Ce document propose de synthétiser mes activités de recherche selon l'organisation suivante. Le chapitre 1 est consacré à l'intégration d'amplificateurs de puissance silicium sur des technologies CMOS et BiCMOS en présentant les solutions " circuit " que nous avons développé. Cette activité a débuté lors de mes travaux de thèse en octobre 2002 à travers la conception d'amplificateurs de puissance en technologie BiCMOS SiGe reconfigurables multi-standard pour les applications mobiles. Puis, une structure d'amplificateurs de puissance innovante est proposée afin d'intégrer totalement les parties émission et réception sur une seule et même puce CMOS. La notion de signature thermique du PA est introduite. Afin de surmonter le compromis linéarité/rendement inhérent aux amplificateurs de puissance traditionnels, nous retrouvons dans le chapitre 2 différentes architectures qui répondent à l'augmentation du rendement des PAs linéaires et l'augmentation de la linéarité des PAs à haut rendement. L'option choisie est alors de travailler " autour " du PA sur des techniques prometteuses en termes de perspectives d'intégration et de performances. Ainsi, les études de la mise en parallèle de cellules amplificatrices et des amplificateurs Doherty sont décrites. De plus, la technique de linéarisation par boucle cartésienne est développée en y associant de l'intelligence numérique. Le chapitre 3 se distingue des deux premiers dans le sens où il est consacré aux travaux effectués sur les architectures d'émetteur dans lequel nous avons développé un émetteur original aux fréquences RF et millimétriques. Cette architecture, innovante dans sa forme, permet d'émettre directement le signal modulé par un bloc que nous appelons Power VCO. Il s'agit d'un oscillateur contenant un amplificateur de puissance dans la chaine directe et un filtre dans la chaine de retour. Nous proposons pour la chaine directe l'utilisation de PA à haut rendement et pour la chaine de retour de réseaux LC, de résonateurs BAW, de filtres BAW, et de vecteur-modulateur. Le chapitre 4 quant à lui expose mon projet de recherche. Il se nourrit des éléments présentés dans les trois premiers chapitres. Le travail au niveau " circuit " est toujours présent en proposant des études sur de nouvelles classes de fonctionnement, sur des technologies GaN, graphene et FinFET. Le travail " autour du PA " se poursuit avec de nouvelles applications pour la boucle cartésienne et la recherche de solution originale de réduction de la consommation en mêlant des méthodes de traitement du signal. Enfin, la réflexion au niveau système sur la façon de penser les émetteurs est également relancée. En parallèle de ces activités, la dernière partie du document est consacrée aux activités d'enseignement et d'intérêt généraux au niveau de l'établissement d'enseignement (IPB), du laboratoire, des activités nationales et internationales.

La technologie ULB apporte de nouveaux défis en terme de caractérisation d'antennes. Les méthodes de mesure de rendement d'antenne associées doivent être rapide et performantes. Un état de l'art des méthodes conventionnelles de détermination du rendement ainsi que des nouvelles techniques est proposé afin de dresser les innovations possibles. Une première méthode ("ULB Wheeler Cap") est tout d'abord décrite et analysée grâce à différentes études et expérimentations afin d'approfondir sa connaissance. Enfin, l'élaboration d'une nouvelle méthode de mesure dédiée à l'ULB est présentée. Grâce à l'utilisation combinée de la Chambre Réverbérante à Brassage de Modes et du Retournement Temporel en mode impulsionnel, la méthode TREM (Time Reversal Efficiency Measurement), réalisée dans le domaine temporel, offre une mesure rapide du rendement d'antenne donnant une information large bande immédiate. Parallèlement, il est nécessaire de disposer de structures filtrantes intégrées aux antennes ULB afin de s'adapter aux technologies existantes. Une structure de filtre planaire, passif et de taille réduite, utilisant des éléments résonants localisés, est développée, intégrée et mesurée pour servir la conception d'antenne multibande et filtrante.

L'objectif de ce travail est la réalisation d'un filtre spectral à fort facteur de qualité (20000), indépendant de la polarisation et accordable en longueur d'onde. Un tel composant répondrait à de nombreux besoins, notamment en imagerie spectroscopique. Pour le réaliser, les réseaux résonnants semblent tout indiqués. En effet, la position du pic de résonance est naturellement accordable en fonction de l'angle d'incidence, et des facteurs de qualité de 10000 sont classiquement atteints. Cependant, en général, la réponse des réseaux résonnants dépend de la polarisation ce qui les limite à des applications où la polarisation est connue. Pour résoudre ce problème, nous adoptons une approche originale mise en œuvre dans une structure innovante comportant deux réseaux 1D croisés. Nous donnons alors un exemple de filtre en réflexion indépendant de la polarisation, accordable sur 100 nm à raison de 8.5 nm/°, avec un facteur de qualité de 13000. Pour un fonctionnement dans le proche infrarouge, nous proposons des matériaux et techniques de la microélectronique sur silicium et montrons qu'il est ainsi possible de fabriquer ces structures avec la précision requise.

La nanoimpression assistée par UV (UV-NIL) est une technique de lithographie émergente permettant de fabriquer des motifs de très petites dimensions (de l'ordre du nanomètre) par simple pressage d'un moule transparent (contenant dans sa surface des nanostructures) dans une résine fluide (déposée en film mince sur un substrat en silicium par centrifugation). L'étape suivante au pressage est l'exposition aux rayonnements UV qui photo-polymérise la résine, avant de séparer le moule de la résine durcie. En raison de son fort potentiel, l'UV-NIL est considéré comme un candidat possible pour réaliser l'étape lithographique dans la fabrication des circuits intégrés du futur. Deux aspects critiques peuvent empêcher l'adoption de l'UV-NIL à une échelle industrielle. Il s'agit des défauts générés après l'étape de pressage (liés à l'écoulement de la résine) et la courte durée de vie du moule traitée (il est en fait nécessaire de déposer une couche antiadhésive sur la surface du moule pour éviter que la résine s'y colle). La première problématique a été abordée à travers la proposition d'un model qui semble permettre de estimer la longueur d'écoulement des résines fluide pour l'UV-NIL. Les recherches menées au tour de la deuxième problématique représentent le coeur de ce manuscrit. Une meilleure compréhension des mécanismes de dégradation de la couche antiadhésive ont été acquis. La dégradation est le résultat d'une attaque chimique (exercé par les radicaux produits dans la résine polymérisée contre la molécule fluorée et conditionné aussi par la nature chimique de la résine photosensible) et d'une dégradation mécanique (due aux stresses exercés pendant le démoulage et liée à la qualité du greffage de la molécule antiadhésive sur le moule). La rajoute de surfactants fluorés dans la formulation de la résine représente une solution valable pour augmenter le nombre d'impressions faites avec un même moule traité. Enfin une résine hybride (organique-inorganique) a été synthétisée pour une application concrète : la réalisation de moules qui permettent d'organiser à longue échelle (quelque millimètre) des di-bloc copolymers (avec un taille de quelque nanometer) par graphoepitaxie.

Les antennes reflectarrays constituent une solution innovante pour des applications spatiales et radars étant donné leur capacité à combiner les atouts des antennes réseaux et des antennes à réflecteur. Un reflectarray est composé d'une source primaire placée devant un réseau de cellules contrôlant les propriétés du champ réfléchi. Cette unique source alimente le réseau et évite la mise en place d'un circuit de distribution complexe et dissipatif propre aux antennes réseaux. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la simulation électromagnétique des reflectarrays à balayage électronique. Les outils actuels de simulation des reflectarrays à balayage électronique négligent ou approximent les couplages mutuels entre cellules pouvant conduire à des erreurs sur le diagramme de rayonnement. La simulation d'un reflectarray engendre, par ailleurs, des traitements complexes et des temps de calcul importants. L'enjeu de la simulation est donc de réduire les temps de calcul en conservant un haut degré de précision dans l'optique d'optimiser les performances en rayonnement et les délais de conception. Dans cette perspective, deux nouvelles méthodes ont été proposées : - La première méthode est consacrée à l'analyse fine du champ rayonné par l'antenne. Elle combine l'approche de la cellule environnée, développée par M.-A. Milon, et la technique de compression, généralement utilisée dans un contexte d'analyse de circuits. L'apport essentiel de la méthode réside dans l'extension de la technique de compression au traitement du champ rayonné pour l'analyse de cellules actives dans leur environnement réel. - La seconde méthode permet de calculer les réponses en phase d'une cellule du réseau en prenant en compte les effets des couplages mutuels issus des cellules environnantes. Ces réponses sont ensuite utilisées pour sélectionner la répartition optimale des états des cellules afin d'assurer un dépointage dans une direction. L'applicabilité de ces deux méthodes est démontrée par la simulation de différentes configurations de réseaux de cellules actives à base de diodes PIN. La bonne précision des résultats entre les méthodes proposées et des simulations de référence a montré qu'elles constituent une alternative intéressante aux approches classiques. L'exploitation des méthodes est réalisée pour l'étude d'un reflectarray à balayage électronique développé par Thales Systèmes Aéroportés et le CNES fonctionnant en bande X. Cette étude a montré que les deux méthodes répondent à des objectifs industriels et scientifiques en termes de précision dans l'estimation des performances et de temps de calcul accessibles.

La modélisation des composants à semiconducteur est un grand classique. Dans ce travail, outre un rappel de l'état de l'art, la modélisation des composants à semiconducteur de puissance est abordée par l'approche des graphes de liens. Les graphes de liens fournissent une représentation unifiée de la dynamique des systèmes. Cette approche multiphysique impose une représentation explicite des transferts d'énergie qui confère à cette méthode une grande généricité. De plus l'analyse de causalité associée, permet de retrouver par exemple les règles d'association des composants de puissance, bien connue en électronique de puissance. La modélisation par graphe de liens des composants à semiconducteur repose ici sur l'analyse régionale très classique des composants à semiconducteur : les zones de charge d'espace et les zones neutres (en forte injection, en faible injection à dopage uniforme et en faible injection à gradient de dopage). Le mémoire se poursuit par la description succincte du simulateur PACTE (http://pacte.ampereforge.org ) qui a permis de simuler la diode PIN de puissance et le transistor bipolaire de puissance en réutilisant les mêmes modèles de région semiconductrice. Le mémoire se termine par quelques conclusions et prospective.

L'utilisation de micronageurs hélicoidaux capables de se mouvoir dans des liquides à faible nombre de Reynolds trouve son intérêt dans beaucoup d'applications: de tâches in-vitro dans des laboratoires sur puce (transport et tri de micro-objets; assemblage de micro-composants...), à des applications in-vivo en médecine mini-invasive (livraison interne et ciblée de médicaments, curiethérapie, thermothérapie...); grace à leur dimensions microscopiques et agilité permettant l'accès à des endroits normalement très restreints. Plusieurs types de nageurs hélicoidaux actionnés magnétiquement possédant divers paramètres géométriques, formes de tête et positions de la partie magnétique ont été proposés dans de précédents travaux. Cependant, l'influence de tous ces paramètres n'a pas clairement été étudiée. À notre connaissance, les micronageurs hélicoidaux dans l'état de l'art sont principalement contrôlés en boucle ouverte, en raison de la complexité de la commande du champ magnétique actionnant la propulsion, et du nombre limité de retours ayant des critères satisfaisants. Cette thèse vise à: comparer les performances de déplacement de nageurs hélicoidaux avec des conceptions différentes afin d'améliorer leur design et de les caractériser, et réaliser un asservissement visual de nageur hélicoidal. Pour se faire, des nageurs hélicoidaux de tailles millimétriques ont été conçus et sont mis en conditions à faible nombre de Reynolds. La conception de ces "millinageurs" servira de base à la conception de micronageurs. Une commande boucle fermée par retour visuel de l'orientation d'un micronageur hélicoidal dans un espace 3D, et un suivi de trajectoires sur plan horizontal ont été effectués. Cette méthode de commande sera par la suite appliquée à des micronageurs hélicoidaux.

La conception des microproduits est une activité multidisciplinaire faisant fréquemment appel à la mise en oeuvre de plusieurs principes physiques couplés. Différents acteurs interviennent au cours du processus de conception du produit : spécialistes des principes physiques mis en oeuvre, experts des procédés de fabrications, etc. Ces acteurs doivent collaborer selon les principes de la conception intégrée dans le but de concevoir un produit performant tout au long de son cycle de vie. Le concept de modèle-produit a été développé dans le cadre de la conception d'un "macro" produit, pour permettre l'intégration de l'ensemble des expertises métiers intervenant sur le cycle de vie du produit. Il nous semble donc pertinent d'évaluer dans quelle mesure ce concept pourrait convenir pour la conception de microproduits. Après avoir souligné les limites des modèles existants, la difficulté de les utiliser pour supporter l'étroite collaboration entre les experts des différents principes physiques mis en oeuvre et la gestion des couplages multiphysiques, nous présentons les concepts nécessaires à l'élaboration d'un modèle dédié aux microproduits. Le modèle mis en place et son application à la conception de deux microproduits (un MEMS switch RF et un système microfluidique) sont finalement présentés.

Ces travaux portent sur la définition d'une démarche de gestion des connaissances métier, adaptée aux PME de l'ingénierie mécanique. Notre démarche vise à formaliser les connaissances contextuelles associées aux objets techniques manipulés par les acteurs au lieu de chercher à formaliser les connaissances techniques spécifiques au métier. Ceci se traduit par la définition d'une approche collaborative de gestion des connaissances s'appuyant sur des outils légers de collecte de connaissances tout en essayant d'instaurer une culture de partage de connaissance. Nous proposons KALIS (Knowledge about Activities as a Link to Information Sharing), un outil informatique permettant de partager et d'identifier les informations utiles au cours des projets grâce à un dispositif d'évaluation de la maturité des informations support et des pratiques. La mise en œuvre de cette approche sur le terrain s'est déroulée de manière itérative (proposition de solution, retour d'expérience, amélioration) au sein d'une petite entreprise spécialiste du calcul mécanique et partenaire de ce travail. Une longue période de mise en œuvre permet de conclure aujourd'hui sur la pertinence d'une telle approche collaborative de gestion des connaissances car elle impacte positivement la réactivité de l'entreprise et la fiabilité des résultats de calcul fournis. Les éléments clés mis en évidence dans ces travaux peuvent se résumer ainsi : définition du concept d'information support comme soutien à la capitalisation des connaissances dans un contexte PME, concept de vitrine et d'espace de travail pour le partage des connaissances, apports sur le processus d'évaluation de la maturité des connaissance, mise en œuvre d'une démarche de recherche intervention et retour d'implémentation dans un contexte industriel.

Cette thèse porte sur la conception d'un amplificateur de puissance à haut rendement entrant dans une architecture d'émission pour des terminaux mobiles multi-radio fonctionnant dans la bande de fréquences 800MHz - 6 GHz. Une architecture polaire avec codeur d'enveloppe ΣΔ a été validée, pour un fonctionnement multiradio, avec un signal test respectant la norme actuellement la plus contraignante, WiMAX mobile - IEEE 802.16e. Cette validation montre la pertinence, du fait de la nature invariante en amplitude du signal issu de l'architecture, d'avoir recours à un amplificateur à haut rendement en classe commutée. Une topologie novatrice d'amplificateur de puissance (PA) a été développée pour la conception et la fabrication de ce circuit. Le procédé de réalisation du PA en technologie ST CMOS SOI 130 nm est détaillé et les simulations sont validées par une caractérisation complète du PA à l'aide de mesures fréquentielles et temporelles. Mesuré avec un signal sinusoïdal à la fréquence de 3,3 GHz, le PA permet d'obtenir une puissance de sortie de +23 dBm avec un rendement en puissance ajoutée de 61% et un gain en puissance de 14 dB. Conçu et réalisé en technologie compatible CMOS, ce PA permet d'envisager une solution type SoC pour l'ensemble de l'architecture