Les systèmes hybrides sont largement étudiés pour modéliser des systèmes issus de différents domaines de l’ingénierie. De façon générale, l’évolution des systèmes hybrides est caractérisée par la combinaison de dynamiques continues et d’événements discrets. Les exemples de systèmes hybrides incluent les réseaux, les systèmes multi-agents, certains dispositifs mécaniques ou les convertisseurs de puissance. Les recherches sur les systèmes hybrides couvrent tous les champs de la théorie du contrôle tels que l'analyse de la stabilité ou les problèmes de commande et d'observation. Dans le contexte des systèmes à commutation, qui sont une classe particulière de systèmes hybrides, cette thèse vise à étudier le problème lié à l'extraction d'informations sur les paramètres et l'état du système à partir des mesures disponibles. Ceci peut être motivé par divers objectifs: la modélisation, la commande, la détection de fautes ainsi que leur identification pour la sécurité de systèmes. Pour ces raisons, l'identification et l'observation sont au cœur des problèmes de décision et contrôle. La première partie de la thèse est consacrée à étendre l'applicabilité des méthodes basées sur l'algèbre pour l'estimation de paramètre constant en ligne, développées par l'équipe projet INRIA - Non-A, pour le cas des systèmes à paramètres constants par morceaux. À cette fin, une procédure pour l'estimation des paramètres et des temps de commutation est développée dans le cadre des systèmes à commutation. Une telle approche permet une estimation algébrique simultanée des paramètres et instants de changement. La nouveauté et l'efficacité des algorithmes proposées pour l'identification se situent principalement dans leur nature non asymptotique. La deuxième partie de la thèse aborde le problème de construction d'observateur pour estimer l'état discret ainsi que l'état continu des systèmes à commutation. Étant donné que les systèmes hybrides sont régis par des dynamiques à la fois continues et discrètes, la difficulté du problème d’observation s’en trouve augmentée. Par exemple, il faut gérer les discontinuités inhérentes au système, les estimées désirées doivent être obtenues relativement rapidement (entre deux commutations ou événements discrets). Ainsi, nous proposons un observateur basé sur des techniques en temps fini (modes glissants) pour la reconstruction de l'état continu et du signal de commutation (état discret) en temps fini. Enfin, nous traitons une autre classe de systèmes à commutation où les paramètres, dans chaque sous-système, sont variables dans le temps. Pour ce type de modèles, appelés switched linear parameter varying systems, nous construisons un estimateur de l'état discret en utilisant des techniques d'identification de paramètres. / Hybrid systems have been widely studied in the literature and became a powerful tool for modeling systems coming from many engineering fields. A common definition of hybrid systems is a combination of both continuous-time and discrete event systems. Examples of hybrid systems include networks, multi-agent systems, mechanical devices, robot path planning, biological systems. Researches on hybrid systems cover all fields of control theory such as stability analysis, control and observation problems or supervision. In the context of switched systems, which is a particular class of hybrid systems, this thesis aims at studying the problem related to extracting information about the system parameters and the state from the knowledge of the output.This study is motivated by various purposes: modeling, monitoring, fault detection and identification for the systems safety, output feedback control. For those reasons,the identification and the observation are at the core of decision and control problems.The first part of the thesis is devoted to extend the applicability of the algebra-based methods for on-line constant parameter estimation, developed by INRIA – Non-A project-team, to the case of systems with piecewise constant parameters. To this end, a procedure for the estimation of the parameters and the switching times is developed in the framework of switched systems.Such an approach enables a simultaneous algebraic estimation of both parameters and change time instants. The novelty and efficiency of the proposed identification algorithms mainly lie in their non asymptotic nature. The second part of the thesis addresses the problem of observer design for estimating the discrete and the continuous state of switched systems.Since switched systems contain a family of continuous-time systems and discrete-event systems, the evolution of their dynamics is naturally non-smooth, and this increases the difficulties to solve the observation problem. For instance, the estimates have to be provided before the next switch takes place. Thus, we propose an observer based on finite-time techniques (sliding-mode based) for the reconstruction of the continuous states and the switching signal (discrete state) in finite-time. Finally, we deal with another class of switched systems where the parameters, in each subsystem, are time-varying. For this kind of models, called switched linear parameter varying systems, we design an estimator for reconstructing the discrete state, by using parameter identification techniques.

Les territoires sont innervés par une multitude de réseaux sur lesquels se sont construits les modes de vie modernes et le fonctionnement de la société tout entière; cette dépendance de la société à leur égard se double d’une interdépendance entre les territoires eux-mêmes puisque de par leur structure, les réseaux d’énergie, de télécommunication, d’assainissement ou de circulation intègrent des territoires distincts dans un système commun. Ainsi peut-on poser l’hypothèse que le développement de réseaux va de pair avec le développement de la vulnérabilité des territoires. Cette interdépendance multi-niveau des territoires et des réseaux tend à complexifier les situations à risque et place l’anticipation de systèmes de risques et la détection des espaces à enjeux, dans un contexte de très forte incertitude. L’incomplétude, l’imprécision et l’incertitude autour de la connaissance rétrospective, spatiale et technique de ces systèmes de risques contraignent d’autant plus cette démarche. Malgré cela, pour parvenir à un niveau de prédictibilité et d’anticipation satisfaisant, la modélisation spatiale des systèmes de risque doit alors être capable d’intégrer différents types d’effets dominos et d’envisager les nombreuses trajectoires possibles de la diffusion spatiale des impacts d’un aléa. Dans ce cadre possibiliste, la modélisation spatiale des systèmes de risques et la détection des espaces à enjeux s’appuient sur l’articulation originale de quatre concepts liés à l’analyse des risques et la stabilité des systèmes : la susceptibilité, la criticité, la résilience et la dépendance, que nous avons regroupées sous l’acronyme SCReD. L’estimation de ces propriétés territoriales est réalisée à partir de traitements géomatiques permettant de prendre en compte l’incertitude et l’imprécision, et aboutit à une délimitation des espaces à risques, influencée notamment par les concepts d’espaces géographiques flous. La démarche, orientée à la fois vers le théorique et l’opérationnel, repose sur la compréhension des liens entre vulnérabilité des territoires, vulnérabilité des réseaux et vulnérabilité des populations. Ces méthodes sont appliquées de manière rétrospective aux cas de Barcelone et du département du Var, et dans une logique anticipative et de détection des espaces à enjeux dans le cas de Marseille. Les systèmes de risques associés à ces applications peuvent être d’une complexité variable et déclenchés par différents types d’aléas ; dans le cas de Barcelone, l’évènement est initialement une coupure électrique, dans le cas du Var, on considère également les interactions du système territoire-réseau avec les aléas naturels incendies et tempêtes de neige, alors que pour le cas Marseillais, les systèmes de risques sont initiés par une inondation. Progressivement, au fil des exemples proposés, la complexité des méthodes de spatialisation des systèmes de risques s’accroit en prenant en compte l’incertitude et l’imprécision de manière de plus en plus explicite. Les résultats apparaissent alors plus nuancés, les limites spatiales des systèmes de risques s’estompent et perdent en termes de netteté ce qu’elles gagnent en termes d’exactitude. / Territories are innervated by a multitude of networks on which modern lifestyles have been built up as well as the functioning of society as a whole; such dependence of society towards them is coupled with an interdependence between those territories, in view of the fact that because of their structure, energy, telecommunications, water, drainage and circulation networks integrate different territories into a common system. Therefore, the following hypothesis can be put forward: developing networks goes hand in hand with developing the vulnerability of territories. Such multi-level interdependence tends to make risk situations more complex, and anticipating risk systems and detecting strategic areas is carried out in a context of high uncertainty. The fact that the retrospective, spatial and technical knowledge of thess risk systems is incomplete, imprecise and uncertain is all the more constraining for that approach. In spite of the foregoing, in order to attain a satisfactory level of predictability and anticipation, spatial modelling of risk systems should therefore be able to integrate various types of domino effect and envisage the numerous possible paths followed by the spatial diffusion of unknown factors. In such a possibilist context, spatial modelling of risk systems and the detection of strategic areas is based on the original articulation of four concepts related to risk analysis and system stability: susceptibility, criticality, resilience and dependence, which we designate by the acronym SCReD. Assessing territorial properties is carried out through geomatics processing taking into account uncertainty and imprecision, and leads to the delimitation of risk areas, influenced among others by the concept of vague geographical areas. The approach, which is oriented both towards the theoretical and the operational, is based on the understanding of the links between the vulnerability of territories, vulnerability of networks and vulnerability of populations. These methods are applied retrospectively to the cases of Barcelona and the Var département, and in the case of Marseille with an anticipative approach in order to detect strategic areas. The risk systems associated to these applications may be diversely complex and be triggered by different kinds of unknown factors; in the case of Barcelona, it is a power cut; in the case of the Var are also taken into account interactions between the network-territory system and natural occurrences such as fires and snow storms. In the case of Marseille, the risk systems are triggered by floods. In the examples proposed, the spatialization methods of risk systems become progressively more complex, taking into account uncertainty and imprecision in an increasingly explicit manner. Then results appear, more qualified, the spatial limits of risk systems become less marked and lose in terms of clarity what they gain in terms of accuracy. / Los territorios están conectados por una multitud de redes sobre las que son construidas las formas de vida modernas y el funcionamiento de la sociedad al completo. Esta dependencia de la sociedad respecto a las redes se añade a una interdependencia entre los propios territorios ya que debido a su estructura, dichas redes de energía, de telecomunicación, de saneamiento o de circulación integran territorios distintos dentro de un sistema común. Así, podemos establecer la hipótesis de que el desarrollo de redes va a la par con el desarrollo de la vulnerabilidad de los territorios. Esta interdependencia multinivel de los territorios y de las redes tiende a complejizar las situaciones de riesgo y sitúa los sistemas de prevención de tales riesgos y a la detención de espacios de importancia, en un contexto de fuerte incertidumbre. La falta, la imprecisión y la incertidumbre en torno al conocimiento retrospectivo, espacial y técnico de estos sistemas de riesgos limita todavía más esta gestión. A pesar de esto, para conseguir un nivel de predictibilidad y de anticipación satisfactorio, la modelización espacial de los sistemas de prevención de riesgos debe ser capaz de integrar diferentes tipos de efecto dominó y prever las numerosas trayectorias posibles de la difusión espacial. En este marco posibilista, la modelización espacial de sistemas de riesgo y la localización de de espacios deimportancia se apoyan sobre la articulación original de cuatro conceptos ligados al análisis de riesgos y a la estabilidad de los sistemas: La susceptibilidad, la crítiticidad, la adaptación, y la dependencia, que hemos reagrupado en el acrónimo SCReD. La estimación de estas propiedades territoriales está realizada a partir de tratamientos geomáticos que permiten tener en cuenta la incertidumbre y la imprecisión, y llegar a un resultado de delimitación de espacios de riesgo, nfluenciados especialmente por los conceptos de espacio geográficos difusos. La gestión, orientada a la vez teórica y operacionalmente, descansa sobre la comprensión de los vínculos entre la vulnerabilidad de los territorios, la vulnerabilidad de las redes y la vulnerabilidad de las poblaciones. Estos métodos son aplicados de manera retrospectiva a los casos de Barcelona y del departamento de Var; y dentro de una lógica anticipativa y de localización de espacios de importancia en el caso de Marsella. Los sistemas de prevención de riesgos asociados a estas aplicaciones pueden ser de una complejidad variable y pueden así mismo provocar diferentes tipos de elementos imprevisibles. En el casode Barcelona, el acontecimiento es inicialmente un corte eléctrico; en el caso de Var, consideramos igualmente las interacciones del sistema territorio-red con los elementos naturales imprevisibles como los incendios y las tormentas de nieves; mientras que para el caso marsellés, los sistemas de prevención de riesgos son iniciados por una inundación.Progresivamente, al hilo de los ejemplos propuestos, la complejidad de los modelos de espacialización de los sistemas de prevención de riesgos se incrementan teniendo en cuenta la incertidumbre y la imprecisión de una manera cada vez más explícita. Los resultados parecen ser más sutiles y los límites espaciales de los sistemas de prevención de riegos se difuminan, perdiendo en términos de nitidez, aunque ganando en términos de exactitud.

Les travaux de recherche proposés dans cette thèse portent sur les problèmes d'ordonnancement rencontrés dans les systèmes de production automatisés en prenant en compte des contraintes telles que l'absence d'espace de stockage entre les machines et la flexibilité des ressources. Plus particulièrement, nous avons étudié les problèmes d'ordonnancement de job-shops classiques et hybrides soumis à des contraintes de blocage particulières avec comme objectif la minimisation du temps total d'opération. Dans un premier temps, nous avons modélisé les problèmes d'ordonnancement de type job-shop (classique et flexible) avec la contrainte de blocage particulière afin d'obtenir une solution exacte. Pour les problèmes de taille plus importante, il n'était pas possible d'obtenir une solution exacte à ce problème en un temps raisonnable. Par conséquent, nous avons développé des bornes inférieures complémentaires. Dans le cas du job shop classique, une méta-heuristique basée sur l'algorithme de recuit simulé pour résoudre le problème étudié a été proposée. Pour développer un voisinage efficace, nous avons donné une méthode qui permet de détecter les conflits qui peuvent survenir après la modification des séquences. Des résultats d'expérimentations réalisés sur des instances de petites et moyennes tailles montrent l'efficacité de bornes inférieures ainsi que l'heuristique développée / The research in this thesis ; focus on the scheduling problems encountered in automated production systems and takes into account new constraints, such as buffer stocks of limited capacity, flexibility of resources, etc.. Two main objectives are set, namely the proposal of new models of scheduling, development of approaches and lower bounds for scheduling systems studied (classical job shop and hybrid job shop with blocking Rcb). The lower bounds are developed for the problems of job-shop classic and hybrid with Rcb blocking constraint. Heuristics based on simulated annealing have been developed for the job-shop problems subject to the Rcb blocking constraint. Results of experiments conducted on instances of small and medium sizes show the effectiveness of lower bounds and heuristics developed

Dans cette thèse, nous nous intéressons à un modèle simplifié de corrosion issu du modèle ''Diffusion Poisson Coupled Model'' (DPCM). Nous analysons de manière approfondie le schéma numérique qui a été implémenté dans le code CALIPSO utilisé par l'ANDRA. Il est de type Euler implicite en temps et volumes finis en espace, avec des flux de Scharfetter-Gummel. Nous étudions notamment la convergence de ce schéma ainsi que son comportement asymptotique en différentes limites de paramètres. Enfin, nous explorons différentes possibilités pour augmenter l'ordre en temps. / In this PhD thesis, we are interested in a simplified corrosion model derived from the Diffusion Poisson Coupled Model (DPCM). We analyze the numerical scheme implemented in the CALIPSO code used by the French nuclear waste management agency ANDRA. It is a backward Euler scheme in time and a finite volume scheme in space, with Schafetter-Gummel approximation of the convection-diffusion fluxes. We study the convergence of this scheme and its asymptotic behavior for different limits of parameters. Finally, we compare several higher order schemes in time.

AUTOSAR (AUTomotive Open System Architecture) est un standard industriel mondial créé en 2003 dans le but de standardiser le développement des architectures logicielles automobiles. Il fournit un ensemble de concepts et définit une méthodologie commune pour le développement des logiciels embarqués automobiles. Les principales caractéristiques de ce standard sont la modularité et la « configurabilité» de logiciels qui permettent la réutilisation fonctionnelle des modules logiciels fournis par des fournisseurs différents. Cependant,le développement d’une application embarquée AUTOSAR nécessite la configuration d’un grand nombre de paramètres liés principalement au grand nombre de composants logiciels (software component« SWC ») de l’application. Cette configuration commence par l’étape d’allocation des SWCs à la plateforme matérielle (calculateursconnectés par des réseaux), jusqu’à l’étape de configuration de chaque calculateur et du réseau de communication. Différentes alternatives sont possibles pendant ces étapes de configuration etc chaque décision de conception peut impacter les performances temporelles du système, d’où la nécessité d’automatiser ces étapes de configuration et de développer un outil d’évaluation d’architectures.Dans ce travail de thèse, nous introduisons une approche holistique d’optimisation afin de synthétiser l’architecture E/E d’un système embarqué AUTOSAR. Cette approche se base sur des méthodes métaheuristique et heuristique. La méthode métaheuristique (i.e. algorithme génétique) a le rôle de trouver les allocations les plus satisfaisantes des SWCs aux calculateurs. A chaque allocation proposée, deux méthodes heuristiques sont développées afin de résoudre le problème de la configuration des calculateurs (le nombre de tâches et ses priorités, allocation des runnables aux tâches, etc.) et des réseaux de communication (le nombre de messages et ses priorités, allocation des « data-elements » aux messages,etc.). Afin d’évaluer les performances de chaque allocation, nous proposons une nouvelle méthode d’analyse pour calculer le temps de réponse des tâches, des runnables, et de bout-en-bout de tâches/runnables. L’approche d’exploration architecturale proposée par cette thèse considère le modèle des applications périodiques et elle est évaluée à l’aide d’applications génériques et industrielles. / AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) has been created by automotive manufacturers, suppliers and tools developers in order to establish an open industry standard for automotive E/E(Electrical/Electronic) architectures. AUTOSAR provides a set of concepts and defines a common methodology to develop automotive software platforms. The key features of this standard are modularity and configurability of automotive software; this allows functional reuse of software modules provided by different suppliers and guarantees interoperability of these modules through standardized interfaces. However, the development of an embedded application according to AUTOSAR necessitates configuring a lot of parameters related to the large number of Software Components (SWCs), their allocations to the hardware platform and then, the configurationof each Electronic Control Unit (ECU). Different alternatives are possible during the design of such systems. Each implementation decision may impact system performance and needs therefore to be evaluated and compared against performance constraints and optimization goals. In this thesis, we introduce a holistic optimization approach to synthesizearchitecture E/E of an embedded AUTOSAR system. This approach is based on heuristic and metaheuristic methods. The metaheuristics (e.g. genetic algorithm) has the role to find the most satisfactory allocations of SWCs to ECUs. Each allocation step, two heuristics are developed to solve the problem of the ECU configuration (the number of tasks and priorities, allocation of runnables to tasks, etc.) and networks configuration (the number of messagesand priorities, allocation of data-elements to messages, etc.). In order to evaluate the performance of each allocation, we propose a new analysis method to calculate the response time of tasks, runnables, and end-to-end paths. The architectural exploration approach proposed by this thesis considers the model for periodic applications and is evaluated using generic and industrial applications.

Les réseaux de distribution de flux sont modélisés par des systèmes hyperboliques linéaires ou non linéaires de lois de conservation avec terme source. La surveillance de ces réseaux (diagnostic de défauts) nécessite la connaissance de certaines variables d’état. Or dans la plupart des cas, il n’est pas possible de mesurer toutes les variables d’états et des observateurs basés sur le système d’équations aux dérivées partielles représentant le réseau peuvent alors être utilisés. Dans cette thèse, l’observabilités des systèmes hyperboliques est tout d’abord étudiée puis les observateurs classiques et robustes à dérivées partielles, avec injection de l’erreur d’estimation aux frontières ou dans la dynamique du système sont proposés. Ces observateurs fournissent des estimations en ligne des signaux qui ne sont pas mesurés. Ces estimations seront utilisées pour le diagnostic des systèmes de distribution de flux. Les performances des observateurs et l’approche de diagnostic sont validées sur le système de distribution d’eau d’un bâtiment de l’Université de Lille 1 Sciences et Technologies, dans le cadre du projet SUNRISE SMART CITY. Des données réelles, prélevées sur le site en absence et en présence de fuites sont utilisées. / Distribution flow networks are modeled by linear or nonlinear systems of balance laws. The monitoring of these networks (Faults detection and isolation) requires knowledge of certain state variables. However, in most cases it is not possible to measure all the state variables. Observers based on the partial differential equations which modelize the network dynamic can be used to provide state estimates. In this dissertation, the observability of the hyperbolic systems is first studied and then classical and robust PDE observers with injection of the state estimation error at boundaries or in the system dynamics are proposed. These observers provide on-line estimation of signals that are not measured. The estimation is used for the diagnosis of distribution flow systems. The performance of the observers and the diagnosis approach are validated on real flow data collected from the water distribution system (WDS) of Polytech’Lille (Cité scientifique, University of Lille 1 Sciences and Technologies), within the framework of the SUNRISESMART CITY Project. Data which are taken from the WDS in the absence and in the presence ofleakeage are used.

Les avancées dans les technologies ont permis le développement de systèmes d’aide à la conduite (ADAS) pour prévenir les accidents routiers causés par les erreurs de conduite au manque d’attention de conducteurs. Plusieurs types sont déjà disponibles sur le marché, comme l’ABS et l’ESC (ou ESP), utilisant uniquement des capteurs proprioceptifs. Les capteurs extéroceptifs sont présents dans les ADAS plus récents, comme LKAS (maintien dans la voie) et LDWS. Cependant, l‘ESC agit dans la dynamique du véhicule en situations d¹urgence alors que les systèmes d’alerte de sortie de voie sont conçus pour les situations de faible sollicitation latérale. Cette thèse traite le développement d’un ADAS, nommé ESC-perceptif, qui intègre les informations des capteurs extéroceptifs (camera vidéo) avec le contrôle de la vitesse de lacet afin d’éviter les sorties de voie, y compris pour des conditions de fortes sollicitations latérales. La prise en compte de la saturation de forces de contact pneumatiques-chaussée est essentielle pour la conception de ce système. La non-linéairité des efforts pneumatiques est traité par l'approche des systèmes affines par morceaux (PWA). Cela permet de mener l'analyse et la synthèse de contrôleurs en combinant les fonctions de Lyapunov avec la résolution de problèmes d’optimisations sous contraintes d¹inégalités matricielles linéaires et bilinéaires. Au long de la thèse, plusieurs contrôleurs PWA pour le développement de ADAS sont présentés. L’ESC-perceptif, basé uniquement sur les capteurs disponibles sur les véhicules commercialisés est validé expérimentalement sur véhicule prototype. / Advances in the technology of sensors and actuators have enabled the development of driver assistance systems (ADAS) to prevent road accidents due to drivers mistakes or inattention. Several types are already deployed in the commercialised vehicles, such as, ABS and ESC by means of proprioceptive sensors. Exteroceptive sensors can be seen in systems such as, LKAS (Lane Keeping Assistance Systems) and LDWS (Lane Departure Warning Systems). While the ESC deals with the vehicle dynamics in emergency situations, the systems to avoid lane departure are currently designed to work in conditions of weak lateral solicitation. This thesis deals with the development of a ADAS, named perceptive-ESC, which integrates the information from the exteroceptive sensors (provided by a video camera) with the yaw rate control in order to avoid unintended lane departure even in situation of strong lateral solicitation or degraded road adhesion. Considering the saturation of the lateral tyre forces is essential for the conception of the perceptive-ESC, therefore the nonlinear behaviour of the lateral tyre forces is taken into account by the use of Piecewise Affine (PWA) Systems which analysis and control synthesis are based on quadratic Lyapunov functions casted as optimisation problems with linear and bilinear matrix inequalities constraints. Throughout the thesis, several PWA controllers for driver assistance systems are presented in which the complexity is gradually increased from simply enhancing the vehicle handling to the perceptive-ESC based only on sensors available in the currently commercialised passenger cars, which has been validated by practical experiments on a prototype vehicle.

Le système autonome nécessite une consommation d'énergie inférieur à 100μW pour qu’ils puissent récupérer l’énergie environnementale. Le transistor MOSFET, étant le composé principal de ce système, peut permettre cela en améliorant ces performances. Le matériaux III-V présente un intérêt à être appliqué au transistor MOSFET en considérant ses propres propriétés tel la haute vitesse thermique d’électron, la haute vitesse de saturation, la faible bande interdite. D'aussi hautes performances de transistor avec de basse consommation d'énergie peut être envisagé grâce au MOSFET III-V. Des technologies de fabrication de MOSFET In0.53Ga0.47As ont été développées avec ces mesures statiques et dynamiques. Un IdMAX=180mA/mm, gmMAX=110mS/mm, fT=150GHz, et fMAX=47GHz ont été obtenus pour un transistor de longueur de grille de 50nm. Différentes voies d’amélioration ont été étudiées y compris le procédé gate-last comparé au gate-first, l’effet PDA, et l’effet PPA. Le procédé gate-last démontre moins de dégradation de l’oxyde avec de meilleures performances que gate-first. PDA n’a pas d'effet important sur les performances du transistor. PPA a démontré un effet de passivation de certains défauts dans l’oxyde et dans l’interface. Des structures alternatives ont été étudiées comme la structure MOSHEMT de maille adapté et pseudomorphique, montrant de meilleures performances avec une IdMAX=300mA/mm, gmMAX=200mS/mm, fT=200GHz et fMAX=50GHz pour un transistor de longueur de grille de 100nm. Ces performances DC sont loin de l’état de l’art, tandis que les performances RF sont parmi les meilleures. La perspective de ce travail est d’améliorer la qualité d’oxyde en baissant le budget thermique et aussi d'utilier de prometteuses strucutres comme MOS-COMB (la structure MOS-Thin body avec couche barrière entre l’oxyde et le semiconducteur). La structure MOSFET InAs de haute performance pourrait aussi être envisagé en réduisant le budget thermique au cours de la fabrication. / The autonomous system requires a power consumption of less than 100μW so that they can recover energy from the environment. MOSFET, being a major component of this system can achieve this low power consumption requirement by improving its performance. III-V materials are of interest to be applied to MOSFET considering its own properties such as high electron thermal mobility, high saturation velocity, and low band gap. So high-performance transistor with low power consumption can be expected by III-V MOSFETs. Fabrication technologies of In0.53Ga0.47As MOSFETs have been developed with its static and dynamic measurements. An IdMAX=180mA/mm, gmMAX=110mS/mm, fT=150GHz and fMAX=47GHz were obtained for a transistor gate length of 50nm. Different ways of improvement were studied including the gate-last process compared with gate-first, the PDA effect, and the PPP effect. The gate-last process shows less degradation of the oxide with better performance than gate-first. PDA has no prominent effect on the performance of transistor. PPA has been shown to have a passivation effect of certain defects in the oxide and interface. Alternative structures have been studied such as the structure MOSHEMT with lattice matched and pseudomorphic, showing best performances like IdMAX=300mA/mm, gmMAX=200mS/mm, fT=200GHz and fMAX=50GHz for a transistor gate length of 100nm. DC performance is far from the state of the art, while the RF performances are among the best. The perspective of this work is to improve the oxide quality by lowering the thermal budget and also to use promising structures as MOS-COMB (MOS-Thin body structure with barrier layer between the oxide and semiconductor). The MOSFET InAs with high-performance could also be expected by reducing the thermal budget during the fabrication.

La nécessité de diminuer la consommation à la fois des systèmes autonomes communicants à haute fréquence et des circuits CMOS implique l’utilisation de transistors fonctionnant sous faible tension d’alimentation. Les performances des composants à base de silicium se dégradant rapidement dans ce régime de fonctionnement, les semiconducteurs III-V à faible bande interdite sont aujourd’hui envisagés comme une alternative. Parmi ceux-ci, l’InAs paraît le plus prometteur. Dans ce contexte, ce travail a pour but d’ouvrir la voie à l'utilisation d’un canal à base d'InAs pour les systèmes analogiques et numériques. Plus précisément, nous étudions la croissance par épitaxie par jets moléculaires des hétérostructures InAs/AlSb sur des substrats (001) GaAs et GaP par l’intermédiaire d'une couche tampon Ga(Al)Sb. La microscopie à force atomique, la microscopie électronique en transmission et la diffraction d’électrons de haute énergie sont utilisées afin de mettre en évidence l’influence critique des conditions de croissance sur la nucléation des antimoniures. Cette étude sert de base à l’optimisation de canaux InAs à haute mobilité sur ces deux substrats fortement désadaptés en maille. Les résultats obtenus dans le cas de GaP sont ensuite étendus au cas de pseudo-substrats commerciaux GaP/Si de haute qualité cristalline pour l’intégration de matériaux à base d’InAs sur des substrats Si (001) exactement orientés. Des mobilités électroniques atteignant 28 000 cm-2.V-1.s-1 à 300K et supérieures à 100 000 cm-2.V-1.s-1 à 77K sont démontrées. / Low power consumption transistors operating at low supply voltage are highly required for both high frequency autonomous communicating systems and CMOS technology. Since the performances of silicon-based devices are strongly degraded upon low voltage operation, low bandgap III-V semiconductors are now considered as alternative active materials. Among them, one of the best candidates is InAs. Therefore, the present work aims on paving the way to the use of InAs in transistor channels for both high-speed analog and digital applications. We particularly investigate the molecular beam epitaxy growth of InAs/AlSb heterostructures on both (001) GaAs and GaP via an antimonide metamorphic buffer layer. Using atomic force microscopy, transmission electron microscopy and reflection high energy electron diffraction, we first show the critical influence of the growth conditions on the III-Sb nucleation. From this study, we then achieve optimized high mobility InAs layers on these two highly mismatched substrates. The results obtained in the GaP case are extended to commercially available high quality GaP/Si platforms for the integration of InAs-based materials on an exactly oriented (001) Si substrate. State of the art mobility of 28 000 cm-2.V-1.s-1 at 300K and higher than 100 000 cm-2.V-1.s-1 at 77K are demonstrated.

Dans bien des domaines industriels, le progrès amène une complexité des systèmes toujours croissante. Les systèmes du génie électrique n'échappent pas à cette règle. Jusqu'à présent la conception de ces systèmes, tout du moins au niveau industriel, repose sur l'expérience antérieurement acquise et principalement la validation expérimentale. Le recours à des architectures distribuées accroît de façon sensible la complexité des systèmes en ajoutant le risque des interactions entre eux. Il faut donc faire une pause afin d'envisager l'évolution des méthodes de conception, non pas en niant le passé mais en s'appuyant plus encore sur la modélisation qui, si elle est bien utilisée, peut s'avérer utile à la fois en analyse et en conception.