Le sujet de thèse porte sur des micro/nanorésonateurs ainsi que leurs électroniques de lecture. Les composants mécaniques sont utilisés pour mesurer des masses inférieures à l'attogramme (10-18 g) ou de très faibles concentrations de gaz. Ces composants peuvent ensuite être mis en réseau afin de réaliser des spectromètres de masse ou des détecteurs de gaz. Afin d'atteindre les résolutions nécessaires, il a été choisi d'utiliser une détection harmonique de résonance détectant les variations de la fréquence de résonance d'une nanostructure mécanique. Les dimensions du résonateur sont réduites afin d'augmenter sensibilité en masse, cependant le niveau du signal électrique en sortie du composant est également réduit. Ce faible signal nécessite donc de concevoir de nouvelles transductions électromécaniques ainsi que des architectures électroniques qui minimisent le bruit, les couplages parasites et qui peuvent être mise en réseau.

Cette thèse de doctorat traite des interactions entre des flammes et des perturbations de l'écoulement responsables d'une combustion cyclique auto-entretenue. Sur la base d'observations expérimentales, des modèles théoriques ou numériques de ces interactions sont proposés. Les prévisions des modèles sont confrontées à l'expérience. On montre que les fluctuations rapides de surface de flamme constituent des sources sonores puissantes. Ces sources sont caractérisées pour une flamme en interaction avec une paroi et pour une flamme présentant des éléments rapprochés du front qui interagissent entre eux. Ces interactions peuvent induire des instabilités de combustion. Ce phénomène est analysé en combinant la modélisation et la détermination expérimentale de certains paramètres de l'écoulement. La méthode développée permet de prévoir la carte de stabilité de brûleurs laminaires annulaires. La réponse des flammes à des modulations de l'écoulement est un élément clé dans l'analyse de la stabilité d'un foyer. On propose une étude théorique et une modélisation numérique de la dynamique des flammes de prémélange inclinées par rapport à l'écoulement, une situation fréquente dans l'industrie. Un modèle unifié est développé qui étend la validité des précédents modèles restreints aux basses fréquences à des perturbations convectives de l'écoulement. Les prévisions des modèles sont confrontées à des mesures pour des flammes coniques et des flammes stabilisées en ``V" sur un barreau. Le modèle unifié donne une représentation plus fidèle de la fonction de transfert des flammes coniques. Le cas des flammes en ``V" est moins bien représenté. Dans cette situation, l'interaction de la flamme avec la couche de mélange du jet réactif et du milieu ambiant joue un rôle déterminant. L'ensemble des observations, des modélisations et des méthodes d'analyse développées dans ce document permet une meilleure compréhension de situations pratiques plus complexes.

Deux phénomènes de l'acoustique non-linéaire à fort niveau sont étudiés lors de cette thèse: la transition à la turbulence et les écoulements redressés en guide d'onde acoustique. Le développement récent de la Vélocimétrie Laser par effet Doppler (VLD) ouvre de nouvelles voies pour l'étude de ces phénomènes. Une partie du travail de cette thèse a ainsi consisté en l'adaptation de la VLD à des mesures acoustiques en proche paroi. Ce travail préliminaire a permis de proposer par la suite l'étude de la transition à la turbulence en fluide oscillant compressible et celle des tourbillons internes et externes des écoulements redressés. Pour ce faire, un dispositif expérimental a été conçu, réalisé, instrumenté et caractérisé, impliquant en particulier une étude de l'ensemble couplé source acoustique / résonateur. Pour isoler les phénomènes à l'étude, les autres phénomènes non-linéaires qui peuvent apparaître dans le guide d'onde sont évalués. Des mesures par VLD de vitesse acoustique et de turbulence dans la couche limite acoustique permettent de préciser l'évolution des régimes d'écoulements qui interviennent dans la transition à la turbulence et de déterminer une limite expérimentale entre le régime laminaire et le régime turbulent. Des mesures de la vitesse des écoulements redressés sont effectuées pour observer l'évolution des tourbillons internes et externes des écoulements redressés, en particulier pour des écoulements redressés rapides. Une étude préliminaire est aussi effectuée en vue d'étudier l'influence d'un obstacle sur le schéma de Rayleigh pour aider à la compréhension des phénomènes présents dans les machines thermoacoustiques.

Ce mémoire présente le développement et la mesure d'oscillateurs micro-ondes à haute pureté spectrale basés sur la combinaison d'un résonateur saphir et d'un amplificateur faible bruit de phase (à transistors SiGe). Les applications de ces sources sont les systèmes radar de haute sensibilité et la métrologie temps-fréquence.\\<br />Le résonateur saphir (Al$_{2}$O$_{3}$), dans lequel sont excités des modes électromagnétiques d'ordre élevé dits modes de galerie, permet l'obtention de forts coefficients de surtension (de l'ordre de 2.10$^{5}$ à température ambiante). Différentes techniques de couplage de ces modes sont présentées ainsi qu'une méthode efficace pour privilégier le mode désiré. S'appuyant sur des modèles précis, l'utilisation d'une cavité originale sur laquelle est directement embarquée une électronique de régulation de haute-précision permet de réduire à -0,05 ppm/K la sensibilité de la fréquence du cristal aux variations de température ambiante. Un oscillateur construit avec ce résonateur optimisé présente une instabilité relative de fréquence de 4.10$^{-11}$ sur un temps d'intégration de 1s.\\<br />Parallèlement, nous présentons un modèle non-linéaire et en bruit très précis d'amplificateurs à base de transistors SiGe permettant de simuler et optimiser les performances en bruit de phase de ces composants. Des amplificateurs originaux multi-étages, utilisés en bande X, sont étudiés, conçus et caractérisés. Des paliers de bruit de l'ordre de - 165 dB.rad$^{2}$/Hz à 10 kHz de la porteuse sont mesurés.\\<br />En bande C, les oscillateurs développés présentent des performances en bruit de phase de -135 dB.rad$^{2}$/Hz à 1 kHz de la porteuse. Ce résultat consitue l'état de l'art mondial dans cette bande de fréquence. En bande X, les sources réalisées présentent un bruit de phase de -160 dB.rad$^{2}$/Hz à 100 kHz de la porteuse et de -145 dB.rad$^{2}$/Hz à 10 kHz de la porteuse. Pour de faibles fréquences de Fourier, ces performances sont améliorées de 40 dB en refroidissant le résonateur à 77K. \\

Cette thèse est consacrée à l'étude fondamentale et au développement de micro-sources lasers en matériaux organiques, susceptibles de débouchés dans les technologies de l'information et les biotechnologies. Nous avons exploré l'aspect tridimensionnel (3D) de ces lasers, tant en termes de fabrication que de caractérisation. Concernant la fabrication, nous avons fait évoluer la géométrie des microlasers, auparavant quasi-bidimensionnelle (2D, issue de films fins) vers une géométrie 3D (comme des cubes). Des procédés de lithographie UV épaisse ou d'écriture directe au laser par photo-polymérisation à 2 photons ont été adaptés pour réaliser des formes sur mesure de micro-résonateurs optiques incluant un colorant. Afin d'étudier l'émission très anisotrope de ces lasers, nous avons conçu et développé un outil original, appelé scanner à angle solide (SAS), permettant de collecter l'émission d'un microlaser dans toutes les directions du demi-espace qui le surplombe, avec une grande précision. Le SAS a permis de constater que les microlasers 2D émettent principalement hors-plan. Un modèle a été développé pour expliquer cet effet et émettre des prédictions. D'autre part, différentes formes de microlasers 2D ont été analysées, à partir de leurs directions et spectres d'émission, grâce au formalisme semi-classique des orbites périodiques. En particulier, une orbite diffractive a été observée dans les triangles, ce qui ouvre la voie à une étude systématique de la diffraction par un coin diélectrique. Nous apportons également une explication à la directionalité de l'émission par des microlasers carrés. Pour finir, les premières caractérisations 3D de micro-lasers 3D ont été réalisées.

Cette thèse est consacrée à l'étude fondamentale et au développement de micro-sources lasers en matériaux organiques, susceptibles de débouchés dans les technologies de l'information et les biotechnologies. Nous avons exploré l'aspect tridimensionnel (3D) de ces lasers, tant en termes de fabrication que de caractérisation. Concernant la fabrication, nous avons fait évoluer la géométrie des microlasers, auparavant quasi-bidimensionnelle (2D, issue de films fins) vers une géométrie 3D (comme des cubes). Des procédés de lithographie UV épaisse ou d'écriture directe au laser par photo-polymérisation à 2 photons ont été adaptés pour réaliser des formes sur mesure de micro-résonateurs optiques incluant un colorant. Afin d'étudier l'émission très anisotrope de ces lasers, nous avons conçu et développé un outil original, appelé scanner à angle solide (SAS), permettant de collecter l'émission d'un microlaser dans toutes les directions du demi-espace qui le surplombe, avec une grande précision. Le SAS a permis de constater que les microlasers 2D émettent principalement hors-plan. Un modèle a été développé pour expliquer cet effet et émettre des prédictions. D'autre part, différentes formes de microlasers 2D ont été analysées, à partir de leurs directions et spectres d'émission, grâce au formalisme semi-classique des orbites périodiques. En particulier, une orbite diffractive a été observée dans les triangles, ce qui ouvre la voie à une étude systématique de la diffraction par un coin diélectrique. Nous apportons également une explication à la directionalité de l'émission par des microlasers carrés. Pour finir, les premières caractérisations 3D de micro-lasers 3D ont été réalisées.

Le sujet de thèse porte sur des micro/nanorésonateurs ainsi que leurs électroniques de lecture. Les composants mécaniques sont utilisés pour mesurer des masses inférieures à l'attogramme (10-18 g) ou de très faibles concentrations de gaz. Ces composants peuvent ensuite être mis en réseau afin de réaliser des spectromètres de masse ou des détecteurs de gaz. Afin d'atteindre les résolutions nécessaires, il a été choisi d'utiliser une détection harmonique de résonance détectant les variations de la fréquence de résonance d'une nanostructure mécanique. Les dimensions du résonateur sont réduites afin d'augmenter sensibilité en masse, cependant le niveau du signal électrique en sortie du composant est également réduit. Ce faible signal nécessite donc de concevoir de nouvelles transductions électromécaniques ainsi que des architectures électroniques qui minimisent le bruit, les couplages parasites et qui peuvent être mise en réseau.

Les systèmes MEMS et NEMS permettent, par résonance mécanique, des mesures de masse avec une sensibilité et une résolution propices à la caractérisation d'objets de taille micro- et nanométrique. Ces dispositifs, adaptés à une intégration dans des systèmes d'analyse miniatures plus complexes, sont d'intérêt pour la recherche biomédicale et la détection de particules. Toutefois la caractérisation en milieu liquide reste à ce jour délicate, principalement à cause de phénomènes dissipatifs associés à la mise en mouvement du fluide environnant le dispositif vibrant.Afin de lever ce verrou, l’équipe au sein de laquelle s’est déroulée cette thèse a développé des MEMS fluidiques sous forme de plaques minces mises en vibration dans leur plan de manière à limiter l'excitation du fluide environnant. Chaque plaque comporte un canal microfluidique permettant la circulation d'un liquide dont la masse moyenne est précisément déterminée par la fréquence de résonance du système. A terme, l'ambition de ces systèmes est de parvenir à révéler, par un décalage en fréquence, le passage au sein de la plaque vibrante d’une particule unique transportée par le liquide.Deux objectifs ont été atteints dans le cadre de cette thèse. D'une part, le comportement de ces structures en présence de divers liquides a été finement caractérisé ce qui a permis d’évaluer leurs performances réelles en fonction des conditions d'excitation. La résolution mesurée pour ces capteurs est de l’ordre de quelques g.L-1, pour une sensibilité d’environ 100 Hz.(g.L-1)-1.D'autre part, une nouvelle génération de capteurs aux caractéristiques innovantes a été conçue en vue d’abaisser le seuil de détection en diminuant la masse des résonateurs et en améliorant le bruit en fréquence.Ce manuscrit sera articulé autour de quatre chapitres. Le premier propose un état de l’art des techniques existantes pour la caractérisation de particules en fluide, et détaille ensuite les solutions MEMS et NEMS développées à cette fin dans la littérature. Le second chapitre livre les résultats issus de la caractérisation d’une première génération de MEMS fluidiques. Le troisième décrit les observations et mesures réalises, et propose des perspectives d’amélioration de ces composants ainsi que de leur protocole de caractérisation. Enfin, on présente dans le dernier chapitre une nouvelle génération de NEMS conçue et fabriquée au cours de cette thèse ; pour finir sont discutés les choix réalisés et les perspectives d’évolution attendues pour ces composants. / MEMS and NEMS allow sensitive and precise mass detection consistent with micro- and bio- objects analysis. These systems are promising for biomedical research and particle metrology, and can be easily integrated in miniaturized multifunctional systems. Thererfore, characterization in liquid media remains tricky due to viscous dissipation consequent to the movement induced in the fluidic environment.In order to overcome this technological lock, our laboratory previously designed and fabricated specific MEMS devices for fluidic analysis; these thin plate resonators with and embedded microchannel are actuated in liquid media, with four capacitive electrodes providing both actuation and detection. The circulating fluid mass can be precisely measured by monitoring the device’s resonant frequency. The long-term objective is to be able to detect and weigh one single particle transported by the fluid.Two main objectives were fulfilled during these three years. First, the MEMS behaviour in presence of various liquids was evaluated, providing a fine-grained analysis of their performances as mass sensors. The measured resolution of our sensors is about a few g.L-1 with a sensitivity of 100 Hz.(g.m-3)-1.Meanwhile, a new generation of NEMS sensors with innovative features was designed; the objective is to decrease the effective mass and reduce the frequency noise, both for a better mass resolution.This thesis includes four chapters. The first one consists in a review of the existing techniques for particles characterization in fluid as well as MEMS and NEMS solutions for particles metrology described in the litterature. The second part of the manuscript presents the results of the experimental characterizations carried out on the first generation of sensors. The third chapter gathers the conclusions of these measurements and gives an outlook on possible improvements on both the design and the characterization of the sensors. At last, the fourth part describes the new generation of devices and discusses their characteristics in terms of expected resolution and applications.

L'utilisation des moyens de transport et des machines au quotidien a fortement contribué à l'amplification des phénomènes générant de la nuisance sonore. L'élimination des bruits en basses fréquences est actuellement la cible de différentes recherches. Plusieurs stratégies ont émergé comme l'utilisation des résonateurs de Helmholtz, de membranes vibrantes mais surtout des systèmes hybrides actif-passif. L'originalité de ce projet de doctorat consiste en la proposition d'une solution technologique d'un résonateur de Helmholtz adaptatif à volume variable, permettant ainsi de s'affranchir du caractère mono-fréquentiel des résonateurs de Helmholtz passifs. Le réglage de volume s'effectue grâce à l'utilisation d'une membrane en polymère électroactif (EAP), permettant ainsi d'accorder les résonances du système. Le comportement mécanique de ces matériaux est modifié lorsqu'ils sont stimulés par un champ électrique. Des améliorations significatives en perte par transmission acoustique sont obtenues en basses fréquences par deux effets: la variation de raideur de la membrane et l'augmentation de volume due à la déformation de la membrane. Des études numériques, analytiques et expérimentales sont réalisées pour déterminer le potentiel des concepts proposés. Enfin, une structure périodique contenant 9 résonateurs adaptatifs à membranes électroactives est étudiée en champs diffus permettant d'évaluer les performances acoustiques du concept distribué.

Nous assistons aujourd'hui à une explosion des demandes de calcul, de stockage et de transfert de données. Dans ce contexte, le développement des ordinateurs à haute performance est crucial mais il est limité par le débit et la consommation des interconnexions électriques entre puces ou intra-puces. La photonique sur silicium propose de lever ce verrou technologique en utilisant la maturité des procédés de fabrication de microélectronique pour concevoir des interconnexions optiques à très haut débit et à faible énergie par bit. Dans ces travaux, nous nous proposons de dimensionner un lien optique intégré sur silicium pour par exemple adresser le défi technologique des interconnexions intra-puces entre un processeur et une mémoire DRAM de dernière génération. Le lien optique conçu est multiplexé en longueur d’onde et utilise des composants intégrés à faible empreinte appelés anneaux résonants pour les fonctions de modulation et de démultiplexage. Les sources laser dont seront munis ces interconnexions consomment une puissance importante : nous nous attachons à optimiser la performance des composants utilisés en termes de puissance optique. A partir d’une analyse système, nous proposons une architecture de lien et construisons un modèle pour évaluer les pénalités en puissance optique associées au transmetteur et au récepteur du lien de communication à l’aide de simulations statiques et dynamiques. Ce modèle comprend des contributions des modulateurs et des filtres du démultiplexeur considérés individuellement ainsi que des contributions liées au multiplexage en longueur d’onde à l’émission et à la réception. Des modulateurs optiques en anneau sont fabriqués en technologie PIC25G, caractérisés en statique et en dynamique puis comparés au modèle. Enfin, des démonstrateurs multiplexés en longueur d’onde sont conçus et mis en œuvre permettant de valider nos modèles prédictifs et d'en soulever de futurs perfectionnements. / The 21st century is characterized by the explosion of demand for computing power as well as data storage and transfer. In this context, the development of high-performance computers is crucial but it is limited by the bandwidth and the energy efficiency of chip-to-chip and intra-chip electrical interconnects. Silicon photonics is a promising solution that uses microelectronics manufacturing techniques to fabricate optical components dedicated to efficient and high-bit-rate optical communication links.This work aims at designing a silicon photonic intra-chip high-bandwidth interconnect based on the example of latest-generation DRAM specifications. Wavelength division multiplexing (WDM) is used with low-footprint components called optical ring resonators for modulation and filtering.Lasers sources are a non-negligible contributor to overall system power consumption. For this reason, this thesis focuses on the optimization of ring resonators in terms of optical power. We first carry out a system analysis and propose an architecture that consists of parallel WDM links. Then a system model that evaluates optical power penalties related to the transmitter and the receiver is built up using static and dynamic simulations. Individual contributions of modulators, filters as well as the impact of adjacent channels at the transmitter and receiver sides are taken into account. Optical ring modulators are fabricated in PIC25G technology and characterized through static and dynamic measurements in order to validate our model. Finally, wavelength division multiplexed prototypes are designed and demonstrations corresponding to different WDM configurations are carried out which allows for suggestions of future improvements from the comparison with our predictive model.