into two main steps is then developed in order to produce capacitive micro-resonator. Then, we demonstrate the approach by stable and reproducible methane and ethylene detection. Finally, we propose new micro-resonator adapted to photoacoustic spectroscopy without the constraints of capacitive transduction.

Les métamatériaux, de par leurs propriétés originales de dispersion, sont de plus en plus étudiés. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte en mettant un accent particulier sur les structures composites équilibrées, de faibles pertes, l’agilité et les résonances de Mie. Une structure dont le motif élémentaire a la forme d’une lettre oméga est proposée en satisfaisant la condition d’équilibre. La mesure expérimentale confirme une bande passante de 8 à 16 GHz avec un point d’indice nul à 13.6 GHz. Un raisonnement identique est appliqué afin de fabriquer un prototype fonctionnement en bande millimétrique. La bande main gauche est observée aux alentours de 80 GHz avec de faibles pertes d’insertion (0.5dB/cellule). L’agilité de cette structure peut être réalisée à l’aide de cristaux liquides nématiques. Des résonateurs à anneaux fendus (SRR) ont été rendus agiles par ce biais et montrent un décalage fréquentiel du pic de résonance d’environ 300 MHz par l’application d’un champ magnétique extérieur. Par la suite, la commande d’un prototype « main gauche » est aussi effectuée. Enfin, les résonances de Mie à travers des cubes de Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) sont étudiées afin de créer une particule magnétique isotrope. Cette voie permettant de synthétiser le magnétisme artificiel, une application d’amélioration de la directivité des antennes est ici montrée. De plus, un dispositif d’invisibilité en technologie « tout diélectrique » est étudié par calcul numérique. / Recently, metamaterial has attracted much attention due to unique property such as negative index. This thesis is devoted to various aspects of this field: left and right handed balanced structure, low loss, tunability and Mie resonance based metamaterial. An omega-like left and right handed balanced metamaterial was proposed following the guideline of equality of magnetic and electric plasma frequency. It is shown that this metamaterial exhibits a broad passband from 8.0 - 16.0 GHz with a transition frequency at 13.6 GHz between negative and positive index branches. Then, an omega-type left handed metamaterial (LHM) operating at millimeter wavelengths was fabricated. The left handed passband centered around 80 GHz was observed. The low insertion loss of -0.5 dB/cell may meet requirement of practical application. We studied tunable metamaterial based on nematic liquid crystal. Magnetically tunable split ring resonator shows a resonance dip shift of 300 MHz under external magnetic field. Then a tunable LHM was fabricated. Effective index variation of 0.25 arising from liquid crystal reorientation was found. Finally, we investigated Mie resonance based dielectric resonator and its related application. Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) cube exhibits isotropic magnetic resonance for tilted incidence. Besides, a thin layer of BST cubes can perform as an artificial magnetic conductor (AMC) due to in-phase reflection around magnetic resonance. Such an AMC enhances directivity of antenna more than two times. In addition, a full dielectric cloak was also demonstrated numerically by radically positioning BST rectangular bricks.

Ce mémoire présente une méthodologie pour la conception de résonateurs piézoélectriques destinés à la transformation de l'énergie des vibrations en électricité. Cette méthodologie incorpore l'effet du couplage piézoélectrique, considère une vaste gamme de géométries, ainsi que les limites reliées à la contrainte induite sur la structure pour guider le dimensionnement des couches piézoélectriques. Tout d'abord, un modèle analytique a été développé afin d'évaluer le comportement des poutres en porte-à-faux composites soumises à des forces inertielles. Celui-ci utilise les hypothèses d'Euler-Bernoulli pour déterminer le comportement et les paramètres d'influence de la géométrie continue.Ce modèle a ensuite été réduit autour du mode fondamental à l'aide des coefficients et des paramètres équivalents pertinents. Par cette approche, de nouvelles expressions compactes, mais rigoureuses pour évaluer le déplacement, la tension, le courant et la puissance ont été formulées. Il a été démontré que l'effet piézoélectrique affecte la dynamique du résonateur comme une raideur et un amortissement électriques qui agissent simultanément. L'analyse de cette dynamique couplée a permis de reconfirmer formellement que l'amortissement électrique doit être équivalent à l'amortissement mécanique pour optimiser la puissance produite.Ce principe est utilisé afin de déterminer la charge électrique optimale et pour définir un nouveau critère comparatif des matériaux, le critère de couplage critique. Utilisé conjointement avec une démarche permettant d'isoler l'effet de la géométrie sur le couplage, ce critère est aussi utile pour le dimensionnement des couches piézoélectriques. Il permet d'évaluer le besoin du couplage pour optimiser les performances à partir du niveau d'amortissement mécanique intrinsèque du système.Ce critère démontre donc que la diminution de l'amortissement mécanique est prioritaire, car elle permet d'améliorer la puissance par unité de masse tout en éliminant la nécessité d'employer des matériaux à fort couplage ou des couches piézoélectriques épaisses. Les études paramétriques menées démontrent que les gains de performance importants sont effectivement reliés au dimensionnement de la couche dans la région de couplage sous critique, mais aussi principalement grâce à une augmentation du facteur de qualité de la structure. Il faut également minimiser la longueur de la poutre et maximiser sa masse sismique pour optimiser la puissance produite à une fréquence de résonance donnée, car ceci maximise la contrainte induite. La méthodologie proposée permet finalement de dimensionner des résonateurs piézoélectriques dans une perspective réaliste qui tient compte de la contrainte maximale et de son effet sur la fiabilité à long terme. Celle-ci a mis en évidence qu'outre le niveau de puissance visée ou les caractéristiques de la source de vibration disponible, c'est le niveau d'amortissement mécanique qui guide les spécifications géométriques obtenues. L'atténuation des pertes mécaniques devrait alors guider tous les choix de conception pour permettre de miniaturiser la masse. Ceci a par contre un effet sur la longueur requise pour limiter la contrainte induite, ce qui démontre qu'un compromis entre les performances et le coût est inévitable. Cela dit, il semble réaliste de viser des puissances de l'ordre de 1 à 10 [micro]W pour un microsystème électromécanique soumis à une source de vibration de 0.1 G d'amplitude dans une plage de 150 Hz à 1.5 kHz.

La détection optofluidique à champ évanescent, tout particulièrement la biodétection sans marqueur par microrésonateurs optiques, est une technologie émergente faisant l’objet d’une recherche intensive. Dans ce contexte, nous montrons que les microanneaux polymères sont d’excellents transducteurs. Ceci est dû en partie à la facilité et au faible coût de leur fabrication et de leur intégration, mais aussi à leur robustesse. Une méthode rapide, répétable et peu coûteuse a été mise au point pour fabriquer de tels composants, avec de longues durées de vie et des performances représentant l’état de l’art actuel. Un deuxième avantage est l’extrême sensibilité moléculaire en surface. La preuve en est l’obtention d’un signal détectable avec seulement 500 molécules de 5-TAMRA-cadavérine (5-TC, M = 515 g/mol) adsorbées, et ce après un simple traitement UV/ozone. Cependant, les performances des anneaux polymères ne deviennent apparentes qu’une fois le composant couplé à une instrumentation de haute précision. A cet effet, un instrument de mesure fut construit pour mesurer en temps-réel de très faibles variations des résonances optiques en régime optofluidique. Ceci a permit l’observation d’une cinétique d’absorption/désorption de 5-TC sur son antigène. Néanmoins, une réelle détection spécifique ne peut être atteinte qu’avec un instrument multiplexé en transducteurs. Une telle configuration est possible, mais n’a pas encore été développée. Par contre, l’instrument de mesure réalisé peut être utilisé tel quel pour des applications très diverses, de la mesure de coefficients de diffusion à l’étude d’effets thermiques locaux. / Optofluidic evanescent field sensing, especially microresonator-based label-free biochemical sensing, is an emerging technology under intensive study. In this context, we demonstrate that polymeric microring resonators are excellent transducers. It is partly due to the simplicity and cost-efficiency of their fabrication and integration, and also to their robustness: a fast, repeatable and low-cost method was developed to fabricate devices with long lifetimes and state-of-the-art performances. A second advantage is the extreme sensitivity achievable to grafted molecules: a detectable signal was obtained with only a few hundreds of 5-TAMRA-cadaverine (5-TC) molecules, relatively small as compared to nucleic acids, antibodies and other biomolecules. The surface immobilization of 5-TC molecules was achieved after a simple and reproducible UV/ozone procedure for surface preparation. However, the qualities of polymer microring resonators only become apparent when coupled to high-precision instrumentation. In that respect, a measuring instrument was built to detect minute and real-time variations of the optical resonances, and thus in an optofluidic regime. The detection of absorption and desorption of 5-TC molecules on a surface functionalized with its antibody was achieved. However, truly specific responses of the instrument would only be achieved in a multiplexed configuration. Such configuration is achievable, but has yet to be developed. Meanwhile, the measuring instrument, as is, can be used for a wide variety of applications, from the measurement of dispersion coefficients to the study of local thermal effects.

Le résonateur étudié s'insère dans un projet industriel porté par NXP Semiconductors. L'objectif est la réalisation d'un résonateur MEMS RF intégrable en vue de remplacer le quartz dans certaines applications. La compatibilité du procédé de fabrication avec les technologies utilisées par la société et le faible coût de production représentent les principaux enjeux du projet. Le résonateur TFEAR (Thin Film Elongation Acoustic Resonator) est un barreau, constitué d'une superposition de couches minces de type Métal/AlN/Métal. Les propriétés piézoélectriques du nitrure d'aluminium (AlN) sont ainsi exploitées : l'application d'un champ électrique alternatif, parallèle à l'épaisseur du barreau, entraîne une propagation d'ondes acoustiques suivant sa longueur. Les dimensions des résonateurs fabriqués correspondent à des fréquences de résonance comprises entre 10MHz et 50MHz. Cette thèse s'intéresse la modélisation et à la caractérisation électrique du résonateur TFEAR. Les modèles théoriques sont développés par simulations numériques 3D et par calculs analytiques 1D. Le comportement électrique du TFEAR est décrit par un schéma équivalent, dont les éléments sont exprimés en fonction des paramètres physiques et des pertes des matériaux le constituant. Un facteur de qualité de 2250 sur un TFEAR résonant à 25,79MHz et dont la résistance motionnelle est de 2,1 kOhms a été relevé. Ces mesures ont été complétées par la caractérisation des paramètres physiques de la couche piézoélectrique. Par exemple, des valeurs de coefficient piézoélectrique d33f atteignant 2,6 pm/V ont été relevées (pour un maximum théorique de 3,93 pm/V) / The studied resonator is part of an industrial project carried by NXP Semiconductors. The objective is the realization of a integrable RF MEMS resonator in order to replace quartz in some applications. The compatibility of the manufacturing process with the technologies used by the company and low cost production represent the main challenges of the project. The resonator TFEAR (Thin Film Elongation Acoustic Resonator) is a bar, consisting of a superposition of thin film type Metal/AlN/metal. The piezoelectric properties of aluminum nitride (AlN) are exploited : the application of an alternating electric field, parallel to the thickness of the bar, resulting in propagation of acoustic waves along its length. The sizes of the manufactured resonators correspond to resonant frequencies between 10MHz to 50 MHz. This thesis focuses on modeling and electrical characterization of the TFEAR resonator. The models are developed by 3D numerical simulations and by 1D analytical calculations. The electrical behavior of TFEAR is described by an equivalent circuit which elements are expressed in terms of physical parameters and losses of the constituent materials. A quality factor of 2250 on a 25.79MHz resonant TFEAR which motional resistance is 2.1 kOhms has been noticed. These measurements were completed by the characterization of the physical parameters of the piezoelectric layer. For example, piezoelectric coefficient d33;f values were recorded up to 2.6 pm/V (for a theoretical maximum of 3.93pm/V)

Les solitons de cavité sont des pics stationnaires d'intensité qui apparaissent dans le plan transverse d'un résonateur optique non linéaire injecté par un champ électromagnétique cohérent (faisceau de maintien). Ils peuvent être allumés et éteints individuellement par une perturbation locale sous la forme d'un pulse de lumière (faisceau d'écriture). La possibilité de contrôler leur position et leur mouvement par l'introduction d'un gradient de phase ou d'amplitude dans le faisceau de maintien permet leur application comme pixels mobiles de lumière dans un processeur d'information tout optique. D'un point de vue fondamental, les solitons de cavité sont des Structures Localisées à un seul pic en tous points analogues à celles observées dans les milieux granulaire, dans la décharge électrique dans un gaz, dans les instabilités chimique et dans l'hydrodynamique. Ces structures apparaissent en présence d'une instabilité modulationelle de la solution homogène qui se produit de façon sous critique, où il y a donc cœxistence de solutions différentes pour les mêmes valeurs de paramètres. Les solitons de cavité ont donc une nature très différente par rapport aux solitons spatiaux qui sont basés sur un mécanisme de compensation entre diffraction et non linéarité qui se produit lors de la propagation.<br /><br />Dans cette thèse je résumerai les principaux résultats de ma recherche sur les solitons de cavité dans les Lasers à Semi-conducteurs à Cavité Verticale. J'introduirai le concept de Soliton de cavité dans le cadre de la morphogènes en optique et je mettrai en évidence la similitude avec les structures localisées observées dans d'autres systèmes optiques. Je montrerai expérimentalement leur existence et j'analyserai leurs propriétés dans l'espace de paramètres. Je montrerai qu'il est possible de les positionner en forme de matrices qui peuvent être reconfigurées optiquement. Je mettrai en évidence expérimentalement la possibilité d'utiliser les solitons de cavité pour la réalisation d'une ligne de retard tout optique basée sur leur coulissement en présence d'un gradient de phase dans le faisceau de maintien.

Ces travaux de thèe portent sur le développement d’un outil d’analyse numérique dédié à l’ étude de nouveaux résonateursà quartz à ondes de volume et utilisant les éléments finis. Cette méthode de caractérisation permet la détermination deséléments du schéma électrique équivalent (résistance, inductance et capacité) d’une fréquence de résonance donnée ainsique son facteur de qualité, tout en prenant en compte dans le modèle la sensibilité du cristal de quartz à la températureet aux contraintes induites par le montage. Une étape de validation est d’abord réalisée afin de vérifier nos choix, enterme de modélisation et de calcul, en confrontant les données issues de la simulation aux mesures de résonateurs déjàexistants. Les trois dispositifs analysés (40 MHz, 10 MHz et 100 MHz) montrent une bonne concordance entre théorieet expérience. Pour obtenir de tels résultats, la structure de maintien est prise en compte et modélisée sous forme dezones d’amortissement de Rayleigh lorsque le piégeage de l’énergie n’est pas optimal (présence d’un mode de plaque).Un aspect important des résonateurs est ensuite étudié : le comportement en température. En effet, les contraintes dedilatation thermique ainsi que l’évolution des coefficients élastiques en fonction de la température induisent une dérivefréquentielle. La comparaison entre théorie et expérience nous permet de vérifier l’allure des courbes et de quantifier ledegré de précision du modèle. L’effet d’une contrainte mécanique appliquée sur le pourtour de la lame de quartz est parla suite introduit dans le modèle en utilisant la méthode de perturbation de Sinha-Tiersten. Il est alors possible de définirl’impact des défauts de fabrication sur la fréquence du résonateur. Enfin, la méthode numérique est appliquée à l’étudede structures innovantes dans le cadre du projet FREQUENCE2009. Il s’agit de revisiter le concept du résonateur BVA etd’envisager des procédés de fabrication collective. L’idée consiste ainsi à remplacer le rayon de courbure d’un résonateur,dont la fréquence utile se trouve aux alentours de 9 MHz, par une série de marches, plus compatible avec les procédés dela micro électronique (DRIE : Deep Reactive Ion Etching). Bien que les résultats expérimentaux soient, dans ce cas, loin denos attentes, nous constatons que l’outil d’analyse est parfaitement capable de prédire les caractéristiques de nouvellesstructures. / This work is devoted to the development of a digital analysis tool dedicated to study new bulk acoustic waves quartz resonatorsby using finite elements. This method of characterization allows the calculation of the elements of the equivalentelectrical circuit (resistor, inductance and capacitor) of a given resonant frequency as well as the quality factor, while takinginto account its sensitivity to the temperature and to the stresses induced by the mounting support. Firstly, a validationphase is carried out in order to check our choices, in terms of modeling and computation, by comparing simulation data tothe measures of existing resonators. The three analyzed devices (40MHz, 10 MHz and 100 MHz) show good agreementbetween theory and experiment. To obtain such results, the mounting support is taken into account and modeled thanks toRayleigh damping areas when the trapping of energy is not optimal (presence of a spurious shell vibration mode). Then, animportant aspect of resonators is studied : the temperature behavior of its vibrating modes. Indeed, the thermal expansionstresses as well as the change of stiffness coefficients according to the temperature induce frequency shift. The comparisonbetween theory and experiment allows us to check the shape of curves and to quantify the accuracy of the model.Thereafter, the effect of mechanical stress applied on the edge of the blank of quartz is introduced in the model by usingthe perturbation method developed by Tiersten and Sinha. So, it is possible to define the influence of some manufacturingdefects on the resonant frequency. Finally, the digital method is applied to study innovative structures in the framework ofthe project FREQUENCE2009. The aim is to review the concept of BVA resonator and consider collective manufacturingprocesses. The idea involves replacing the radius of curvature of a resonator, for which the expected frequency is around9 MHz, by several steps, more compatible with microelectronics processes (DRIE : Deep Reactive Ion Etching). Althoughthe results are far from our expectations, we note that the analysis tool is perfectly able to anticipate the characteristics ofnew structures.

Ce travail porte sur l'étude de propriétés optiques des fluides à échelle micrométrique. A cet effet, nous avons conçu, réalisé et étudié différents types de micro-résonateurs optofluidiques, sous forme de laboratoires sur puce. Notre analyse est fondée sur la modélisation analytique et numérique, ainsi que sur des mesures expérimentales menées sur des micro-cavités optiques; nous utilisons l'une d'entre elles pour des applications de réfractométrie de fluides homogènes et de fluides complexes ainsi que pour la localisation par piégeage optique de microparticules solides. Nous nous sommes d'abord concentrés sur l'étude d'une nouvelle forme de micro-cavité Fabry-Pérot basée sur des miroirs courbes entre lesquels est inséré un tube capillaire permettant la circulation d'une solution liquide. Les résultats expérimentaux ont démontré la capacité de ce dispositif à être utilisé comme réfractomètre avec un seuil de détection de 1,9 × 10-4 RIU pour des liquides homogènes. De plus, pour un liquide contenant des particules solides, la capacité de contrôler la position des microparticules, par des effets de piégeage optique ou de liaison optique, a été démontrée avec succès. Dans un second temps, un résonateur optique est formé simplement à partir d'une goutte de liquide disposée sur une surface super-hydrophobe. La forme quasi-sphérique résultante est propice à des modes de galerie. Il est démontré que, jusqu'à des tailles de gouttelettes millimétriques, la technique de couplage en espace libre est toujours en mesure d'accéder à ces modes à très faible queue évanescente d'interaction, contrairement à ce qu'indiquait jusqu'ici la littérature. De tels résonateurs optofluidiques à gouttelette devraient trouver leur application notamment comme capteur d'environnement de l'air ambiant ou encore comme incubateur de micro-organismes vivants pouvant être suivis par voie optique / This work focuses on the study of optical properties of fluids at the micrometer scale. To this end, we designed, implemented and studied different types of optofluidic micro- resonators in the Lab-on-Chip format. Our analysis is based on analytical and numerical modeling, as well as experimental measurements conducted on optical microcavities; we use one of them for refractometry applications on homogeneous fluids and on complex fluids, as well as for the localization of solid microparticles by optical trapping. We first focused on the study of a new form of Fabry-Perot micro-cavity based on curved mirrors between which a capillary tube is inserted for injecting a fluidic solution. Experimental results demonstrated the ability of this device to be used as a refractometer with a detection limit of 1.9 × 10-4 RIU for homogeneous liquids. Furthermore, for liquid containing solid particles, the ability to control the microparticles position either by optical trapping or optical binding effects has been successfully demonstrated. In a second step, an optical resonator is simply formed from a liquid droplet placed on top of a superhydrophobe surface. The resulting quasi-spherical shape supports resonant whispering gallery modes. It is shown that, up to millimeter size droplets, the proposed technique of free-space coupling of light is still able to access these modes with very low evanescent tail interaction, contrary to what was indicated in the literature so far. Such optofluidic droplet resonators are expected to find their applications for environmental air quality monitoring, as well as for incubator of living micro-organisms that can be monitored optically

L'objectif de cette étude est de montrer la faisabilité d'un nouveau capteur de gaz a transduction RF, passif et sans fil. Ce nouveau capteur est composé de deux lignes coplanaires sur membrane et d'un résonateur diélectrique (RD). L'association de ces deux éléments permet de réaliser un filtre que nous excitons par une onde électromagnétique hyperfréquence en modes de galerie. Grâce à l'effet de " Relaxation Diélectrique ", nous pouvons détecter une variation de l'ambiance gazeuse par un décalage d'une fréquence de résonance du filtre. Les résultats de simulations électromagnétiques ont montré que la détermination de la fréquence de résonance d'un des modes de galerie permettait de détecter facilement la présence de gaz avec une grande sensibilité. Le développement de ce circuit simulé a été réalisé en deux étapes : la fabrication des lignes coplanaires sur membrane et l'élaboration du résonateur diélectrique à base d'un matériau sensible aux gaz. La réalisation d'un RD en TiO2 a été abordée en collaboration avec le CIRIMAT en utilisant la technique SPS (une voie prometteuse mais non encore maitrisée pour nos structures). Compte tenu des difficultés rencontrées, nous avons validé le concept du capteur en utilisant un résonateur en céramique (BaSmTiOxide) réalisé par Temex-Ceramics. L'assemblage des deux parties du capteur a permis d'obtenir les premiers dispositifs et de les caractériser sous différentes ambiances. Les résultats obtenus coïncident bien avec ceux de simulation ce qui valide le principe et la conception de ce nouveau capteur. Enfin, une dernière partie de l'étude est focalisée sur la communication sans fil de ce capteur passif à l'aide d'un RADAR FMCW.

Les progrès de la microélectronique, axés en premier lieu sur l’amélioration des performances et la réduction des coûts des processeurs et des mémoires, ont aussi bénéficié depuis de nombreuses années aux capteurs, à l’éclairage, aux actionneurs et autres technologies dites More than Moore. La détection infrarouge à l’aide de détecteurs thermiques fait partie de ces bénéficiaires. Les détecteurs thermiques actuels utilisent principalement une fine couche résistive (typiquement du dioxyde de vanadium ou du silicium amorphe) déposée sur une membrane suspendue comme thermomètre : ce sont les microbolomètres. Cette technique a permis de produire des caméras thermiques dont le coût de fabrication a drastiquement chuté avec des performances qui se rapprochent des détecteurs photoniques onéreux, fonctionnant à des températures cryogéniques. Néanmoins, le coût de ces imageurs reste encore excessif pour des applications grand public (conduite nocturne, smartphones, domotique) tandis que les applications militaires (surveillance, lunettes portatives) demandent des performances accrues dans un budget maîtrisé. Un des objectifs des industriels du domaine est donc de réduire la surface des détecteurs, le pas pixel, afin d’augmenter le nombre de rétines fabriquées sur une plaque de silicium. Néanmoins, la réduction de cette surface diminue de facto le flux infrarouge incident sur le pixel, et donc le signal. Il faut donc améliorer la sensibilité des détecteurs à chaque nouveau pas pixel. La technologie résistive, largement employée par l’industrie jusqu’à maintenant, se prêtait volontiers à cet exercice jusqu’au pas de 17 µm, permettant de densifier d’un facteur 4 le nombre de détecteurs tous les 5 ans. L’auto-échauffement lié à la lecture résistive et le bruit en 1/f sont les principales causes du ralentissement observé dans cette réduction des échelles ces dernières années. Nos travaux se sont focalisés sur un nouveau principe de détection au pas de 12 µm, fonctionnant avec un auto-échauffement minime. Dans cette approche, une planche suspendue est mise en résonance mécanique autour de deux bras ancrés subissant une torsion. L’actionnement et la détection électrostatique du mouvement de la membrane sont réalisés avec deux électrodes situés 2 µm sous la planche. La modification du module d’Young avec la température et les contraintes thermiques vont modifier la fréquence de résonance. Les résonateurs mécaniques étant peu bruités, le suivi cette fréquence de résonance doit permettre de réaliser des détecteurs thermiques performants. Le travail de thèse a consisté à concevoir, fabriquer et caractériser de tels pixels et à comparer cette technique aux détecteurs résistifs. Différents modèles (linéaire et nonlinéaire) du mouvement de la structure sont présentés et comparés aux caractérisations expérimentales de résonateurs fabriqués en réseaux denses, selon différentes variantes. Nous avons mesuré le bruit fréquentiel de nos détecteurs puis leur sensibilité à un flux infrarouge. Les meilleurs dispositifs montrent une limite de sensibilité de 30 pW/√Hz. Une résolution sur la scène (NETD) de 2 K est obtenu pour un temps d’intégration adapté au temps image. Ces performances sont inégalées pour un résonateur non refroidi à ces dimensions. Nous montrons qu’un NETD de 20 mK est atteignable au pas de 12 µm (pour un temps de réponse de 10 ms) en se focalisant sur 3 axes de recherche : une cointégration des résonateurs avec leur électronique de lecture, une acquisition plus précise du signal par un temps d’intégration adapté au temps image et l’amélioration de la sensibilité thermique (TCF) du résonateur d’un facteur 10. Pour ce dernier point, nous présentons des méthodes afin d’améliorer le TCF. Finalement, nous étudions des architectures de pixels au pas de 5 µm présentant des performances théoriques proches de celles requises par l’imagerie infrarouge (NETD=70 mK et τth=8 ms). Des perspectives de transductions tout optiques sont finalement évoquées. / Progress in microelectronics has been mainly driven by informatics needs for addressing both increased performances and lower costs for processors and memories, according to the well-known Moore’s Law. For many years, these tremendous progresses in silicon fabrication and integration have also contributed to the emergence of new type of devices, such as sensors, actuators, filters, clocks or imagers, forming a new class of devices called More than Moore. Uncooled infrared imaging, which uses thermal sensors belongs to this new class of devices. Today thermal sensors principally use a thin resistive layer (mainly vanadium dioxide or amorphous silicon) on a suspended membrane as a thermometer and are called microbolometers. The fabrication cost of thermal cameras has dramatically dropped over the last 20 years, while attaining performances close to the expensive cooled cameras. Nevertheless, the cost of these imagers still remains too high for consumer market (night driving, smartphones, home automation) whereas military applications (surveillance, personal googles) need improved resolutions – in an affordable camera. Therefore, one objective of the microbolometers industry roadmap is to scale down the sensor surface – the pixel pitch – in order to increase the number of imagers fabricated on a silicon wafer. Yet, the pixel pitch reduction goes necessarily with a reduction of the captured infrared power leading to a reduction of the sensor signal. As a consequence, the sensor sensitivity needs to be improved as the pixel pitch scales down. The resistive technology has managed this scaling so far, down to 17µm pixel pitch, allowing a densification of the sensors by a factor 4 every 5 years. Despite this success, the scaling has been recently slowed down, mostly because of microbolometers self-heating issue and 1/f noise which are inherent to the resistive transduction. Our work has focused on a new type of sensor at 12µm pixel pitch, which theoretically gets rid of self-heating and 1/f noise. In our approach, an absorbing plate is excited at its mechanical resonance through two tiny torsion arms using an actuation electrode placed 2µm underneath. Pixel motion is also transduced electrostatically. Since micromechanical resonators feature very low frequency noise, we believe that an uncooled infrared sensor based on the monitoring of its resonance frequency (which changes with temperature through the TCF) should be extremely sensitive. In our work, we present different models (linear and nonlinear) for the pixel mechanical behavior and compare them to experimental characterization of resonators which were fabricated in dense arrays, according to several designs. We measure the frequency stability of our sensors along with their sensitivity to infrared flux. The best devices show a resolution of 30pW/sqrt(Hz), with a response time lower than one millisecond. The scene resolution (NETD) is 2K for an integration time compatible with imaging frame rate. These performances overtake results previously published on this topic with such reduced pixel pitch. We show that a NETD of 20mK (with a response time of 10ms) is reachable at 12µm pixel pitch if we can address the following 3 challenges: a cointegration of the resonators with their electronics, a shared readout of several pixels in the imaging frame rate and an improved TCF by a factor 10. Therefore, we provide different methods in order to improve the TCF. Finally, we present different pixel designs at 5µm pixel pitch which show theoretical performances close to uncooled infrared imaging requirements (NETD=70mK and tau_th=8ms). An optical transduction may also be a new route toward even better signal to noise ratio at low pitch.