L'imagerie de la proche surface est essentielle en géotechnique car la caractérisation et l'identification des premiers mètres du sol interviennent dans de nombreuses applications de l'aménagement du territoire. Les méthodes classiques d'imagerie sismique sont appréciées car elles sont simples de mise en oeuvre et d'interprétation. Utilisés en génie civil, ces outils ont généralement été développés initialement en prospection pétrolière. La problématique que nous abordons dans ce travail intéresse réseau de transport d'électricité (RTE) ; il s'agit d'identifier la géométrie des fondations de pylônes électriques très haute tension en utilisant des méthodes d'imagerie sismique qui ont fait leurs preuves dans le contexte de la géophysique de gisement. En particulier, nous évaluons les performances de l'inversion de la forme d'onde (FWI) et de la migration par retournement temporel. Nous présentons le principe de ces méthodes que nous mettons ensuite en oeuvre avec un outil basé sur une modélisation de la propagation d'ondes en milieu élastique 2D ; dans ce cadre, le temps de calcul de l'inversion est aujourd'hui raisonnable, ce qui est loin d'être le cas lorsqu'on considère un milieu élastique 3D. Ensuite, nous présentons les résultats d'imagerie sur données synthétiques puis réelles. Concernant les données synthétiques 2D, l'inversion permet d'identifier les dimensions de la fondation à condition que le rapport de vitesse entre la fondation et l'encaissant ne dépasse pas 3. La migration permet quant à elle d'imager de façon satisfaisante des contrastes beaucoup plus élevés. Sur données réelles, les tests que nous avons faits ne permettent pas d'identifier la géométrie de la fondation avec ces méthodes ; en réalisant l'inversion de données synthétiques 3D avec notre outil 2D, nous montrons que le caractère 3D des données est un obstacle important à l'utilisation de notre outil sur des données réelles contenant une forte signature 3D de la structure à imager. / Near surface imaging is essential for geotechnics purpose. Characterization and identification of the first layers - between 0 and 10m - of the ground is necessary for many applications of national and regional development. Classical methods of imagery arouse a great interest as they are easy to use. In general, these numerical tools used in civil engineering have been first developped by seismic petroleum companies. The issue we are tackling comes to identifying the geometry of the foundations of very high voltage electric pylons using seismic imagery methods for french electricity transport and network. In particular, we assess the performances of the full waveform inversion and the reverse time migration. First, we explain the principle of these methods and then we implement them with a tool based on 2D modelisation which involves a reasonable computing time, contrary to 3D inversion carried out with today's means. Next, we show imagery results on synthetic and real data. Concerning, synthetic data, inversion makes it possible to identify the dimensions of the foundation as long as the velocity ratio between the foundation and the bedrock does not exceed 3. As to migration, it has good results with even much higher contrasts. Concerning real data, these two methods don't succeed in identifying the geometry of the foundation ; we inverted 3D synthetical data with our tool and show that the 3D property of data is prohibitive to 2D-inversion of real data with such an important 3D signature as the one we get on the foundation data.

Les travaux menés lors de cette thèse portent sur le développement d'une approche passive d'Elastographie, l'imagerie de l'élasticité des tissus mous. Inspirée des techniques de corrélation de bruit sismique développée en séismologie, et du retournement temporel en acoustique. L'Elastographie passive utilise des ondes de cisaillement naturellement présentent dans le corps humain pour extraire les propriétés mécaniques des tissues biologiques. La faisabilité de cette approche passive est démontrée pour divers applications. En ultrason, un échographe à cadence lente ont été utilisés pour le guidage du traitement par ultrason à haut intensité dans une étude préclinique. Puis l'utilisation d'un échographe ultra-rapide pour la reconstruction des cartes de vitesses dans des gels calibrés ainsi que in-vivo. L'Elastographie passive par résonnance magnétique a été également mise en place pour imager les mouvements naturels dans le cerveau d'un volontaire sain et la réalisation d'une tomographie de longueurs d'ondes. En optique pour des applications en ophtalmologie ou en dermatologie, la faisabilité de l'Elastographie passive par cohérence optique a été démontrée dans un gel puis in-vivo dans l'œil d'une souris pour des. Puis une preuve du concept d'un dispositif d'imagerie d'ondes de surfaces complètement optique été testé dans des gels plan, courbé, isotrope ou anisotrope. Finalement, la limite de la résolution de l'Elastographie passive par ultrason est évaluée / The aim of this thesis was the development of a new approach called passive elastography. This approach is inspired from noise correlation methods well developed in seismology and time reversal technics in acoustics. Passive elastography uses shear waves naturally induced in the human body to extract its mechanical properties of soft tissue. The feasibility of this method was tested in several applications. First in ultrasound, slow frame rate ultrasound scanner was used to monitor high intensity focused ultrasound treatment on porcine pancreas. Then, an ultrafast ultrasound scanner was used to retrieve shear wave speed map in a calibrated phantom and in-vivo. Second, Magnetic resonance elastography was implemented to image natural motion in the brain of healthy volunteers and conduct shear wavelength tomography. Third, of ophthalmological and dermatological applications, optical coherence passive elastography was tested in a phantom and a cornea of healthy mouse. Also, a fully optical setup was established to image surface wave for elastography applications. Finally, the resolution limit of elastography was measured using and ultrasound ultrafast scanner

Pour les prochaines générations de systèmes de communications sans fil, un défi majeur est de poursuivre l'augmentation de l' efficacité spectrale de ces systèmes pour satisfaire la montée croissante des demandes en débit, tout en revoyant à la baisse la consommation énergétique des équipements et répondre ainsi aux objectifs des ''communications vertes’’. L'une des stratégies permettant de traiter ce problème sont les communications multiantennes multi-utilisateurs (MU-MIMO), notamment lorsque le nombre d'antennes devient très grand (Massive MIMO). Il est alors possible d'adresser de multiples utilisateurs simultanément grâce à une opération linéaire de précodage spatial. Le but de cette thèse consiste à optimiser l’efficacité spectrale des systèmes MU-MIMO dans le cas d'un nombre d'antennes qui reste modéré, et une consommation énergétique faible. Nous avons donc étudié les techniques de précodage à haute efficacité énergétique basées sur la notion de filtre adapté au canal, tels que la technique MRT (maximum ratio transmission), EGT (equal gain transmission) et TR (time reversal). Notre travail s'est concentré sur l’analyse théorique des performances de ces techniques. Nous avons de plus introduit un nouveau schéma de transmission, nommé PFBO (partial frequency bandwidth overlay), visant à améliorer l’efficacité spectrale des systèmes MU-MIMO à faible nombre d'antennes et pour de faibles niveaux de rapports signal à bruit (SNR). Dans une première partie, nous avons étudié l'efficacité spectrale du schéma PFBO dans le cas de transmissions mono-porteuses et multi-porteuses. Les taux de recouvrement optimaux fournissant une capacité système maximale dans le cas de transmissions MISO et MIMO à deux utilisateurs ont été identifiés. Puis l'étude a été étendue aux cas MU-MIMO avec un nombre arbitraire d'utilisateurs. Nous avons modélisé précisément le comportement du canal équivalent après précodage, en utilisant respectivement les techniques EGT, TR et MRT. De nouvelles bornes de capacité non disponibles dans la littérature ont alors été obtenues et ont montré une précision satisfaisante. Dans la deuxième partie, le taux d'erreur binaire pour le schéma PFBO a été étudié sur canal plat et canal de Rayleigh. Les expressions du taux d'erreurs binaires ont été obtenues. En particulier, nous avons proposé un modèle statistique pour rendre compte du comportement du canal après précodage ainsi que de l'interférence inter-utilisateur. Une première proposition de modèle a été introduite pour les systèmes EGTMIMO à deux utilisateurs utilisant une modulation BPSK. Ce modèle a été également validé dans le cas d'une modulation QPSK ou pour de multiples utilisateurs. Dans la dernière partie, nous avons combiné le principe du schéma PFBO aux systèmes OFDM à spectre étalé (SSOFDM). Nous avons analysé les performances théoriques de ce système sur canal plat et canal de Rayleigh. Les expressions de taux d'erreurs binaires ont été établies et validées par simulations. Nous avons alors pu montrer que la composante SS permettait d'améliorer les performances du schéma PFBO lorsque le taux de recouvrement restait modéré. / For the next generations of wireless communication systems, getting higher spectral efficiencies is remaining a big challenge to answer the explosively increasing demand of throughput. Meanwhile, the energy consumption of equipments and the transmitting power density have to be reduced to achieve the objective of ‘’green communications’’. One of the most promising strategies to deal with such issues is using multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) schemes, namely for large-scale antenna systems. It becomes then possible to simultaneously serve multiple simple device users using linear spatial precoding techniques. The objective of this thesis is to optimize the spectral efficiency of MU-MIMO systems in the context of moderate-scale antenna arrays and low energy consumption. Hence, we studied different high-energy efficiency precoding techniques based on matched filtering approach, such as maximum ratio transmission (MRT), equal gain transmission (EGT) and time reversal (TR). We were interested in the theoretical performance analysis of these techniques. In addition, we introduced a scheme based on partial frequency bandwidth overlay (PFBO) to improve and adapt the spectral efficiency of a MU-MIMO system at low signal to noise ratio (SNR) regime. In a first part, we studied the spectral efficiency of the proposed PFBO scheme with both single-carrier and multi-carrier modulations. We identified the optimal bandwidth overlap ratios that provide the maximum achievable rate for two-user SIMO and MIMO systems. Then the study was extended to a more general MU-MIMO case with an arbitrary number of users. We precisely modeled the channel behavior after precoding when using EGT, TR and MRT techniques. New closed-form capacity lower bounds not available in the literature were then obtained and shown to be satisfactory accurate. In the second part, the bit error rate (BER) performance of PFBO scheme was studied for both flat fading channels and theoretical Rayleigh channels. Closed-form BER equations were obtained. Particularly, we proposed a statistical model to reflect the behavior of the non-flat fading channel after precoding and to take into account the correlated interference terms that occur in a two-user EGT-MIMO system using BPSK modulation. This model was also validated in case of QPSK modulation and with more users. In the last part, we proposed to combine our PFBO principle with spread-spectrum OFDM techniques (SS-OFDM). We analyzed the theoretical BER performance of such a scheme using flat fading channels and theoretical Rayleigh channels. New closed-form BER approximation equations were then established and compared through simulations. Eventually, we showed that the SS component of the proposed system provides performance gains that depend on the overlap ratio used in the PFBO scheme.

Ce travail de thèse est l'étude expérimentale de la propagation des ondes acoustiques dans un milieu granulaire sec et confiné. Ces ondes permettent de sonder de manière non invasive les propriétés viscoélastiques et la structure hétérogène du milieu, mais peuvent aussi être utilisées comme perturbation contrôlée pour étudier le réarrangement des réseaux des forces. Dans une première partie, nous nous intéressons à la propagation des ondes cohérentes dans les empilements des billes de verre et aussi dans ceux des grains irréguliers (sable). En régime linéaire, un très bon accord est retrouvé entre les vitesses d'onde de compression mesurées et celles prédites par la théorie des milieux effectifs, ce qui permet d'accéder au nombre de coordinance Z. En régime non linéaire, nous observons à la fois un softening et un hardening de la vitesse d'onde de compression à cause du changement de Z induit pat la forte vibration. La deuxième partie étudie la propagation des ondes multiplement diffusées. Nous montrons que le transport de ces ondes dans un milieu granulaire peut être décrit par le modèle de diffusion. Le coefficient de diffusion et l'absorption inélastique sont déterminés en fonction de la contrainte de confinement et de la fréquence d'onde incidente. Le libre parcours moyen versus la longueur d'onde relèvent deux régimes distincts du transport des ondes diffusées à basse et à haute fréquence. De plus, une décroissance non exponentielle est observée sur le profile d'intensité des ondes diffusées à temps long lorsque la fréquence de l'onde incidente devient importante. Une étude paramétrique basée sur la renormalisation du coefficient de diffusion est effectuée pour comprendre l'origine de ce transport diffusif anomal. Enfin, nous développons un dispositif (MRT) pour effectuer l'opération du retournement temporel dans un milieu granulaire. En régime linéaire, la recompression temporelle et la refocalisation spatiale sont vérifiées. Cependant, en régime non linéaire, nous observons que le processus du retournement temporel est brisé par l'interaction irréversible onde-matière, dû au changement ou réarrangement des réseaux des forces / This experimental work describes sound propagation in dry granular media. These sound waves provide a non invasive method to probe the viscoelastic properties and the heterogeneous structure of the materials. They may also be served as controlled perturbation to study the nonlinear response due to the rearrangements of the contact force networks. In the first part, we investigate the coherent wave propagation both in the packings of glass beads and those of irregular grains such as sands. In the linear regime, measured compressional wave velocities are in good agreement with the effective medium theory, giving access to the coordination umber Z. In the nonlinear regime, we observe both softening and hardening of the sound velocity, likely stemming from the change in Z caused by the strong vibration. In the second part, we study the multiple scattering of short-wavelength elastic waves in granular media. It is shown that the wave transport can be well described by the approximation of diffusion. We determine the diffusion constant and the inelastic absorption time as a function of the confining pressure and the frequency of the incident wave. The plot of the mean transport free path versus the wavelength shows two distinct regimes of transport in low- and high-frequency. Moreover, we find time-resolved intensity profile of multiply scattered waves exhibit a non exponential decay in long time, thus deviated from the classic diffusive transport. A parametric study using the renormalized diffusion constant is performed in order to understand the underlying physics of such anomaly wave transport. Finally, we perform a first experimental study of the time-reversal of ultrasound in glass bead packings. In the linear regime, we obtain by time-reversal processes both a temporal recompression and a spatial refocusing at the source transducer of an ultrasonic pulse transmitting through the disordered force networks. However, in the nonlinear regime, we observe a breakdown of the time-reversal of ultrasound due to the structural change of the materials, i.e. sound-induced rearrangement of the force networks

<p>Lyophilization is the process of controllably removing the water content from a material with the objective of increasing its stability and, hence, its shelf life. This dissertation addresses two of the challenges faced by lyophilization, namely continuous temperature-monitoring and lengthy primary drying step.</p> <p>Continuous temperature monitoring of the product is imperative to a successful lyophilization process. It is more efficient to employ wireless temperature sensors rather than the conventional thermocouples. These wireless sensors need to keep a low profile that does not allow bulky battery attachment. Therefore, harvesting microwave energy is an excellent practice to power these sensors. Energy harvesting problem is twofold. One, designing an efficient flexible power-harvester (rectenna). To address this problem, we present a flexible rectenna with superior efficiency. While doing so, we establish the design procedure that can be followed for similar designs. Two, delivering sufficient power to the rectenna location inside the chamber. To address this problem, we propose two electromagnetic techniques, namely the statistical electromagnetics (SEM) and the electromagnetic time reversal (EMTR). These enable uniform power distribution and higher total efficiency.</p> As for the lengthy primary drying, to speed up the process, we propose RF-heating as a replacement for conventional heating. We establish a procedure for frequency selection based on the material under lyophilization and the geometrical properties of the freeze-drier’s chamber. The same techniques, SEM and EMTR are used. We conduct RF-assisted lyophilization processes based on SEM on different pharmaceutical bare excipients and on Myoglobin in four different excipients. The results confirm the superiority of the proposed technique in terms of drying time and heating uniformity.

Using a near-field array of acoustic resonators, it is possible to modify a focused pressure field and enforce a spatial frequency corresponding to the resonator array spacing. This higher spatial frequency makes it possible to focus and image with a resolution that is better than if the focusing were in free space. This near-field effect is caused by the phase shifting properties of resonators and, specifically, the delayed phase found in waves with a temporal frequency lower than that of the resonators in the array. Using time reversal, arrays of resonators are explored and the subwavelength focusing is used to describe the ability to image subwavelength features. A one-dimensional equivalent circuit model accurately predicts this interaction of the wave field with an array of resonators and is able to model the aggregate effect of the phononic crystal of resonators while describing the fine spatial details of individual resonators. This model is validated by a series of COMSOL full-wave simulations of the same system. The phase delay caused by a single resonator is explored in a simple experiment as well as in the equivalent circuit model. A series of experiments is conducted with a two-dimensional array of resonators and complex images are produced which indicate the ability to focus complex sources with better resolution.

La thèse porte sur la génération de fronts d’ondes de test en milieu réverbérant pour la mesure d’antennes Ultra Large Bande. L’objectif est de générer des fronts d’ondes déterministes convergents, respectant les standards de mesure d'antennes, dans un milieu diffusif caractérisé par une décohérence spatiale, temporelle et fréquentielle. Les performances intéressantes, visées pour l’application, sont la génération temps réel, l’utilisation d’un nombre limité de sources et l’obtention d’un rendement de conversion d’énergie élevé. Tout d’abord, nous présentons des concepts de mesure d’antennes et montrons, les limites des méthodes actuelles pour la réalisation de caractérisations rapides permettant un niveau de rapport signal à bruit satisfaisant et n'utilisant pas de sources multiples. Puis, nous introduisons notre moyen d’essai, le système Time reversal Electromagnetic Chamber (TREC), constitué notamment d’une chambre réverbérante, dans laquelle un principe non standard de retournement temporel est utilisé pour générer des fronts d’ondes cohérents et convergents d’espace libre. Nous cherchons alors à étendre les capacités de la TREC à la génération des fronts d’ondes de test convergents et localement plans. Dans une phase d'étude préalable, nous développons deux approches pour synthétiser la propagation en espace libre des fronts d’ondes de mesure. Les techniques utilisées reposent sur l’utilisation de l’opérateur Slepian, permettant la résolution des contraintes imposées par les propriétés spécifiques des distributions de champ. La solution optimale de caractérisation a permis de générer des fronts d'ondes comportant une résolution angulaire. La synthèse des fronts d'ondes de test est utilisée dans des simulations électromagnétiques de TREC 2D et 3D. Les résultats ont validé la faisabilité de la génération de fronts d’ondes convergents, localement plans et résolus angulairement. / This contribution corresponds to the generation of test wavefronts in reverberation chamber for antenna Ultra Wide Band characterization. We were interested in generating deterministic convergent wavefronts, fulfilling the antenna measurement standard, in a diffusive medium characterized by a spatial, temporal and frequency decoherence. The interesting performances referred to the application, are the real-time synthesis, the use of a limited number of sources and the high energy conversion efficiency. First we present the concepts of antenna measurement and the limitations of current methods for achieving quick characterization with a sufficient signal to noise ratio without multiple sources. Then, we introduce our system, the Time Reversal Electromagnetic Chamber (TREC), which is mainly constituted by a reverberation chamber, in which a non-standard time reversal principle is used for coherent convergent free space wavefronts generation. Then we try to extend the TREC capacities to the generation of free space convergent and locally plan wavefronts. In a preliminary study, we develop two approaches to synthesize the free space propagation of the wavefronts. The used techniques are based on the utilization of the operator Slepian, allowing the resolution of the constraints determined by the specific properties of the field distribution. The optimal solution allowed generating wavefronts characterized by angular resolution. Test wavefronts synthesis is used in 2D and 3D TREC electromagnetic simulations. Results validated the feasibility of the generation of locally plan convergent wavefronts with angular resolution.

Dans le cadre de nos travaux de recherche, nous sommes parvenus à introduire une utilisation déterministe des chambres réverbérantes, en proposant un nouveau paradigme de la technique du retournement temporel. Nous sommes capable de réaliser le même type de tests d'immunité rayonnée que dans une chambre anéchoïque, tout en profitant des avantages liés aux propriétés physiques des milieux fortement réverbérants comme la génération de champs de fortes intensités à partir de niveaux de puissances injectées relativement faibles.En effet, les études menées dans cette thèse ont démontré la faisabilité d'un moyen de test d'immunité rayonnée novateur, permettant la génération de fronts d'onde cohérents dans une cavité résonante et dont la direction de propagation et la polarisation sont contrôlées sans aucun déplacement mécanique des sources génératrice du champ ou de l'équipement sous test. Un autre avantage majeur de ce nouveau système, baptisé chambre électromagnétique à retournement temporel (TREC), réside dans le fait de pouvoir générer dans une chambre réverbérante, des champs impulsionnels dont l'extension temporelle est de courte durée alors que cette capacité n'était pas envisageable avant ces travaux.Pour cela, la TREC repose sur la connaissance du champ sur une surface de mesure arbitraire, située entre les sources et l'objet sous test, dans la direction de propagation du front d'onde souhaitée. Cette phase de caractérisation peut être réalisée à l'aide d'une mesure de la fonction de transfert entre le port des antennes sources et une sonde de champ déplacée sur la surface de mesure.Le principe de notre système se base sur l'association de la technique du retournement temporel et du principe d'équivalence. Le retournement temporel permet d'assurer une fenêtre temporelle, dans laquelle les conditions de propagation du champ dans la chambre réverbérante sont identiques à celles en espace libre, et permet d'obtenir une propagation d'un front d'onde convergent vers une source ponctuelle qui aurait initialement créé un front d'onde divergent. Le principe d'équivalence permet de passer d'une source ponctuelle à une source de rayonnement étendue, permettant de créer une distribution spatiale du champ arbitraire et de contrôler ainsi sa direction de propagation et sa polarisation.Ce nouveau système à été validé, dans un premier temps, à l'aide d'un ensemble de simulations numériques exploratoires pour déterminer les paramètres influents sur ses performances. Puis il a été étudié à partir de mesures réalisées dans la chambre réverbérante du Département de Recherche en Électromagnétisme, à Supélec, démontrant ainsi de façon expérimentale la faisabilité et l'intérêt du développement de ce moyen de test, complémentaire à l'utilisation actuelle des chambres réverbérantes à brassage de modes pour la génération de front d'onde cohérents pulsés. / In the framework of our research work, we present an innovative system which allows to control the spatio-temporal distribution of a coherent field in an strongly reflecting environment. This system called " Time reversal electromagnetic chamber" (TREC), makes possible the generation of high intensity pulsed wavefront, in a reverberating chamber, and whose direction of propagation and polarisation are modifieable in real time without any mechanical mouvement of neither the sources generating the field, here radio antennas, nor the equipment under test.For this, the TREC is based on knowledge of the field on an arbitrary surface of measurement, located between the sources and the object under test, in the direction of propagation of the wavefront desired. This phase of characterization may be performed with the help of a measurement of the transfer functions between the port of the antennas and a field probe moved on the arbitrary surface of measurement.The principle of the TREC is based on the association of the technique of time reversal and of the principle of equivalence. Time reversal allows to ensure a temporal window in which the conditions of propagation of the field in the reverberation chamber are identical to those in free space and which allows to obtain a propagation of a wavefront converging towards a punctual source which would initially have created a diverging wavefront. The equivalence principle allows to go from a punctual source to a an extended source of radiation, thus allowing to create an arbitrary spatial distribution of the field and thereby to control its direction of propagation.This new system was validated with the help, at first, of a set of numerical exploratory simulations in order to determine the influential parameters on its performance and then studied from measurements carried out in the reverberation chamber of the ``Département de recherche en électromagnétisme'', at Supélec, thus demonstrating experimentally the feasibility and the interest of the development of this testing facility for the generation of pulsed coherent wavefronts, complementary to the current use mode-stirred reverberation chambers.

Le retournement temporel exploite la réversibilité temporelle de l’équation d’onde dans les milieux sans perte. Cela implique qu’une onde émise par une source peut rebrousser chemin et se focaliser sur sa source originale par le biais d’un miroir à retournement temporel. Cette focalisation permet de situer l’emplacement de cette source. Le but de cette thèse est d’exploiter le phénomène de retournement temporel d’ondes électromagnétiques en vue de la localisation et la caractérisation partielle d’objets diffractants enfouis dans un milieu sans perte. Notre étude est menée dans le domaine temporel large bande en se basant sur une modélisation numérique par la technique d’intégration finie.Le domaine temporel est un domaine assez peu exploré dans la littérature contrairement au domaine fréquentiel. La principale problématique est la détermination de l’instant de focalisation qui nous permet de choisir la distribution des champs à partir de laquelle les objets diffractants seront localisés. Nous introduisons dans ce manuscrit un critère de choix d’instant de focalisation qui est comparé tout au long des études entreprises au critère du minimum d’entropie.La démarche empruntée exploite l’analyse de cartographies d’énergie électromagnétique en deux et trois dimensions. Elle est validée dans un premier temps par l’analyse de configurations canoniques exploitant des données synthétiques obtenues par simulation. L’influence de divers paramètres relatifs aux objets diffractants est étudiée de même que l’impact du nombre d’émetteurs récepteurs du miroir à retournement temporel. Dans une seconde étape une expérimentation contrôlée en chambre anéchoïque à SUPELEC est réalisée en utilisant des antennes en régime harmonique et en régime impulsionnel. / Time reversal is, as is now well-known, exploiting the temporal reversibility of the wave equation in assumed lossless media. To summarize, it implies that a wave emitted by a given source may turn back and thereupon focus onto its original source by means of a so-called Time Reversal Mirror (TRM), which operation, properly simulated from field data acquired in a given measurement domain, could enable us to locate the source indeed. The aim of this thesis is to exploit the phenomenon of time reversal for the localization and the partial characterization, whenever possible, of diffracting objects (dielectric and conducting scatterers, in which sources are induced by given antennas, usually dipole-like) that are buried in a lossless medium (it can be a free space or a half-space) within a fully 3-D transient electromagnetic context. Time-domain certainly is a less explored area in the literature than frequency-domain, and this 3-D context (even if some 2-D validation studies are led also in the present work) is particularly demanding, computatinally speaking as well as at the level of real laboratory experiments. In addition, it requires that we be able to accurately compute the vector electromagnetic field in this time domain in an appropriate wideband situation, as well as whatever field is time reversed during the experiments, which are tasks performed via a full-wave Finite Integration Technique (FIT) developed at LGEP as is validated and discussed in some length in the manuscript. The main problem however is the determination of the moment of focus which would enable us determine the location of the scatterers at least to some extent. Here, to that effect, we introduce and discuss in depth a new criterion of choice of the instant of focus, which is in particular compared throughout the studies undertaken to the usually employed minimum entropy criterion. Influences of the various parameters of the scatterers themselves and of the measurement set-ups are thoroughly discussed on the way. Let us emphasize that what matters to us is the behavior of the (time-reversed) electromagnetic energy and not only of the electric field as standard, that is, the approach taken builds and uses the analysis of energy maps obtained by the aforementioned 3-D numerical modeling. Beyond the modeling of pure synthetic field data and discussions thereof, much attention is also given to leading controlled experiments on canonical targets using both transient and frequency-diverse time-harmonic sources within an anechoic chamber which was made available to us in SUPELEC.

O presente trabalho é um estudo sobre a importância da informação dos orbitais atômicos no cálculo de propriedades optoeletrônicas de heteroestruturas semicondutoras de baixa dimensionalidade. O trabalho é dividido em duas partes: na primeira parte, é estudada a simetria de reversão temporal no hamiltoniano k . p, analisando a preservação da informação de spin presente nos orbitais atômicos. O hamiltoniano obtido é inserido na equação de massa efetiva expandida para superredes. São calculadas estruturas de bandas de alguns poços quânticos de semicondutores III-V e grupo-IV. Compara-se o novo método com os tradicionais, e então são analisadas algumas grandezas que apresentam alteração significativa entre os métodos usados; A segunda parte é composta por um estudo detalhado do potencial de troca-correlação em semicondutores dopados. A matriz que descreve este potencial é escrita usando a distribuição de portadores presentes nos orbitais atômicos da rede cristalina, e os coeficientes desta matriz foram calculados usando quatro modelos para a correção de muitos corpos, baseadas nas aproximações LDA (Local density approximation) e LSDA (Local spin density approximation), com o objetivo de comparar as diversas parametrizações. Usando o método k . p tradicional, expandido para superredes, foram simulados sistemas &delta;-doped e hMni-&delta;-doped de Si, através de um cálculo autoconsistente baseado na equação de Poisson. A magnetização dos portadores é descrita por um modelo de campo médio. Foram analisados os perfis de potencial, estruturas de bandas, polarização de portadores e espectros de fotoluminescência para determinar as diferenças entre as aproximações utilizadas. / This work is a study about the atomic orbitals information importance in the calculation of optoelectronics properties of low dimensionality semiconductors. The work is divided in two parts. In the first one, a study of the time reversal symmetry of the k . p Hamiltonian is realized analyzing the preservation of the spin information present in the atomic orbitals. The obtained Hamiltonian is applied in the effective mass equation expanded to superlattices. Some calculations of quantum wells band structures are made using III-V and group-IV semiconductors, comparing the new method with the conventional ones to obtain an analysis of the difference of some physics properties. The second part is a detailed study of the exchangecorrelation potential in doped semiconductors. The matrix coefficients are calculated using the charge distribution of the crystalline lattice atomic orbitals, applied in some LDA (Local density approximation) and LSDA (Local spin density approximation) parameterizations to compare them. Using the conventional k . p method expanded to superlattices, Si &delta;-doped and hMni-&delta;-doped systems were calculated through a self consistent calculation based on Poissons equation. The carriers magnetization is described by an average field model. The potential profiles, band structures, carrier polarization and photoluminescence spectra were analyzed to obtain the difference between the approaches.