Cette thèse se propose d'étudier les procédés de dopage et de recuit laser comme outils permettant la réalisation de cellules photovoltaïques au silicium cristallin. Des émetteurs dopés ou recuits par laser sont tout d'abord réalisés à l'aide de trois lasers et de différentes sources dopantes. Les lasers utilisés sont un laser vert nanoseconde, un laser excimère et un laser ultraviolet à haute cadence. Comme sources dopantes nous avons utilisé le verre de phosphore, des couches de nitrures de silicium dopées au bore ou au phosphore, ou encore des implantations ioniques de bore ou de phosphore. Des dopages très efficaces sont obtenus avec chaque couple laser/source dopante. En particulier, de faibles valeurs de résistances carrées et de densités de courant de saturation sont obtenues. Ces procédés laser sont ensuite appliqués à la réalisation de cellules à émetteur sélectif et à champ arrière au bore. Les cellules à émetteur sélectif dopé par laser (en utilisant le verre de phosphore comme source dopante) atteignent un rendement de 18,3 %, ce qui représente un gain total de 0,6 %abs comparé aux cellules standard à émetteur homogène. Les cellules à champ arrière au bore recuit par laser (à partir d'une implantation ionique de bore) montrent quant à elles un gain de 0,3 %abs par rapport aux cellules à champ arrière à l'aluminium, offrant ainsi un rendement de 16,7 %.

Cette thèse se propose d’étudier les procédés de dopage et de recuit laser comme outils permettant la réalisation de cellules photovoltaïques au silicium cristallin. Des émetteurs dopés ou recuits par laser sont tout d’abord réalisés à l’aide de trois lasers et de différentes sources dopantes. Les lasers utilisés sont un laser vert nanoseconde, un laser excimère et un laser ultraviolet à haute cadence. Comme sources dopantes nous avons utilisé le verre de phosphore, des couches de nitrures de silicium dopées au bore ou au phosphore, ou encore des implantations ioniques de bore ou de phosphore. Des dopages très efficaces sont obtenus avec chaque couple laser/source dopante. En particulier, de faibles valeurs de résistances carrées et de densités de courant de saturation sont obtenues. Ces procédés laser sont ensuite appliqués à la réalisation de cellules à émetteur sélectif et à champ arrière au bore. Les cellules à émetteur sélectif dopé par laser (en utilisant le verre de phosphore comme source dopante) atteignent un rendement de 18,3 %, ce qui représente un gain total de 0,6 %abs comparé aux cellules standard à émetteur homogène. Les cellules à champ arrière au bore recuit par laser (à partir d’une implantation ionique de bore) montrent quant à elles un gain de 0,3 %abs par rapport aux cellules à champ arrière à l’aluminium, offrant ainsi un rendement de 16,7 %. / This study aims at investigating laser doping and laser annealing for crystalline silicon solar cells processing. Laser-processed emitters are firstly realized using three lasers and different dopants sources. The lasers are a nanosecond green laser, an excimer laser and a high-frequency ultraviolet laser. As dopants sources we used either phosphosilicate glass, phosphorus and boron-doped silicon nitrides, or phosphorus and boron ion implantation. Efficient phosphorus and boron doping are obtained using any of these laser/sources couple. In particular, low sheet resistances and low emitter saturation current densities are obtained. These laser processes are then applied to selective emitter and boron back-surface-field solar cells. Laser-doped selective emitter solar cells (using phosphosilicate glass as a dopants source) reach 18.3 % efficiency. This represents an overall gain of 0.6 %abs when compared to standard homogeneous emitter. On the other hand, laserannealed boron back-surface-field solar cells (using implanted boron as a dopants source) feature an overall gain of 0.3 %abs when compared to standard aluminium back-surface-field solar cells, thus yielding an efficiency of 16.7 %.

Le thermo-photovoltaïque (TPV), conversion du rayonnement thermique par des cellules photovoltaïques (PV), est un dispositif qui a suscité un intérêt croissant depuis deux décennies, notamment pour son efficacité supérieure à celle de la conversion photovoltaïque classique. Ceci est essentiellement dû à l'accord entre le spectre du rayonnement de la source thermique et le spectre de conversion de la cellule PV. Les rendements maximaux sont obtenus pour des sources thermiques cohérentes, émettant dans une gamme spectrale étroite, énergétiquement au-dessus de l'énergie de la bande interdite de la cellule PV. On propose dans ce travail d'appliquer une méthode d'optimisation stochastique, en l'occurrence l'optimisation par essaims de particules, pour concevoir et optimiser de telles sources. On aboutit alors à des structures unidimensionnelles simples, à base de films minces de diélectriques, métaux et de semi-conducteurs. Les propriétés radiatives de ces sources, stables pour des températures allant jusqu'à 1000 K, sont aisément contrôlables à l'aide de paramètres simples comme les épaisseurs des films ou la concentration de dopage. Finalement, on propose une étude d'optimisation paramétrique des propriétés optiques des matériaux susceptibles de maximiser l'échange radiatif en champ proche entre deux milieux plans semi-infinis. Cette étude aboutit à un outil pratique, sous forme d'abaques, permettant de guider le choix des matériaux pertinents afin de maximiser les puissances au même temps que l'efficacité des systèmes TPV nanométriques. / Thermo-photovoltaic conversion of thermal radiation is a concept that has been thoroughly investigated during the two last decades because of its high efficiency when compared to classical photovoltaics (PV). These high performances are mainly due to the good-matching between the thermal source radiation spectrum and the PV cell conversion spectrum. Maximal efficiencies areobtained with coherent sources that emit in narrow spectral bands, just above the band gap energy of the cell. In this report, a stochastic method to design and optimize such sources, the particle swarm optimization in this case, is firstly presented. This method leads to simple one-dimensional structures, composed of thin films of dielectrics, metals and semiconductors. The radiativeproperties of these sources are easily tunable with control parameters as simple as films thicknesses and doping concentrations. They are stable at high temperatures up to 1000 K. Second, a parametric optimization study of usual materials optical properties models (Drude and Lorentz) is presented in order to maximize radiative heat transfer between semi-infinite planes separated by nanometric gaps. This leads to a simple tool in the form of abacuses which would guide the choice of relevant materials to maximize the output power of nano thermo-photovoltaic devices.

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

Plusieurs chercheurs ont constaté un déséquilibre démographique important (ratio homme/femme) en Inde du Nord-Ouest qui serait l’une des conséquences directe de la sélection sexuelle prénatale engendrée par forte préférence pour la naissance des garçons. Dans les villes de Jaipur (Rajasthan) et Gurgaon (Haryana), auprès de femmes mariées issues de milieux socio-économiques aisés, j’ai tenté de comprendre comment les femmes vivent au quotidien la préférence pour les garçons et d’explorer pourquoi elles reproduisent ces préférences et discriminations envers garçons et filles dans leurs pratiques reproductives. Le recours à la sélection sexuelle semble résoudre de nombreuses tensions produites par les interactions entre les changements économiques, l’intensification de la planification familiale, l’accessibilité aux technologies de la santé reproductive et les attentes filiales de la famille. Bien que les femmes subissent de la pression familiale pour concevoir un fils, elles peuvent désirer pour elles-mêmes la naissance de fils, une préférence influencée par la construction identitaire de genre qui associe l’achèvement de la féminité à travers les rôles d’épouse et la maternité de fils. Les pressions pour la naissance d’un garçon émaneraient tout autant des structures sociales que de l’environnement familial immédiat. / Demographers have recorded a very important unbalanced sex-ratio (men/women) in North-Western India that would be the direct consequence of prenatal sex-selection caused by a strong son preference. In Jaipur (Rajasthan) and Gurgaon (Haryana), I interviewed married women from well-off backgrounds and in attempt to understand the presence of son preference and daughter discrimination in their everyday lives. The use of sex-selection seems to resolve several tensions produced by the interactions between economic changes, family-planning intensification, availability of reproductive technologies and kinship expectations from the family. Although women experience family pressure to conceive a son, they can also desire a son for themselves; gender identity construction influences the idea that women can achieve femininity and be accomplished through their roles as spouse and mother of a son. Pressure to give birth to a son comes from the structures as well as the immediate family environment.

L'objectif de ce travail a consisté à identifier des polluants émergents dans des eaux usées issues de stations d'épuration ainsi que dans le milieu naturel et à proposer une méthode de remédiation et un suivi de ces polluants. Dans un premier temps, nous avons identifié les polluants organiques contenus dans les échantillons d'eaux usées et issues du milieu naturel par chromatographie en phase liquide ou gazeuse couplée à une spectrométrie de masse, chromatographie en phase gazeuse par espace de tête statique et par spectrométrie par torche à plasma couplée à une spectrométrie de masse. Différents polluants ont été trouvés tels que les phtalates, des substances médicamenteuses, le cholestérol et des éléments de traces métalliques. Dans le but de piéger ces polluants, différents polymères de cyclodextrine (CD) solubles et insolubles dans l'eau ont été synthétisés et leurs capacités d'adsorption ont été évaluées. Après adsorption sur les polymères de CD, nous avons observé une diminution de la teneur en carbone organique total (COT) de l'effluent. Ces polymères se sont révélés être des adsorbants efficaces. Dans un second temps, des verres du système pseudo-ternaire Agl-HgS-As₂S₃ ont été synthétisés en ajoutant le composé le composé Agl dans le système pseudo-binaire HgS-As₂S₃. Ces verres de chalcogénures sont des membranes ionosélectives permettant de détecter les ions Hg²⁺ dans les effluents. Tout d'abord, nous avons défini le domaine vitreux des verres à l'aide de la diffraction des rayons X, ensuite les propriétés macroscopiques des verres ont été déterminées. Ainsi, les propriétés de transport ont été étudiées à l'aide de la spectroscopie d'impédance complexe montrant que l'ajout d'Agl dans le verre pseudo-binaire HgS-As₂S₃ provoque une augmentation de la conductivité ionique. Afin de comprendre ce phénomène, diverses études structurales ont été déployées par spectroscopie Raman, diffraction de neutrons et de rayon X haute énergie. Ces techniques ont montré que l'évolution de la conductivité ionique est dépendante de la structure du verre qui forme des chemins préférentiels de conduction. Enfin, différents capteurs avec différentes compositions sont testés afin de définir la sensibilité, la limite de détection et les coefficients de sélectivité en présence d'ions interférents. / The aim of this work was to identify the emerging pollutants in the effluents of wastewater treatment plants as well as in the natural environment, and to propose a method of remediation and monitoring of these pollutants. In the first part of the thesis, we have identified the organic pollutants contained in the wastewater samples using (i) gas and/or liquid chromatography coupled with a mass spectrometry, (ii) static-headspace gas chromatography, and (iii) inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. Different pollutants were found such as phthalates, drugs, cholesterol, and heavy metal traces. In order to trap these pollutants, various water soluble/insoluble cyclodextrin β-CD polymers have been synthesized and their adsorption capacities were evaluated. After the analysis of the effluent samples, we observed a decrease of the Total Organic Carbon (TOC). This decrease was attributed to the adsorption of pollutant by CD polymers which have proven to be effective adsorbents. The second part of the thesis included two main sub-parts : (i) a synthesis and characterization part and (ii) an application part. In the first sub-part, chalcogenide glasses in the pseudo-ternary Agl-HgS-As₂S₃ system have been synthesized by adding silver iodide "Agl" to the quasi-binary HgS-As₂S₃ system. The vitreous domain and the macroscopic properties of glass samples were determined. Electrical conductivity of glasses was studied using both the complex impedance spectroscopy and resistivity measurements ; it was found that adding Agl to the quasi-binary HgS-As₂S₃ alloy causes an increase in the ionic conductivity. Structural studies, using various techniques as Raman spectroscopy, neutron scattering and high-energy X-ray diffraction, have been performed in order to decipher the relation between both structural and transport properties in these glasses. In the second sub-part, the obtained glasses in the ternary system were used as membranes in chemical sensors dedicated to mercury detection in aqueous solution. As a result, various sensors with different compositions were tested to determine their corresponding sensitivity, detection limit and selectivity coefficients in the presence of interfering ions.

Achromobacter xylosoxidans est un bacille à Gram négatif non fermentaire émergent dans la mucoviscidose. A Dijon, la prévalence de patients colonisés est élevée au Centre de Ressources et de Compétences de la Mucoviscidose par rapport à la moyenne nationale, et augmente également chez des patients hospitalisés atteints d’autres pathologies. Les réservoirs et le mode de contamination des patients sont inconnus.Les objectifs de ce travail étaient de décrire la situation épidémiologique dans notre CRCM et de mettre en évidence d’éventuelles sources de contamination pour les malades en Bourgogne.Dans une première étude rétrospective, toutes les souches d’A. xylosoxidans isolées chez les patients du CRCM depuis le début de leur suivi jusqu’en 2010 ont été analysées. Sur 120 patients, 21 ont présenté au moins une culture positive. Le génotypage par électrophorèse en champ pulsé n’a montré que de rares cas de transmissions croisées. Les résistances acquises aux antibiotiques sont fréquentes : ciprofloxacine (dès primocolonisation), ceftazidime et carbapénèmes (colonisations chroniques). Notre protocole de détection d’A. xylosoxidans dans l’environnement a permis d’isoler 50 souches (lavabos, douches, rivières, lacs) : 33 à l’hôpital, 9 à domicile et 8 dans la nature. Ces isolats partagent des caractéristiques avec les souches cliniques : 6 génotypes communs et résistance constante à la ciprofloxacine. Le risque de contamination des patients à domicile ou à l’hôpital est donc réel.D’autres études sont en cours afin de mieux comprendre l’émergence de cette bactérie, ses mécanismes de résistance acquise aux antibiotiques et les facteurs favorisant sa sélection dans l’environnement. / Achromobacter xylosoxidans is an aerobic nonfermentative Gram-Negative rod considered as an important emerging pathogen among cystic fibrosis (CF) patients worldwide. In Dijon (Burgundy), the prevalence of colonised patients is high among CF patients and increasing among non-CF hospitalised patients. The natural habitat of this organism as well as the possible sources of patient contamination remain unknown.The aims of this study were to report the first epidemiological data about A. xylosoxidans in a French CF centre and to identify potential reservoirs of this organism in Burgundy. In a retrospective study, all the isolates recovered from the patients affiliated with our centre in 2010 since their first visit were analysed. Out of 120 patients, 21 (17.5%) had at least one positive culture with A. xylosoxidans. Genotyping analysis by Pulsed Field Gel Electrophoresis revealed that cross-Contamination was very rare. Acquired resistance was frequent to ciprofloxacin (since primocolonisation), to ceftazidime and to carbapenems (in persistent colonisations). Thanks to our protocol designed to detect A. xylosoxidans in environment, a total of 50 strains were isolated in hospital (33 isolates), domestic (9 isolates) and outdoor (8 isolates) samples, mainly in handwashing sinks, showers, and water. These environmental isolates shared characteristics with clinical ones: 6 genotypes in common and a constant resistance to ciprofloxacin. These results reveal potential sources of contamination for the patients at home or in hospital. Further studies are needed to help understanding the emergence of this bacterium and the mechanisms involved in acquired antibiotic resistance.

L'énergie photovoltaïque est promise à une forte croissance dans les prochaines années. Propre et renouvelable, elle possède en effet de sérieux atouts pour répondre aux grands enjeux posés par le réchauffement climatique et l'appauvrissement des ressources en énergie fossile. Elle reste néanmoins une énergie chère en comparaison des autres formes de production électrique. D'importants efforts de R&D doivent être mis en œuvre pour abaisser son coût et la rendre plus compétitive. Il existe d'ores et déjà dans les laboratoires des technologies permettant d'augmenter significativement le rendement des cellules solaires en silicium (qui représentent aujourd’hui l'essentiel du marché). Mais elles font appel le plus souvent à des procédés, comme la photolithographie, qui restent chères pour l'industrie photovoltaïque. Les technologies laser sont une voie envisagée pour répondre à ce problème. Sélectifs, sans contact et autorisant de hautes cadences, les procédés laser permettent de réaliser des structures avancées de cellules à moindre coût. Il existe ainsi une forte dynamique de recherche autour de ces procédés. Les traitements laser permettent d’usiner ou de modifier la matière, de façon rapide et fiable. Il est ainsi possible d’ablater sélectivement certains matériaux, de réaliser des tranchées ou des trous, ou encore de modifier des profils de dopage. Des architectures complexes deviennent ainsi accessibles sans recourir aux couteuses technologies de la microélectronique. C'est dans ce contexte que se déroule ce travail de thèse, financé par l'ADEME et la société SEMCO Eng., et s'inscrivant également dans le projet de l'Agence National pour la Recherche PROTERRA. Deux objectifs principaux ont motivé sa mise en place : développer un savoir-faire au laboratoire INL sur les technologies laser avec l'ambition de rejoindre les instituts leaders sur ces thématiques et transférer les procédés développés à l'équipementier SEMCO Eng. pour lui donner accès à une technologie aujourd'hui inédite dans l'industrie photovoltaïque française. Ces recherches ont porté sur les cellules photovoltaïques en silicium, dites de première génération, et se sont articulées autour de trois axes principaux : la modélisation de l'interaction laser matière, l'ablation sélective de diélectriques (notamment de la couche antireflet afin de permettre de nouvelles techniques de métallisation) et la réalisation de dopages localisés. Des cellules de grandes dimensions fabriquées en collaboration avec SEMCO Eng. et tirant parti de ces procédés ont permis d’obtenir des rendements en accord avec l’état de l’art (proche de 18 %). / Silicon solar cells still require cost reduction and improved efficiency to become more competitive. New architectures can provide a significant increase in efficiency, but today most of the approaches need additional fabrication steps. In this context, laser processing offers a unique way to replace technological steps like photolithography that is not compatible with the requirements of the photovoltaic industry. This PhD thesis will present two promising laser processes for silicon solar cells: selective laser doping and selective laser ablation. Laser-assisted diffusion of dopants is a promising way to produce at low cost advanced silicon solar cells with high efficiency. Indeed, selective emitters, which rely on high dopant concentration localized under the front electrical contacts are an effective way to reduce power losses at the front surface of silicon solar cells. Several laser-based techniques are competing to optimise the emitter geometry. One of the main approaches is to take advantage of the doping glass (usually P2O5 for p-type silicon solar cells) that is formed during the standard diffusion process. Selective laser ablation is an effective way to open the antireflection layer (SiNx) in order to perform alternative front side metallization. Indeed, in the industrial production of standard silicon solar cells, the front side metallization is made by screen printing of metal paste. This process scheme is very cost efficient but it leads to serious limitations of the solar cell efficiency. Electrochemical metallization avoids these issues but requires a selective opening of SiNx, which is usually done by photolithography. Direct laser ablation allows to consider this approach at an industrial level. These processes are presented illustrated by research conducted during this PhD at INL in laser technologies for photovoltaics. An innovative and potentially self-aligned process is also discussed, where the laser is used to open locally the antireflection and passivation coating, and at the same time, achieve local phosphorus diffusion. Moreover solar cells results above 18% have been obtained thanks to a selective emitter structure achieved with selective laser doping.

Si les drones militaires connaissent un développement important depuis une quinzaine d’année, suivi depuis quelques années par les drones civiles dont les usages ne font que se multiplier, en réalité les drones ont un siècle avec le premier vol d’un avion équipé d’un système de pilotage automatique sur une centaine de kilomètre en 1918. La question des règles d’usage des drones civiles sont en cours de développement malgré leur multiplication pour des usages allant de l’agriculture, à l’observation en passant par la livraison de colis. Ainsi, leur intégration dans l’espace aérien reste un enjeu important, ainsi que les standards de communication avec ces drones dans laquelle s’inscrit cette thèse. Cette thèse vise en effet à étudier et proposer des solutions pour les liens de communications des drones par satellite.L’intégration de ce lien de communication permet d’assurer la fiabilité des communications et particulièrement du lien de Commande et Contrôle partout dans le monde, en s’affranchissant des contraintes d’un réseau terrestre (comme les zones blanches). En raison de la rareté des ressources fréquentielles déjà allouées pour les futurs systèmes intégrant des drones, l’efficacité spectrale devient un paramètre important pour leur déploiement à grande échelle et le contexte spatiale demande l’utilisation d’un système de communication robuste aux non-linéarités. Les Modulations à Phase Continue permettent de répondre à ces problématiques. Cependant, ces dernières sont des modulations non-linéaire à mémoire entraînant une augmentation de la complexité des récepteurs. Du fait de la présence d’un canal multi-trajet (canal aéronautique par satellite), le principal objectif de cette thèse est de proposer des algorithmes d’égalisation (dans le domaine fréquentiel pour réduire leur complexité) et de synchronisation pour CPM adaptés à ce concept tout en essayant de proposer une complexité calculatoire raisonnable. Dans un premier temps, nous avons considéré uniquement des canaux sélectifs en fréquence et avons étudier les différents égaliseurs de la littérature. En étudiant leur similitudes et différences, nous avons pu développer un égaliseur dans le domaine fréquentiel qui proposant les mêmes performances a une complexité moindre. Nous proposons également des méthodes d’estimation canal et une méthode d’estimation conjointe du canal et de la fréquence porteuse. Dans un second temps nous avons montré comment étendre ces méthodes à des canaux sélectifs en temps et fréquence permettant ainsi de conserver une complexité calculatoire raisonnable. / If the use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) has been booming for military applications since adecade, followed by civil applications since a few years (with a lot of completely different purposes), the first UAV has been developed and tested in 1918 with the first flight of a fight withthe first autopilot system. The issue of a complete and safe integration in the existing air trafficair craft system is currently being studied as the multiple use case of UAV are growing exponentially from agriculture, observation and package delivery. Hence, the integration of UAV inthe air traffic system is a global issue, and so are the communication standard in which the thesis take place. This thesis aims to study and propose solutions for the communication link by satellitefor UAV. This satellite link would ensure the reliability of the system, and above all of theCommand and Control Link, by avoiding the issue of a terrestrial communication network (such asover the ocean, where no terrestrial network is available). Due to spectral resource lack alreadyallocated for the UAV, the spectral efficiency of the communication link is a critical issue, as its robustness to non-linearity due to the spatial context. Continuous Phase Modulation is a potentialsolution to answer to those issues. However, this will lead to an increased computational complexity at the received compared to linear modulation scheme The aeronautical channel bysatellite is characterized by a doubly-selective channels due to Ground Reflections of the signal,and in this thesis, we proposed equalization algorithms and synchronization techniques for CPM in this context while trying to keep a reasonable computational complexity a. First, we have only considered transmission over frequency selective channels. We have made a study of the equalizers proposed by the literature and by studying their similitudes and differences, we have been able to propose a new equalizer with a lower computational complexity but having the same performance. We also have proposed a channel estimation method and a joint channel and carrier frequency estimation for CPM over frequency-selective channels. In a second time, we have extended our method to doubly selective channel (as there is Doppler Spread in our communication system due to the UAV speed) which allows us to have an overall receiver structure with a reasonable computational complexity.

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