La tranchée constitue une cause majeure de dégradation des voiries urbaines. Elle influence considérablement la durée de service de ces voiries. Le présent travail vise à étudier à travers une expérimentation à grande échelle l’influence de la tranchée sur la chaussée. Il a été réalisé dans le cadre d’une collaboration entre la Métropole Européenne de Lille, le Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement et Eurovia. Il comporte quatre parties. La première comporte une synthèse bibliographique sur l’influence de la tranchée sur la structure de la chaussée et sa durée de service ainsi que sur son impact économique. La seconde partie concerne l’analyse du fonctionnement du système d’instrumentation qui a été utilisée pour le suivi du comportement de la chaussée et de la tranchée construites à l’entrée du campus de Lille1. La troisième partie consiste dans l’évaluation de l’état structurel de la chaussée et de la tranchée à l’aide des essais de déflexion. La dernière présente une analyse des réponses de la chaussée et de la tranchée sous l’effet du trafic et l’influence de la température sur ces réponses. / The trench is a major cause of deterioration of urban pavements. It considerably reduces the service life of these pavements. The present work aims to study through a large-scale experimentation the influence of the trench on urban pavements. It has been conducted within a collaboration between Lille Metropolis, Civil and geo-Environmental Engineering laboratory and Eurovia. It includes 4 parts. The first part contains a literature review concerning the influence of the trench on urban pavements as well as its economic impact. The second part concerns the analysis of the performances of the instrumentation system used to monitor the behavior of the pavement and the trench built at the entrance of Lille1 campus. The third part consists in the analysis of structural behavior of the pavement and the trench using deflection tests. The last presents an analysis of the responses of the pavement and the trench under traffic and the influence of the temperature on these responses.

Le cadre de cette étude se focalise sur le développement de protections contre les décharges électrostatiques (ESD) externes aux composants électroniques à protéger. Pour des raisons applicatives, ou l'encombrement devient une préoccupation majeure, ces protections ESD doivent répondre à des contraintes de taille toujours plus difficiles à satisfaire tout en gardant les mêmes performances en robustesse. Ce travail présente un nouveau concept de structure de protection ESD bidirectionnel basé sur une technologie industrielle originellement dédié à la réalisation de capacités à haute densité d'intégration. Le procédé technologique possède une étape de fabrication de tranchées profonde qui est mise à profit dans cette étude pour la réalisation de diodes tridimensionnelles. L'optimisation de la configuration de ces structure a été menée par une étude théorique à l'aide des outils de simulation TCAD afin de mieux appréhender le fonctionnement physique et d'apporter des règles de conception. De nombreux résultats expérimentaux sont présentés et des comparaisons seront également menées afin de quantifier l'apport de cette nouvelle technologie. La meilleure configuration permet de garantir une réduction de 25% de la taille des structures tout en garantissant un niveau de robustesse élevé. / As part of this study focuses on the development of external protection against electrostatic discharge (ESD) to the electronic components to protect. For many applicative reasons where taken area becomes a major concern, the ESD protection must meet size constraints increasingly difficult to satisfy while keeping the same performance in robustness. This work presents a new concept of bi-directional ESD protection structure based on industrial technology originally dedicated to achieving high-density integration capabilities. The technological process has a deep trench production step which is used in this study for the realization of three-dimensional diodes. Optimizing configuration of the structure was conducted by a theoretical study using TCAD simulation tools to better understand the physical functioning and provide design rules. Many experimental results are presented and comparisons will also be conducted to quantify the contribution of this new technology. The best configuration ensures a 25% reduction in the size of structures while ensuring a high level of robustness.

De nombreux ouvrages géotechniques sont réalisés en associant à un sol des nappes polymères appelées géosynthétiques. Leur comportement mécanique est largement régi par les mécanismes d'interface sol-géosynthétique - avec d'importants déplacements relatifs - et caractérisé par une grande déformabilité. Les approches de type "milieu continu" posant dans ce cas des problèmes importants, on propose une modélisation par la méthode des éléments discrets (DEM), dans laquelle le sol est représenté par un assemblage de particules bidimensionnelles. Si la DEM permet bien de résoudre certains des problèmes rencontrés par les approches de type "milieu continu", elle pose aussi de nouvelles questions. Comment caler les paramètres micromécaniques du modèle (lois de contact entre particules) quand le comportement du sol est exclusivement caractérisé à l'échelle macroscopique ? Et comment modéliser un géosynthétique avec des éléments initialement destinés à l'étude des milieux granulaires ? Pour répondre à la première question, nous proposons ici une approche par "analogie macroscopique". Des essais biaxiaux de compression sont simulés pour calibrer le modèle, déduire des lois d'échelle, et déterminer des paramètres micromécaniques tels que le comportement macroscopique induit approche celui du sol réel. Faute de réponse satisfaisante à la deuxième question, nous développons un modèle spécifiquement destiné à simuler le comportement des géosynthétiques (modèle DSEM). Le couplage DEM-DSEM peut ensuite être appliqué à l'étude des ancrages géosynthétiques en tranchées, ouvrages pour lesquels des méthodes de dimensionnement fiables font défaut. On montre par comparaison avec des essais en vraie grandeur que les résultats des simulations sont satisfaisants tant sur le plan qualitatif que quantitatif. L'analyse des mécanismes de rupture simulés permet d'expliquer les déficiences des méthodes de dimensionnement actuelles et, finalement, de proposer des expressions analytiques mieux adaptées.

L'instabilité des cavités souterraines (mines, carrières, tunnels,...) peut induire les mouvements de terrains d'amplitude suffisante pour endommager les bâtiments et les infrastructures en surface. Les méthodes traditionnelles, utilisées dans les pratiques d'ingénieur pour prévoir les déformations dans les structures, sont basées sur les caractéristiques des mouvements de terrain en condition de terrain vierge sans prendre en compte l'effet de la présence des structures en surface. L'objectif de cette thèse est de prédire les déformations des ouvrages en tenant compte de l'influence de l'interaction sol-structure, d'une part ; et d'évaluer la performance d'une solution de protection (tranchée périphérique), d'autre part. Cela a été achevé par la réalisation d'études paramétriques utilisant deux approches complémentaires : une approche expérimentale à l'aide d'un modèle réduit physique 3D sous gravité normale et une modélisation numérique 3D par la méthode des éléments finis. En particulier l'effet d'un certain nombre de paramètres géométriques et mécaniques a pu être investigué dans l'étude de l'interaction sol-structure : la position de la structure par rapport à la cuvette d'affaissement, le poids de la structure et la raideur relative entre le sol et la structure. Concernant l'étude de l'efficacité de tranchées périphériques, l'effet de la position de la structure, de la position de la tranchée vis-à-vis de la structure et de la rigidité de la tranchée a été analysé. Les résultats obtenus ont abouti à une meilleure compréhension du problème d'interaction sol-structure et ont montré l'importance de cet effet qui doit être pris en compte dans l'évaluation de la vulnérabilité du bâti. Le transfert des mouvements du sol à la structure est faible (moins de 2,5%), dans le cas modélisé : structure rigide et interface glissante. Les différents résultats ont permis par ailleurs de mettre en évidence l'efficacité de la tranchée périphérique pour réduire les sollicitations affectant les structures. La tranchée doit être remplie avec un matériau très déformable et surtout placée à une distance de l'ordre d'un mètre de la structure.

L’impact de la perte racinaire sur l’ancrage d’Eugenia grandis Wight et de Pinus pinaster Ait ainsi que la capacité de trois différentes espèces d’arbres (Fagus sylvatica L, Abies alba Mill et Picea abies L) à résister au déracinement ou à la rupture sous l’effet d’un éboulement en pente raide ont été étudiés au moyen de tests de treuillage et le creusement de tranchées (tree winching and trenching tests) et les résultats ont été corrélés avec la structure du système racinaire. Aucune différence n’a été observée entre TMcrit et la distance de creusement de tranchée sur E. grandis. Les résultats obtenus ont révélé qu’en termes de rigidité rotationnelle de l’ancrage des arbres (TARS) et de TMcrit, la stabilité mécanique n’a pas été significativement affectée par le creusement de tranchées en sol argilo-sableux en raison de la profondeur d’enracinement des racines pivotantes (« sinker roots ») qui se sont formées près du tronc et en raison de la taille de la plaque racinaire qui augmente la rigidité et constitue donc une composante importante de l’ancrage d’E. grandis. Toutefois, pour P. pinaster, la stabilité mécanique a été significativement affectée par le creusement de tranchée, probablement en raison de la coupe des racines latérales qui a considérablement altéré la taille de la plaque racinaire et, en conséquence, la somme des surfaces en section (CSA= cross-sectional area) de la plupart des racines latérales et d’un certain nombre de racines traçantes, ce qui constitue une des composantes essentielles de l’ancrage d’arbres P. pinaster adultes plantés en podzol sableux. Pour les espèces forestières de protection plantées en pente raide, les résultats obtenus ont révélé que les espèces d’arbre présentant un système racinaire profondément enfoui et fortement ramifié avec une grande proportion de racines obliques (par exemple, le hêtre et le sapin pectiné) seront mieux ancrées et auront une meilleure fonction anti-éboulement que epicéa commun qui possède un système racinaire superficiel et peu profond. Les connaissances apportées par cette étude peuvent être utilisées pour la sélection et la production d’arbres qui résistent aux risques naturels ainsi qu’aux risques provoqués par l’Homme. / The impact of root loss on tree anchorage on Eugenia grandis Wight and Pinus pinaster Ait and the ability of three different trees species (Fagus sylvatica L, Abies alba Mill and Picea abies L) to resist uprooting or breakage due to rockfall on steep slopes were investigated using tree winching and trenching tests and results correlated to root system architecture. No differences were found between TMcrit and trenching distance in E. grandis trees. The results showed that in terms of Tree Anchorage Rotational Stiffness (TARS) and TMcrit, mechanical stability was not significantly affected by trenching on sandy clay soil, due to rooting depth of the sinkers which occurred close to the trunk and root plate size which provide greater stiffness thus play a major component of anchorage in E. grandis. However, in P. pinaster, mechanical stability was significantly affected by trenching, possibly due to severing of lateral roots greatly altered the size of the root plate and subsequently root CSA of major lateral roots and number of sinkers, which are crucial components in anchorage of mature P. pinaster trees grown on sandy podzol soil. For protection forest species grown on steep slopes, the results showed that tree species with deep, highly branched root systems with a higher proportion of oblique roots (e.g. European beech and Silver fir) will be better anchored and provide better protective function against rockfall as compared to Norway spruce that possessed a superficial plate-like root system. The knowledge gained from this study can be utilized in selection and production of trees which are resistant to both man made or natural hazards.

L'objectif de cette thèse est de tenter de chercher la loi, de trouver les facteurs déterminants des coûts des tunnels de métros, de les expliquer, de construire des modèles de prévision d'ordres de grandeur des coûts. Cette étude est basée essentiellement sur la base de données établie en 1990 par le groupe de travail N°15 de l'Association Française des Travaux en Souterrain (AFTES) concernant les coûts des infrastructures des métros français. La base des données utilisées dans cette étude comporte les principales opérations françaises réalisées de 1975 à 1990 (90 observations qui représentent environ 61 000 mètres au total). La recherche porte uniquement sur les coûts des tunnels entre les stations, rapporté au mètre linéaire d'ouvrage à 2 voies. Les méthodes statistiques utilisées sont notamment les régressions linaires ou multiples. L'étude a permis de connaître le coût global, le coût hors équipements et le coût des équipements des tunnels de métros urbains et régionaux exécutés en souterrain, en tranchée couverte ainsi que sa composition, sa ventilation en pourcentage. L'analyse des facteurs quantitatifs et qualitatifs par des méthodes économétriques a permis de comprendre la complexité du problème des coûts, les facteurs déterminants des coûts et de construire des modèles pour la prévision du coût de grandeur. Cette étude a mis en évidence une tendance d'évolution des coûts en Francs constants des tunnels de métros français qui est de l'ordre de -3,5% par an en moyenne pendant la période 1975-1990, soit environ -50% au total. La recherche a montré que les évolutions constatées résultent des efforts conjugués des ingénieurs d'étude, des expériences et des progrès techniques (l'emploi de tunnelier, la réduction du volume de structure en béton etc.). Les conséquences de l'évolution des coûts pour les autorités publiques et les entreprises ainsi que les tendances du marché des travaux souterrains ont été également analysées.

Les capteurs d'images CMOS ont connu au cours des six dernières années une réduction de la taille des pixels d'un facteur quatre. Néanmoins, cette miniaturisation se heurte à la diminution rapide du signal maximal de chaque pixel et à l'échange parasite entre pixels (diaphotie). C'est dans ce contexte qu'a été développé le Pixel à Tranchées Profondes Capacitives et Grille de Transfert verticale (pixel CDTI+VTG). Basé sur la structure d'un pixel « 4T », il intègre une isolation électrique par tranchées, une photodiode profonde plus volumineuse et une grille verticale permettant le stockage profond et le transfert des électrons. Des procédés de fabrication permettant cette intégration spécifique ont tout d'abord été développés. Parallèlement, une étude détaillée des transistors du pixel, également isolés par CDTI a été menée. Ces tranchées capacitives d'isolation actionnées en tant que grilles supplémentaires ouvrent de nombreuses applications pour un transistor multi-grille compatible avec un substrat massif. Un démonstrateur de 3MPixels intégrant des pixels d'une taille de 1.75*1.75 μm² a été réalisé dans une technologie CMOS 120 nm. Les performances de ce capteur ont pu être déterminées, en particulier en fonction de la tension appliquée aux CDTI. Un bas niveau de courant d'obscurité a tout particulièrement été obtenu grâce à la polarisation électrostatique des tranchées d'isolation / CMOS image sensors showed in the last few years a dramatic reduction of pixel pitch. However pitch shrinking is increasingly facing crosstalk and reduction of pixel signal, and new architectures are now needed to overcome those limitations. Our pixel with Capacitive Deep Trench Isolation and Vertical Transfer Gate (CDTI+VTG) has been developed in this context. Innovative integration of polysilicon-filled deep trenches allows high-quality pixel isolation, vertically extended photodiode and deep vertical transfer ability. First, specific process steps have been developed. In parallel, a thorough study of pixel MOS transistors has been carried out. We showed that capacitive trenches can be also operated as extra lateral gates, which opens promising applications for a multi-gate transistor compatible with CMOS-bulk technology. Finally, a 3MPixel demonstrator integrating 1.75*1.75 μm² pixels has been realized in a CMOS 120 nm technology. Pixel performances could be measured and exploited. In particular, a low dark current level could be obtained thanks to electrostatic effect of capacitive isolation trenches

Grâce à l'explosion du marché grand public des smartphones et tablettes, les capteurs d'image CMOS ont bénéficiés de développements technologiques majeurs leur permettant de rivaliser voir même de devancer les performances des capteurs CCD. En parallèle, dans les domaines de l'aérospatial ou de l'imagerie médicale, des capteurs CMOS ont également été développés pour des applications à fortes valeurs ajoutées avec des technologies reconnues pour leur robustesse en environnement ionisant. Le travail de cette thèse a pour but de réunir dans une même architecture de pixel les dernières avancées technologiques développées pour les capteurs grands publics avec une solution novatrice de durcissement aux rayonnements ionisants récemment développée chez STMicroelectronics. Pour la première fois, cette nouvelle architecture de pixel de 1,4µm de côté et éclairée par la face arrière intègre une photodiode pincée verticale à collection de trous, une chaine de lecture composée de transistors PMOS et des tranchées d'isolation profondes à passivation passive ou active. Ce type de pixel a été conçu à l'aide de simulations TCAD en trois dimensions qui ont permis d'optimiser l'intégration de procédés pour sa fabrication. Il a été caractérisé et comparé à un pixel équivalent de type N avant et après irradiation par rayonnement gamma. Le pixel développé au cours de cette thèse présente intrinsèquement un plus faible courant d'obscurité que son homologue de type N et une meilleure résistance aux radiations. La passivation active des tranchées d'isolation profondes permet d'atténuer fortement l'impact des dégradations habituellement observées au niveau des interfaces Si/SiO2 et s'avère donc prometteuse en environnement ionisant. Des mécanismes intrinsèquement différents de formation de pixels blancs sous irradiation ont été mis en évidence pour les pixels de type P et de type N. Enfin, les technologies de l'éclairement par la face arrière et de la photodiode verticale contribuent chacune à la bonne efficacité quantique du pixel ainsi qu'à sa capacité de stockage importante / Thanks to the growing smartphones and tablets consumer markets, CMOS image sensors have benefited from major technology developments and are able to rival with and even outperform CCD sensors. In parallel, for spatial and medical imaging applications, CMOS sensors have been developed using technologies recognized for their robustness in harsh ionizing environment. This Ph.D. thesis work aims at combining in one single pixel architecture the latest technology developments driven by consumer applications with a novel solution for radiation hardening recently developed at STMicroelectronics. For the first time, this innovative back-side illuminated pixel architecture integrates within a 1.4µm pitch a vertical pinned photodiode based on hole-collection, a PMOS readout chain and deep trench isolation with either passive or active interface passivation. This pixel has been developed using 3D-TCAD simulations allowing fast and efficient optimization of its fabrication process. Through a series of electro-optical characterizations, we have compared its performances to its N-type equivalent before and after irradiation with gamma rays. The pixel developed during this thesis exhibits intrinsically lower level of dark current than its N-type counterpart and improved radiation hardness. Active passivation of deep trench isolation greatly decreases the impact of degradations usually observed at Si/SiO2 interfaces and therefore shows very promising results in ionizing environment. Evidence of intrinsically different mechanisms of white pixel formation under irradiation for N-type and P-type pixels have been presented. Finally, back-side illumination technology and the vertical photodiode both contribute to the pixel’s high full well capacity and good quantum efficiency

L’instabilité des cavités souterraines (mines, carrières, tunnels,…) peut induire les mouvements de terrains d’amplitude suffisante pour endommager les bâtiments et les infrastructures en surface. Les méthodes traditionnelles, utilisées dans les pratiques d’ingénieur pour prévoir les déformations dans les structures, sont basées sur les caractéristiques des mouvements de terrain en condition de terrain vierge sans prendre en compte l’effet de la présence des structures en surface. L’objectif de cette thèse est de prédire les déformations des ouvrages en tenant compte de l’influence de l’interaction sol-structure, d’une part ; et d’évaluer la performance d’une solution de protection (tranchée périphérique), d’autre part. Cela a été achevé par la réalisation d’études paramétriques utilisant deux approches complémentaires : une approche expérimentale à l’aide d’un modèle réduit physique 3D sous gravité normale et une modélisation numérique 3D par la méthode des éléments finis. En particulier l’effet d’un certain nombre de paramètres géométriques et mécaniques a pu être investigué dans l’étude de l’interaction sol-structure : la position de la structure par rapport à la cuvette d’affaissement, le poids de la structure et la raideur relative entre le sol et la structure. Concernant l’étude de l’efficacité de tranchées périphériques, l’effet de la position de la structure, de la position de la tranchée vis-à-vis de la structure et de la rigidité de la tranchée a été analysé. Les résultats obtenus ont abouti à une meilleure compréhension du problème d’interaction sol-structure et ont montré l’importance de cet effet qui doit être pris en compte dans l’évaluation de la vulnérabilité du bâti. Le transfert des mouvements du sol à la structure est faible (moins de 2,5%), dans le cas modélisé : structure rigide et interface glissante. Les différents résultats ont permis par ailleurs de mettre en évidence l’efficacité de la tranchée périphérique pour réduire les sollicitations affectant les structures. La tranchée doit être remplie avec un matériau très déformable et surtout placée à une distance de l’ordre d’un mètre de la structure. / The instability of underground cavities due to mining or tunneling activities can induce surface ground movements which damage overlying buildings and infrastructures. The conventional design methods, used in engineering practices to assess the structure’s deformations, are based on greendfield ground movements without taking into account the effect of the surface structure. The objective of this thesis is to predict the building deformations by taking the in-fluence of the soil-structure interaction into consideration, and to evaluate the performance of a mitigation technique (peripheral trench). This has been achieved by performing parametric studies using both the experimental approach by means of a 3D small-scale physical model under earth gravity condition and the 3D finite element numerical modeling. In particular the effect of building position, building weight, and relative stiffness of building and underlying soil has been investigated in the soil-structure interaction study. Concerning the trench effectiveness analysis, the effect of building position, trench position relatively to the building, and the trench stiffness has been investigated. The results of these investigations have led to a better understanding of the soil-structure interaction problem and have pointed out the importance of this effect which should be taken into account for building damage assessment. The transfer of ground movements to the buildings is low (less than 2.5%) for the modeled case: stiff structure and sliding contact. In addition, the results have proved the effectiveness of the peripheral trench to reduce the ground movements affecting the buildings. The trench should be filled with a very deformable material and located at a distance of around one meter from the building.