Ce projet de recherche a permis d'étudier l'émission d'un rayonnement térahertz (THz) par des antennes photoconductrices (PC) émettrices de type micro-ruban coplanaire. Ces antennes sont fabriquées sur substrats d'arséniure de gallium semi-isolant (GaAs-SI) ou sur ce même substrat ayant subit un traitement d'implantation ionique aux protons suivi d'un recuit thermique (GaAs:H). L'influence de ce procédé de fabrication sur les propriétés du matériau photoconducteur et sur les caractéristiques de l'antenne émettrice a été étudiée. Des mesures de photoconductivité résolue en temps effectuées sur les deux types de substrat montrent que le procédé d'implantation/recuit a eu pour effet de diminuer le temps de vie des photoporteurs de 630 ps à environ 4 ps, tandis que la mobilité n'est réduite que d'un facteur maximum de 1,6. Cette valeur de la mobilité des photoporteurs a par ailleurs été estimée à environ 100 cm$^2$/(V.s) pour le substrat GaAs:H. Les mesures électriques effectuées sur les antennes fabriquées sur les deux types de substrat montrent que le procédé d'implantation/recuit permet d'augmenter la résistivité de la couche active du dispositif d'un facteur 10 (elle passerait de 10$^{8}$ $\Omega$.cm pour le GaAs-SI à 10$^9$ $\Omega$.cm pour le GaAs:H). Les courbes courant-tension, en obscurité et sous illumination, de ces antennes suggèrent également que la densité de pièges profonds est fortement augmentée suite au traitement d'implantation/recuit. L'étude des caractéristiques des diverses antennes a permis de montrer l'intérêt de ce procédé de fabrication. Pour les antennes fabriquées sur GaAs:H, la largeur de bande est améliorée (elle atteint environ 3 THz) et l'amplitude du champ THz émis est augmentée par un facteur 1,4 (dans les mêmes conditions expérimentales). Le rapport signal/bruit des traces THz mesurées sur les antennes les plus performantes est $>$ 200. Une plus grande résistivité et une densité de pièges profonds plus élevée, permet d'appliquer de plus fortes tensions de polarisation sur ces antennes GaAs:H. Finalement, nos résultats ont montré que les améliorations des caractéristiques d'émission de ces antennes THz sont corrélées à la présence d'un champ électrique local plus élevé du coté de l'anode du dispositif.

Avec l’avènement des BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems), ce sont toutes les pratiques médicales, biologiques, environnementales et agro-alimentaires qui entament une nouvelle ère. Les enjeux scientifique et industriel se rejoignent dans la miniaturisation des systèmes de détection, l’amélioration de leurs sensibilités et la simplification de leurs procédés de fabrication. Cette thèse hautement interdisciplinaire s’inscrit dans le cadre de ces enjeux. Elle expose la fabrication, la bio-fonctionnalisation et l’application d’un BioMEMS pour l’analyse de réactions enzymatiques en temps réel et à l’échelle micrométrique. Deux choix stratégiques ont été adoptés pour ce travail: le premier concerne l’utilisation de la technologie des plasmas froids ou polymérisation plasma pour la fonctionnalisation de surface à travers le dépôt de films polymères d’allylamine. Ce dépôt a permis ultérieurement l’immobilisation covalente de la trypsine (enzyme modèle protéolytique) au sein du BioMEMS. Cette technologie a été également utilisée pour développer une méthode simple de microfabrication des circuits microfluidiques compatible avec une production à grande échelle. Le second choix concerne l’utilisation de ce bioMEMS autour d’une transduction TeraHertz (THz) mise au point au sein de l’équipe. La spectroscopie THz vise à détecter les événements moléculaires à l’échelle de la picoseconde, sans marqueur et d’une manière non-invasive, en sondant directement les liaisons chimiques de faible énergie. Au cours de ce travail, nous avons donc développé un procédé de fonctionnalisation de surfaces par des amines, optimisé une méthode de greffage des enzymes, et étudié l’activité de la trypsine immobilisée. Nous avons ensuite intégré ces étapes dans le procédé de microfabrication du BioMEMS. Les mesures réalisées dans le domaine sub-THz (0,06-0,11 THz) sur une réaction de biocatalyse confirment la faisabilité d’une telle approche comme méthode analytique en biologie. Les résultats des différentes études montrent également que le mariage des plasmas froids avec les méthodes lithographiques représente une voie efficace, rapide et très compétitive pour le transfert de la technologie des BioMEMS à l’échelle industrielle. / The applications of miniaturized devices are no longer limited to electronic industry. Today, a new kind of microsystems called BioMEMS (Bio-MicroElectroMechanical Systems) are spreading in different fields, including biomedical, environmental and food industry applications. Recurring challenges are focusing on enabling processes for smaller, cost-effective, high-functionality devices, with more sensitivity and suitability for industrial scale development. This highly interdisciplinary thesis work attempts to provide new solutions to meet some of the needs mentioned above. It reports the fabrication, functionalization, and applications of a BioMEMS for enzyme reaction monitoring. First, we have developed a PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) process for the surface functionalization by plasma polymerized allylamine. Films with high amine density and enhanced stability in aqueous environment were obtained. The amine functions were then used for enzymes immobilization. The covalently bonded trypsin molecules were extensively characterized and kinetic parameters determined using several microscopic and spectroscopic methods. Finally, both optimized processes were applied to the biofunctionalization of a TeraHertz (THz)-based BioMEMS. THz spectroscopy is the only non-invasive analytic method able to monitor molecular events at the picosecond timescale by probing low binding energies directly. It is used here for sensing a biocatalysis reaction inside the bioMEMS microchannels. Sub-THz measurements (0.06-0.11 THz) showed that combining microfluidic microsystems technology with THz detection could be a promising alternative for label-free real-time detection of biological interactions at the microscale. Additionally, we have developed a new microchannel fabrication process using direct plasma polymerization of TMDS (TetraMethylDiSiloxane) on micropatterned surfaces. This achievement demonstrates that cold plasma processes could be used not only for functionalization purposes or surface treatment but for the 3D microfabrication as well. This highly reduces processing time and manual handling steps, which is of a great importance for further industrial scale production.

Titre de l'écran-titre (visionné le 10 janvier 2024) / L'avènement des réseaux mobiles 6G promet de révolutionner les systèmes de communication mobile, en offrant une capacité très élevée et une faible latence. Pour exploiter pleinement le potentiel des réseaux mobiles 6G, il est essentiel de disposer d'une localisation de haute précision. L'incorporation des bandes térahertz (THz) est un facteur critique pour atteindre cette précision de localisation. Dans ce contexte, nous proposons une approche pour la localisation des terminaux d'utilisateurs dans les réseaux mobiles 6G, en tirant partie des bandes de fréquences THz. L'approche proposée est basée sur la technique de localisation par angle d'arrivée (AoA). Nous utilisons cette technique de localisation parce qu'elle offre une plus grande précision. Pour mettre en œuvre notre approche, nous utilisons des simulations avancées dans NYUSIM. Plus précisément, nous effectuons deux simulations. La première simulation émule un réseau mobile 5G dans les bandes mmWave et la seconde un réseau mobile 6G dans les bandes de fréquences THz. Les résultats montrent que les réseaux mobiles 6G sont plus performants que les réseaux mobiles 5G en termes de précision de localisation. Cette amélioration est attribuée à l'estimation plus fine du canal facilitée par les fréquences THz, ce qui permet de réduire les interférences du signal et d'améliorer la précision du positionnement. Nos résultats montrent également que les réseaux mobiles 6G nécessitent moins de puissance d'émission pour atteindre une précision de localisation similaire à celle des réseaux mobiles 5G. Cette découverte souligne le potentiel des réseaux mobiles 6G à réduire la pollution environnementale et à contribuer au développement durable. / The advent of 6G mobile networks holds immense promises for revolutionizing mobile communication systems, offering ultra-high capacity and low latency. To fully realize the potential of 6G mobile networks, high-precision localization is essential. A critical factor in achieving this localization accuracy is the incorporation of Terahertz (THz) bands. In this context, we propose an approach for localizing user terminals in 6G mobile networks leveraging THz frequency bands. The proposed approach is based on the Angle of Arrival (AoA) localization technique. We use this technique because it provides greater localization accuracy. To implement our approach, we employ advanced simulations in NYUSIM to bridge the gap between theoretical knowledge and practical applications. More specifically, we perform two simulations. The first simulation emulates a 5G mobile network in the mmWave bands, and the second one emulates a 6G mobile network in the THz frequency bands. The results show that 6G mobile networks outperform 5G mobile networks in terms of localization accuracy. This improvement is attributed to the finer channel estimation facilitated by THz frequencies, resulting in reduced signal interference and enhanced positioning accuracy. Our results also show that 6G mobile networks require less transmit power to achieve similar localization accuracy than 5G mobile networks. This finding highlights the potential of 6G mobile networks to reduce environmental pollution and contribute to sustainability.

Ce mémoire présente une étude des propriétés de conduction électrique et de la dynamique temporelle des porteurs de charges dans des nanofils de silicium sondés par rayonnement térahertz. Les cas de nanofils de silicium non intentionnellement dopés et dopés type n sont comparés pour différentes configurations du montage expérimental. Les mesures de spectroscopie térahertz en transmission montre qu'il est possible de détecter la présence de dopants dans les nanofils via leur absorption du rayonnement térahertz 1 — 12 meV). Les difficultés de modélisation de la transmission d'une impulsion électromagnétique dans un système de nanofils sont également discutées. La détection différentielle, une modification au système de spectroscopie térahertz, est testée et ses performances sont comparées au montage de caractérisation standard. Les instructions et des recommandations pour la mise en place de ce type de mesure sont incluses. Les résultats d'une expérience de pompe optique-sonde térahertz sont également présentés. Dans cette expérience, les porteurs de charge temporairement créés suite à l'absorption de la pompe optique (À N 800 nm) dans les nanofils (les photoporteurs) s'ajoutent aux porteurs initialement présents et augmentent donc l'absorption du rayonnement térahertz. Premièrement, l'anisotropie de l'absorption térahertz et de la pompe optique par les nanofils est démontrée. Deuxièmement, le temps de recombinaison des photoporteurs est étudié en fonction du nombre de photoporteurs injectés. Une hypothèse expliquant les comportements observés pour les nanofils non-dopés et dopés-n est présentée. Deuxièmement, la photoconductivité est extraite pour les nanofils non-dopés et dopés-n sur une plage de 0.5 à 2 THz. Un lissage sur la photoconductivité permet d'estimer le nombre de dopants dans les nanofils dopés-n. [symboles non conformes]

L’ANR Terametadiel a pour but de concevoir, fabriquer et caractériser un dispositif à base de métamatériaux tout diélectriques fonctionnant à 10GHz et un autre, fonctionnant à 0,35THz. Le but est de démontrer l'existence d’un indice de réfraction négatif avec de tels dispositifs, en se servant de technologies céramiques de pointe pour un contrôle dimensionnel rigoureux. Les travaux de thèse ont été structurés autour des matériaux diélectriques et du procédé de fabrication additive céramique utilisé : la stéréolithographie.La stéréolithographie utilise la polymérisation UV initiée par un laser UV pour élaborer couche par couche une pièce céramique en 3D. Les taux de conversion des monomères sont évalués grâce à différentes techniques de spectroscopie qui ont été mises en places au laboratoire, et qui sont comparées (FTIR et Raman). Une deuxième partie est consacrée à la synthèse et aux caractérisations structurales, microstructurales et électriques des matériaux diélectriques d’intérêt pour la conception de métamatériaux : le SrTiO3 et le BaxSr(1-x)TiO3 (BST). Les propriétés électriques obtenues en fonction de différentes méthodes de mises en forme des échantillons sont discutées à moyenne fréquence (1kHz) et au THz pour le SrTiO3. Pour pouvoir utiliser les poudres diélectriques synthétisées avec le procédé de stéréolihtographie, nous avons dû les adapter. Plusieurs procédés d’enrobage ont été envisagés et leurs résultats sont présentés, sans réussir à apporter de modification significative de l’absorption. D'autres procédés et matériaux sont envisagés pour la suite des travaux. / This work aims to design, to fabricate and to characterize all-dielectricmetamaterials relying on Mie resonance of high-permittivity ceramic resonators, to be able to control the propagation of terahertz waves. As artificial components, metameterials canexhibit electromagnetic properties that are apparently unreachable. The aim of our work is focused on two steps of the metamaterial elaboration : the synthesis of ceramic dielectric powders by co-precipitation and the construction of a three-dimensional metamaterial produced by stereolithography process. The ceramic dielectric materials must present ahigh permittivity and few losses. The dielectric ceramics SrTiO3 (ST) and BaxSr(1-x)TiO3 (BST) are identified as eventual materials for the elaboration of metamaterial. The co-precipitation via the oxalic route leads to produce a high purity ceramic powder with homogeneous particle size and composition. Stereolithography is a 3D additive manufacturing process that makes it possible the elaboration of complex architectures of ceramic parts with a high resolution, thanks to a layer by layer procedure and a local photopolymerisation of ceramic paste with a UV laser beam. The ceramic system consists in a suspension of ceramic particles in oligomers/monomers with a photoinitiator.The composition of these suspensions requires suitable rheological properties to obtain a homogenous thin film deposition, photo-reactivity properties to UV light to obtain good mechanical properties of the ceramic part after curing and high dimensional resolution.

Les ondes térahertz sont à l'origine de nombreuses applications, notamment dans les domaines de la sécurité (portiques d'aéroports), de la médecine (étude des interactions ondes-molécules), et des télécommunications sans fils à très haut débit. Pour toutes ces applications, les détecteurs de puissance sont d'un grand intérêt puisqu'ils intègrent l'intensité de la radiation incidente. Cette caractéristique leur permet d'enregistrer des signaux sans avoir recours à une activation hétérodyne, contrairement aux détecteurs de champ térahertz. L'objectif de ce travail de thèse est de réaliser la caractérisation de la réponse spectrale de détecteurs de puissance térahertz, principalement dédiés à l'intégration des dispositifs de télécommunications sans fils. Pour cela, nous avons élaboré une expérience impulsionnelle large bande construite autour d'un laser femtoseconde (amplifié ou non), d'un émetteur térahertz (photocommutateur ou cristal non-linéaire) ainsi que d'un interféromètre à deux ondes (Michelson). Dans un premier temps, nous décrivons le fonctionnement de l'expérience et déterminons ses limites au travers d'une étude paramétrique. Plusieurs configurations, choisies en fonction des lasers utilisés, sont sélectionnées afin d'obtenir les meilleures performances possibles. La méthode de caractérisation des détecteurs de puissance est ensuite démontrée et validée expérimentalement. Enfin, nous profitons de la polyvalence du banc pour montrer, d'une part, la possibilité de réaliser la caractérisation spatiale et spectrale d'un faisceau térahertz en une unique mesure résolue temporellement ; et d'autre part, la caractérisation de l'indice de réfraction et de l'absorption d'un milieu faiblement absorbant. / Terahertz waves have led to a lot of applications, such as security, biology, and high speed wireless telecommunications. Moreover, power detectors are also very useful because they integrate the radiation intensity. This thesis focus on the characterisation of the spectral response of terahertz power detectors in order to integrate wireless communication devices. To that end, we designed an wide-band set-up made of a femtosecond laser, a terahertz emitter, and a two-wave Michelson interferometer. Firstly, we describe how the experiment works, and show its limits through a parametric study. Various configurations were considered, according to the used lasers, in order to obtain the best performances. We then show how to characterise the power detectors response, and validate the experimental results. Finally, thanks to the versatility of our set-up, we show that a unique measurement can give us both a spectral and a spatial beam characterisation at the same time. On the other hand, we also have access to the refractive index and the absorption of weakly absorbing media by the mean of spectroscopic methods.

Des propriétés électromagnétiques nouvelles peuvent être réalisées à l'aide d'une méta-surface à travers des structures artificielles. La permittivité et la perméabilité effectives d'une méta-surface peuvent être conçues de façon flexible et même accordées de sorte à présenter des réponses électromagnétiques pouvant être très différentes de celles de leurs homologues naturels, ce qui conduit à des propriétés améliorées voire parfois à un comportement extraordinaire. Cette thèse porte sur la conception, la fabrication et l'expérimentation de méta-surfaces micro-fluidiques pour le contrôle de propriétés des ondes électromagnétiques. Leur réalisation est basée sur des technologies relevant de la photolithographie et de la micro-fluidique, mises en œuvre sur des substrats souples d'épaisseur sub-longueur d'onde. Plus spécifiquement, nous avons exploité l'incorporation de divers matériaux dans un réseau de canaux micro-fluidiques, y compris des diélectriques liquides, un métal liquide et un métal solide pour manipuler davantage les réponses électromagnétiques des méta-surfaces correspondantes, telles que l'absorption, la transmission et la chiralité. La première partie de la thèse présente une méta-surface très absorbante sur une ultra-large bande spectrale et. Elle est constituée d'un réseau de résonateurs formés de gouttelettes d'eau noyées dans le matériau diélectrique souple, le PDMS; l’absorption mesurée est presque parfaite sur les bandes Ku, K et Ka. La seconde partie de la thèse porte sur un absorbeur agile et indépendant de l'angle dans la gamme Térahertz ; il s’agit d’une méta-surface à base de métal liquide, où un réseau de puits métalliques liquides dont la hauteur est contrôlée de façon continue, ce qui brise la limitation d'accordabilité dans le plan 2D. La troisième partie de la thèse porte sur une méta-surface chirale active. La méta-surface peut être commutée de achiral à chiral en déformant la structure en spirale initialement plane vers une géométrie 3D. Cette fonctionnalité peut manipuler la transmission hyperfréquence de symétrique à asymétrique sous incidence avant et arrière. En conclusion, l'optimisation de l'absorption, de la transmission et de la chiralité d’ondes électromagnétiques a été réalisée grâce à des méta-surfaces micro-fluidiques, qui semblent ainsi présenter un important potentiel applicatif dans divers domaines tels que la technologie furtive, l'imagerie et la communication optique / Novel and tailored electromagnetic properties can be realized using a metasurface through artificially designed structures. The effective permittivity and permeability of a metasurface can be flexibly designed and even tuned so as to exhibit electromagnetic responses that can be very different from those of their natural counterparts, leading to enhanced properties and sometimes to extra-ordinary behaviour. This thesis focuses on the design, fabrication and experimentation of meta-liquid-based metasurfaces for electromagnetic wave control and modulation. These metasurfaces are based on the use of both photolithography-based microfabrication and microfluidic technologies implemented onto thin and flexible substrates of sub-wavelength thickness. More specifically, the incorporation within a microfluidic channel network of various materials, including liquid dielectric material, liquid metal and solid metal have been exploited to further manipulate the electromagnetic responses of the related metasurfaces, such as the absorption, transmission and chirality. The first part of the thesis reports an ultra-broadband and wide-angle absorbing material by water-resonator-based metasurface. It consists of an array of water droplets embedded in the soft dielectric material, PDMS; it exhibited an almost perfect absorptivity over the Ku, K and Ka bands. The second part of the thesis focuses on a frequency-agile and wide-angle absorber in terahertz by liquid-metal-based metasurface, where a liquid-metal-pillar array can be continuously controlled in the vertical direction hence breaking the tuning limitation in the 2D plane. The third part of the thesis focuses on an active chiral metasurface. The metasurface can be switched from achiral to chiral by changing the spiral structure from planar pattern to 3D pattern. This functionality can manipulate the microwave transmission from symmetric to asymmetric under forward and backward incidence. In conclusion, tunability on the absorption, transmission and chirality have been realized through microfluidic metasurfaces, which appear having high potential applications in various areas such as stealth technology, imaging system, and optical communication, to name a few

La nanocommunication est un nouveau paradigme qui permet de communiquer à l'échelle nanométrique, via des mécanismes moléculaires, électromagnétiques, acoustiques, ou nano-mécaniques. Le cadre général de cette thèse concerne les réseaux de nanocapteurs sans fil et les nanoréseaux sur puce. Plus précisément, il s'agit des architectures d'interconnexion et des protocoles de communication dans la bande de fréquence des Térahertz. En effet, les architectures réseaux et les protocoles de communication existants doivent être repensés en tenant compte des mécanismes de communication à l'échelle nanométrique.En premier lieu, nous nous sommes focalisés sur la nécessité de développer des approches de diffusion efficaces dans le contexte des réseaux de nanocapteurs sans fil. Une approche de diffusion efficace, issue d'une adaptation d'un protocole de la famille des protocoles d'inondation probabilistes, est présenté et son efficacité et validée par simulations à l'aide de Nano-Sim et NS3.En second lieu, une étude approfondie de l'impact des portées de transmission sur les performances du mécanisme de diffusion basé sur les ondes électromagnétiques à l'échelle nanométrique a été effectuée. Les résultats des simulations montrent que l'adaptation des portées des nano-noeuds permet de contrôler le mécanisme d'inondation et de réduire les redondances des paquets tout en augmentant les débits. Une approche adaptative de sélection de portées de transmission contrôlée au niveau des nano-noeuds est proposée. En dernier lieu, nous nous sommes attaqués à un troisième défi en examinant ce nouveau paradigme de nanocommunication dans le contexte de la conception des nanoréseaux sur puce (Network on Chip, NoC). / Nanocommunication is a new paradigm that enables connectivity at the nanoscale through molecular, electromagnetic, acoustic, or nanomechanical mechanisms. The general context of this thesis concerns wireless nanosensor networks and nanonetworks on chips. More precisely, the thesis deals with interconnection architectures and communication protocols in the terahertz band. The existing network architectures and communication protocols should be revisited taking into account the communication mechanisms at the nanoscale.First, dissemination approaches in the context of wireless nanosensor networks are addressed. An efficient broadcasting approach is presented and the simulation performance results with Nano-Sim and NS3 show that the proposed scheme is superior to flooding, especially in the cases of excessive broadcasts.Second, we investigated the impact of transmission ranges on the performance of broadcast mechanisms based on electromagnetic waves at the nanoscale. Adaptive transmission range of electromagnetic-based communication approaches are proposed. Simulations are conducted with fixed and adaptive transmission ranges to show the efficiency of the proposed approaches in terms of throughput and latency according to the network density.The third part addresses the hypothesis of using EM-based nanonetwok as an on-chip interconnect for SoCs.

Pour répondre aux questions que pose la faisabilité d'un dispositif de détection d'explosifsà l'aide de la technologie de spectroscopie térahertz, cette thèse a exploré troisaxes. Le premier a consisté à établir une base de données des signatures spectrales (indiceet absorption) d'une large gamme de matériaux d'intérêt pour ce type d'applications,à partir des données expérimentales que nous avons mesurées par spectroscopie dans ledomaine temporel. Nous avons identifié les matériaux montrant une signature spectralesignificative et nous avons aussi étudié l'effet des matériaux de dissimulation.Dans la seconde partie de ce travail, nous avons conçu et construit un banc de spectroscopieultra-large bande destiné à une meilleure identification spectrale des substances. Nousavons identifié les limites techniques de ce type de banc et donné les pistes pour atteindreles performances désirées.Ensuite, nous avons développé et validé un banc de spectroscopie en réflexion, de typegoniométrique, afin de détecter des signaux térahertz diffusés par des matériaux hétérogènes.Finalement, nous avons étudié les plasmons de surface dans le domaine térahertz, en vuede la détection de très faibles quantités de matière.

L'observation du milieu interstellaire est très importante aux fréquences mm / (sub) mm / Thz pour comprendre comment se forment les étoiles et les planètes. De telles observations dépendent des récepteurs hétérodynes. Ces instruments atteignent une résolution spectrale très élevée en convertissant un signal haute fréquence à une fréquence plus basse. Dans un récepteur hétérodyne, le signal collecté est superposé sur un signal artificiel, bien connu, monochromatique, généré par l'oscillateur local (OL), donc ce signal artificiel est plus-ou-moins la fréquence du signal du ciel. Le mélangeur produit le signal de la fréquence du battement. Cette fréquence est équivalente à la différence entre le OL et la fréquence du signal du ciel. Ainsi, le signal du ciel est traduit à une fréquence plus basse, pour qu'il soit facile à amplifier et détecter. Habituellement, les récepteurs hétérodynes ont seulement un pixel spatial avec de nombreux canaux en fréquences. Notre objectif est de développer des réseaux de centaines de pixels. Pour faire cela, certains composants de l'hétérodyne doivent être repensés radicalement, tels que l'antenne de réception et le diviseur de faisceau OL. En effet, l'antenne réceptrice est généralement constituée d'une antenne à double fentes sur une lentille, ou d'une antenne cornet. Par contre, ces antennes ne sont pas les meilleurs choix pour des réseaux de nombreux pixels car elles doivent être usinées et montées individuellement. Au lieu de cela, il est commode de développer des structures planaires qui peuvent être facilement produites toutes ensembles. En particulier, nous avons conçu et simulé des réseaux d'antennes patch, de réseaux de transmission, et de plaques de zone. Le réseau d'antennes patch consiste d'un réseau de patchs métalliques reliés par une ligne microruban et séparés du plan de masse par un substrat diélectrique. Cette configuration profite du facteur du réseau pour réduire la largeur de faisceau du signal collecté. Cependant, nos simulations nous montrent que la bande RF des réseaux d'antennes patch est étroite. Pour cette raison, nous avons analysé la possibilité d'utiliser une autre solution : le réseau de transmission. C'est un réseau de plusieurs cellules qui déphase une onde afin de transformer son front de phase de forme planaire en forme sphérique. Le but de la matrice de transmission est de focaliser le faisceau collecté vers une antenne et mélangeur à double fentes. La thés démontre qu'un effet de focalisation satisfaisant est atteint sur une ligne. Nous avons fabriqué un tel réseau de transmission et l'avons testé en laboratoire. En raison des petites dimensions de quelques millimètres, ces tests sont difficiles à réaliser. Au sein de l'erreur de mesure, la conception et les simulations sont cohérentes. Une troisième option (d'une lentille planaire) a été étudiée dans la thèse : la plaque de zone. C'est un type particulier de réseau de transmission qui ne présente que deux déphasages de 0 ° et 180 °. Le plaque de zone focalise bien, mais est peu efficace. La dernière partie de la thèse introduit un type de diviseur de faisceau particulier qui permet une division du faisceau du signal OL vers un réseau de quatre mélangeurs très serrés. Diviser le faisceau avec des angles suffisamment petits est très difficile avec les réseaux de Fourier et Dammann classiques. Pour cette raison la méthode que nous avons proposée pour concevoir un tel diviseur est très novatrice. En effet, il permet la formation de motifs de faisceaux de forme arbitraire, qui ne sont pas limités par les ordres de diffraction. Les simulations montrent des efficacités allant jusqu'à 80% qui sont très bonnes en comparaison avec les réseaux classiques. En résumé, dans cette thèse, j'ai essayé plusieurs moyens radicalement différents pour simplifier les récepteurs hétérodynes et ouvrir la voie aux grandes matrices hétérodynes avec des centaines de pixels. / The observation of the interstellar medium is very important at mm/(sub)mm/THz frequencies to understand how stars and planets form. Generally such observations rely on heterodyne receivers. These are instruments that achieve very high spectral resolution by down converting a high frequency signal towards a lower frequency one. In a heterodyne receiver the incoming signal is superimposed onto an artificial, well-known, monochromatic signal generated by the local oscillator (LO), chosen to be close to the frequency of the sky signal. The mixer produces the beat frequency signal. It has a frequency equivalent to the difference between the LO and sky signal frequency. Thus the sky signal is translated to a lower frequency, and it is easier to amplify and detect. Usually heterodyne receivers have only one spatial pixel with many frequency channels. Some prototypes have been realized recently with few pixels. Our objective is to develop arrays of hundreds of pixels. In order to do that, some components which compose the heterodyne receiver must be radically rethought, such as the receiving antenna and the LO beam divider.Indeed the receiving antenna generally consists of a double slot antenna on a lens, or a horn antenna. Such antennas are not the best choice for arrays of many pixels since they have to be machined and mounted individually. Instead it is convenient to develop planar structures which can be easily produced in bulk in a single process. In particular we designed and simulated arrays of patch antennas, transmit-arrays and zone plates. The array of patch antennas consists of an array of metallic patches connected via a microstrip line and separated from the ground plane by a dielectric substrate. This configuration takes advantage of the array factor to reduce the beamwidth of the incoming signal in place of the lens. However our simulations showed the array of patch antennas to be quite narrowband for a general purpose application, and quite difficult to realize. For this reason we also analyzed the possibility to use another solution such as the transmit-array. It is an array of several cells which provide a certain phase shift to an incoming wave in order to transform its phase front from planar to spherical. The purpose of the transmit-array is to focus the incoming beam towards a double slot antenna and a mixer placed below it. The simulations showed that a good focusing effect can be reached on a line. We fabricated such a transmit-array and tested it in the laboratory. Because of the small dimensions of a few millimeters these tests are difficult to carry out. Within the measurement error design and simulations are consistent. A third option of a planar lens was studied in the thesis: the zone plate. This is a particular kind of transmit-array which presents only two phase shift of 0° and 180°. The zone plates focus well, but are unfortunately not very efficient.The final part of the thesis introduces a particular kind of beam divider which allows beam splitting of the LO signal towards an array of four very closely packed mixers. To split the beam with such small relative angles is very difficult with the classical Fourier and Dammann grating, for this reason the method we proposed to design such a beam divider is very innovative. Indeed it allows the forming of arbitrary shaped beam patterns, which are not limited by the diffraction orders. Simulations show efficiencies up to 80% which are very good in comparison with classical gratings.In summary in this thesis I have tried several radically different approaches to simplify heterodyne receivers and made a first step towards for large heterodyne arrays with hundreds of pixels.