This dissertation presents the design and implementation of a 16-channel sinusoidal generator to stimulate microfluidic devices that use electrokinetic forces to manipulate particles. The generator has both, independent frequency and independent amplitude control for each channel. The stimulation system is based upon a CMOS application specific (ASIC) device developed using 0.35μm technology. Several generator techniques were compared based on frequency range, total harmonic distortion (THD), and on-chip area. The best alternative for the microfluidic applications is based in a triangle-to-sine converter and presents a frequency range of 8kHz to 21MHz, an output voltage range of 0V to 3.1VPP , and a maximum THD of 5.11%. The fabricated device, has a foot-print of 1560μm×2030μm. The amplitude of the outputs is extended using an interface card, achieving voltages of 0V to 15VPP . The generator functionality was tested by performing an experimental set-up with particle trapping. The set-up consisted of a mi-cromachined channel with embedded electrodes configured as two electrical ports located at different positions along the channel. By choosing specific amplitude and frequency values from the generator, different particles suspended in a fluid were simultaneously trapped at different ports. The multichannel stimulator presented here can be used in many microfluidic experiments and devices where particle trapping, separation and characterization is desired.

Les systèmes dynamiques continus permettent de modéliser de nombreux<br />systèmes physiques, biologiques, ou issus de l'informatique<br />distribuée. Nous nous intéressons à leur pouvoir de modélisation, et à<br />leurs propriétés en tant que systèmes de calculs, et plus généralement<br />aux propriétés calculatoires des modèles continus.<br /><br />Les deux premiers chapitres ne visent pas à produire des résultats<br />nouveaux, mais à motiver ce travail, et à le mettre en<br />perspectives. Le chapitre 3 constitue un survol. Les chapitres 4, 5 et<br />l'annexe A présentent un panorama de quelques-uns de nos résultats<br />personnels en relations avec cette problématique.<br /><br />Plus précisément, le chapitre 1 présente les systèmes dynamiques, avec<br />un point de vue classique et mathématique. Il vise d'une part à<br />souligner la richesse, et la subtilité des comportements possibles des<br />systèmes dynamiques continus, et d'autre part à mettre en évidence que<br />différents dispositifs sont intrinsèquement continus, et utilisables<br />comme tels pour réaliser des calculs. En outre nous insistons sur la<br />puissance de modélisation d'une classe de systèmes dynamiques, que<br />nous nommons les problèmes de Cauchy polynomiaux.<br /><br />Les exemples du chapitre 2, issus de la bioinformatique, des modèles<br />de la biologie des populations, de la virologie biologique et de la<br />virologie informatique, et de l'algorithmique distribuée, se<br />distinguent de ceux du chapitre 1 par le fait qu'ils mettent<br />explicitement en jeu une certaine notion de concurrence entre agents.<br />Nous présentons la théorie des jeux, et ses modèles, en nous<br />focalisant sur certains de ses modèles du dynamisme. Ces modèles<br />continus deviennent naturels pour parler d'algorithmique distribuée,<br />en particulier dès que l'on a affaire à des systèmes de grandes<br />tailles, ou dont on ne contrôle pas les interactions. Nous pointons<br />quelques modèles de l'algorithmique distribuée qui intègrent ces<br />considérations, et le potentiel de l'utilisation des systèmes continus<br />pour l'algorithmique distribuée.<br /><br />Le chapitre 3 constitue un survol de la théorie des calculs pour les<br />modèles à temps continu. La puissance des modèles de calculs à temps<br />et espace discrets est relativement bien comprise grâce à la thèse de<br />Church, qui postule que tous les modèles raisonnables et suffisamment<br />puissants ont la même puissance, celle des machines de Turing. On peut<br />aussi considérer des modèles où le temps est continu. Certaines<br />grandes classes de modèles ont été considérées dans la<br />littérature. Nous les reprenons dans ce chapitre, en présentant un<br />panorama de ce qui est connu sur leurs propriétés calculatoires.<br /><br />Le chapitre 4 présente un résumé de quelques-uns de nos résultats<br />personnels à propos de la comparaison de la puissance de plusieurs<br />modèles à temps continu, en relations avec la thèse de Emmanuel<br />Hainry. Claude Shannon a introduit en 1941 le GPAC comme un modèle des<br />dispositifs de calculs analogiques. Les résultats de Shannon ont<br />longtemps été utilisés pour argumenter que ce modèle était plus faible<br />que l'analyse récursive, et donc que les machines analogiques sont<br />prouvablement plus faibles que les machines digitales. Avec Manuel<br />Campagnolo, Daniel Graça, et Emmanuel Hainry, nous avons prouvé<br />récemment que le GPAC et l'analyse récursive calculent en fait les<br />mêmes fonctions. Ce résultat prend toute sa perspective si l'on<br />comprend que les fonctions calculées par le GPAC correspondent aux<br />problèmes de Cauchy polynomiaux, dont le pouvoir de modélisation est<br />discuté dans le chapitre 1.<br /><br />D'autre part, nous avons montré qu'il était possible de caractériser<br />algébriquement les fonctions élémentairement calculables et<br />calculables au sens de l'analyse récursive. Cela signifie d'une part<br />qu'il est possible de les caractériser en termes d'une sous-classe des<br />fonctions R-récursives à la Moore, ce qui étend les résultats de<br />Campagnolo, Costa, Moore, de la calculabilité discrète à l'analyse<br />récursive, mais aussi d'autre part, qu'il est possible de caractériser<br />ces fonctions de façon purement continue, par l'analyse, sans<br />référence à de la calculabilité.<br /><br />Dans le chapitre 5, nous reprenons certains de nos résultats à propos<br />de caractérisations logiques de classes de complexité dans le modèle<br />de Blum Shub et Smale, en relations avec la thèse de Paulin Jacobé de<br />Naurois. Le modèle de Blum Shub et Smale constitue un modèle de calcul<br />à temps discret et à espace continu. Le modèle, défini initialement<br />pour parler de complexité algébrique de problèmes sur le corps des<br />réels, ou plus généralement sur un anneau, a été par la suite été<br />étendu par Poizat en un modèle de calculs sur une structure logique<br />arbitraire. Avec Paulin Jacobé de Naurois, Felipe Cucker et Jean-Yves<br />Marion, nous avons caractérisé syntaxiquement les classes de<br />complexité majeures dans ce modèle sur une structure arbitraire, à la<br />Bellantoni et Cook 1992.<br /><br />Le chapitre 6 est consacré à une conclusion, dans laquelle nous<br />reprenons plusieurs questions et perspectives qui nous semblent<br />intéressantes.<br /><br />Dans l'annexe A, nous discutons un point de vue sur les<br />hypercalculs. La question de l'existence de systèmes capables de<br />réaliser des hypercalculs, c'est-à-dire d'effectuer des calculs<br />exploitables qui ne seraient pas réalisables par aucune machine de<br />Turing, fait encore couler de l'encre et des controverses. Nous avons<br />été invité à exprimer notre point de vue dans un numéro spécial sur le<br />sujet, que nous reprenons en annexe A. Nous y rappelons plusieurs<br />mauvaises compréhensions fréquentes de la thèse de Church, et nous<br />présentons un panorama de plusieurs classes de systèmes mathématiques,<br />avec la caractérisation de leur puissance.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Microondes et microtechnologies : Lille 1 : 2004. / N° d'ordre (Lille 1) : 3515. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. [213]-223. Liste des publications.

Le présent mémoire propose une synthèse de mes activités de recherche sur la période 1993 - 2009 ainsi que mon projet pour les années à venir. Ces travaux se sont déroulés au laboratoire de l'Intégration des Composants et Systèmes Electroniques IXL, initialement dirigé par le Pr. J.P. Dom, et devenu aujourd'hui le laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système IMS, dirigé par le Pr. P. Fouillat. Mon parcours est resté associé à la thématique générale de la Conception Optimisée des Circuits Analogiques et Mixtes, même si ses étapes successives l'ont rattaché à différentes équipes du laboratoire, au fil de son histoire. Ainsi, d'un point de vue institutionnel, mes travaux ont été hébergés par : - l'équipe Caractérisation et Modélisation des Pr. J.P. Dom puis T. Zimmer, durant mon DEA et ma thèse, - l'équipe Modélisation Comportementale des Circuits et Systèmes du Pr. H. Lévi, durant la période 1998 - 2004, - l'équipe Ingénierie des Systèmes Neuromorphiques (ISN) du Pr. S. Renaud, durant la période 2004 - 2009. Mon intégration dans l'équipe ISN a eu lieu à l'occasion de l'encadrement de la thèse de T. Lévi, qui avait pour objectif d'appliquer un concept innovant en conception analogique aux circuits développés par celle-ci. C'est avec un réel intérêt pour les activités de l'équipe ISN en lien avec les Neurosciences, que j'ai décidé d'approfondir mes connaissances sur le sujet, en demandant un Congé pour Recherche et Conversion Thématique qui m'a été accordé sur 2 ans, de 2007 à 2009. Tirant profit de cet aménagement de service, je suis en mesure aujourd'hui de déposer mon dossier d'Habilitation à Diriger des Recherches et d'animer à partir du 1er Janvier 2010 une nouvelle équipe centrée sur l'Interaction des Systèmes Electroniques avec le Vivant, nommée ElIBio. Le contexte scientifique général de ce mémoire est celui des Méthodes et Outils de Conception des Circuits Intégrés Analogiques et Mixtes. La tâche de conception de fonctions électroniques sur circuit intégré ne peut être aujourd'hui menée à bien sans l'aide d'outils informatiques, véritables plate-formes logicielles d'aide à la conception. La complexité croissante des circuits intégrés nécessite une amélioration constante des méthodes 1 et outils de conception, afin de réduire au maximum le temps de développement, tout en assurant la fiabilité des circuits fabriqués. Un paradoxe connu dans l'industrie du semi- conducteur sous le nom de Design Productivity Gap met en avant l'écart entre le nombre de transistors technologiquement disponibles sur une puce et la possibilité de les assembler convenablement pour assurer une fonctionnalité. Cela revient à comparer l'efficacité des technologies de conception à celle des technologies de fabrication. Depuis le début de l'ère des circuits intégrés, ce Design Productivity Gap ne cesse de croître et les recommandations de l'ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) reviennent constamment sur la nécessité de proposer de nouvelles solutions de conception automatisée (EDA, Electronic Design Automation). Ajoutons à cela la montée en puissance des composants intégrés analogiques et mixtes (AMS, Analog and Mixed Systems), sur lesquels cohabitent, au sein d'un même substrat, des fonctions numériques et analogiques. La différence de maturité des processus de conception analogique et numérique apparaît alors nettement et c'est la partie analogique qui requiert le plus grand effort de conception. En effet, alors que la synthèse de circuits numériques est aujourd'hui entièrement automatisée, la conception analogique souffre d'un manque de formalisme défavorable à son automatisation. La variation continue des signaux, la multitude des facteurs de performances, leur interdépendance, leur sensibilité vis-à-vis de fluctuations physiques peuvent être citées comme des freins inhérents à la nature analogique des circuits. Ainsi, mes travaux de recherche ont été effectués dans l'objectif général d'optimiser le flot de conception analogique, c'est-à-dire d'automatiser un maximum de tâches aujourd'hui réalisées manuellement. Cela nécessite avant tout de proposer des méthodes et formalismes qui permettront de passer à la dimension d'outils logiciels de conception. Les 3 premiers chapitres de ce mémoire s'inscrivent pleinement dans cet objectif et déclinent ma contribution selon les 3 axes suivants : - le chapitre 1 est consacré à une réflexion générale sur les Méthodes de Modélisation des Circuits Analogiques et Mixtes, menée de façon transversale sur l'ensemble de mon travail d'encadrement doctoral, - le chapitre 2 s'attache à une question de modélisation particulière et non résolue dans les simulateurs électriques actuels, il s'agit de la Modélisation de Sources de Bruit pour Simulation Temporelle; cela met en œuvre une technique de génération de modèles basée sur les filtres d'ordre non entier, en partenariat avec des chercheurs en Automatique de l'équipe CRONE, 2 - le chapitre 3 met la réutilisation au cœur du processus de conception et propose d'appliquer le concept d'IP (Intellectual Property), connu et efficace en conception de systèmes numériques, à la conception de systèmes intégrés analogiques ; un paradigme de conception analogique à base d'IPs y est développé et appliqué à la conception de circuits neuromimétiques. Le chapitre 4 fait l'exposé de mon projet de recherche qui s'articule autour des Systèmes Electroniques en Interaction avec le Vivant. Ce dernier chapitre commence par introduire le contexte pluridisciplinaire et la problématique des Systèmes d'Acquisition et de Contrôle de l'Activité Bioélectrique, et s'achève par la description du cadre stratégique des projets de l'équipe ElIBio.

Th. 3e cycle--Génie électrique--Toulouse--I.N.P., 1983. N°: 163.

Parmi les produits électroniques de l’industrie des semi-conducteurs, les applications mixtes numériques-analogiques (AMS) représentent une part de marché à forte croissance. Le principal problème pour la conception de systèmes AMS est l’absence de flot de conception standard, puisque les blocs AMS ne peuvent pas être synthétisés de façon systématique `a partir d’une spécification de haut niveau en l’absence d’information au niveau transistor. Par ailleurs, il est très difficile de modéliser les caractéristiques au niveau transistor dans des descriptions comportementales de plus haut niveau (système). Face à ces d´défis, nous proposons une plateforme de modélisation, de dimensionnement et de vérification unifiée. La plate-forme repose sur une méthode de dimensionnement ascendant des blocs analogiques et une approche de simulation descendante depuis le système jusqu’aux transistors. Les différents niveaux d’abstraction envisagés sont d´écrits grâce aux langages C/C ++ et SystemC-AMS. En outre, nous expliquons comment UVM-SystemC-AMS développé dans le cadre du projet européen FP7 VERDI, fournit une m´méthode pour la vérification des systèmes AMS avec des interactions HW / SW. Nous appliquons ces méthodes à deux circuits. Le premier est un circuit de conversion analogique numérique pipeline à 3 étages et 6 bits. Il présente une vue hiérarchique du processus de conception. Le second est un sous-système analogique d’un système implantable de télémétrie, qui inclut une boucle de rétroaction. / Mixed-signal applications are among the fastest growing market segments in the electronics and semiconductor industry. This is driven by the growth opportunities in mobile communication, networking, power management, automotive, medical, imaging, and security applications, which all require analog and mixed-signal (AMS) content. One bottleneck exists if the designs include analog components together with digital ones. Digital design has a well-defined, top-down design methodology, but AMS design has traditionally been an ad hoc custom design process, it is more time-consuming interactive process and fully based on designerÕs expertise. The major difficulty is how to model the impact of circuit non-idealities and technology process variations on system- level performances.In this thesis, we present an unified modeling, design and verification platform with a fast sizing and biasing methodology. The proposed methodology propagates the circuit-level non- idealities into system-level simulations in a very natural way. The methodology synchronizes SystemC-AMS TDF MoC and electrical circuit simulator (SPICE), which enables to mix non- conservative system-level model with conservative nonlinear circuit netlist. Besides, we explain how UVM-SystemC-AMS developed in the FP7 Verdi project, provides an unified methodology for the verification of systems having interconnected AMS, HW/SW. In order to explore the effectiveness of the proposed methodology, two case studies are investigated: a 3-stage 6-bit ADC pipeline and a voltage regulator for an implantable telemetric system. The problem of hierarchical design is illustrated in the 3-stage 6-bit ADC pipeline while the problem of system architecture with feedback loop is illustrated in the implantable telemetric system.

Ces travaux de thèse, réalisés dans une équipe concevant des circuits analogiques neuromimétiques suivant le modèle d'Hodgkin-Huxley, concernent la modélisation de neurones biologiques, plus précisément, l'estimation des paramètres de modèles de neurones. Une première partie de ce manuscrit s'attache à faire le lien entre la modélisation neuronale et l'optimisation. L'accent est mis sur le modèle d'Hodgkin- Huxley pour lequel il existait déjà une méthode d'extraction des paramètres associée à une technique de mesures électrophysiologiques (le voltage-clamp) mais dont les approximations successives rendaient impossible la détermination précise de certains paramètres. Nous proposons dans une seconde partie une méthode alternative d'estimation des paramètres du modèle d'Hodgkin-Huxley s'appuyant sur l'algorithme d'évolution différentielle et qui pallie les limitations de la méthode classique. Cette alternative permet d'estimer conjointement tous les paramètres d'un même canal ionique. Le troisième chapitre est divisé en trois sections. Dans les deux premières, nous appliquons notre nouvelle technique à l'estimation des paramètres du même modèle à partir de données biologiques, puis développons un protocole automatisé de réglage de circuits neuromimétiques, canal ionique par canal ionique. La troisième section présente une méthode d'estimation des paramètres à partir d'enregistrements de la tension de membrane d'un neurone, données dont l'acquisition est plus aisée que celle des courants ioniques. Le quatrième et dernier chapitre, quant à lui, est une ouverture vers l'utilisation de petits réseaux d'une centaine de neurones électroniques : nous réalisons une étude logicielle de l'influence des propriétés intrinsèques de la cellule sur le comportement global du réseau dans le cadre des oscillations gamma.

Les glissements de terrain se produisent dans toutes les chaînes de montagnes où la résistance de massifs rocheux est insuffisante pour contrer l’action de la gravité. Les terrains volcaniques sont particulièrement susceptibles de s’effondrer car les édifices sont composés des lithologies diverses et variées qui peuvent être fortement fracturées. En plus, la croissance rapide des édifices volcaniques favorise leur instabilité et leur effondrement. L’activité magmatique est un facteur additionnel responsable de la déformation des édifices, tandis que l’activité hydrothermale réduit la résistance des roches volcaniques. Pour ces raisons, l’évaluation des aléas liés à l’effondrement des édifices et à la formation des avalanches des débris volcaniques mérite une attention particulière. Les caractéristiques physiques des composants des avalanches des débris ont une influence directe sur la dynamique de ce type d'écoulement. Les dépôts des avalanches de débris présentent une morphologie de surface composée des nombreuses collines (hummocks), qui montrent fréquemment les séquences volcaniques initiales, ce qui suggère un mécanisme de mise en place proche de celui des glissements de terrain. Cependant, d’autres dépôts présentent des crêtes allongées (rides) dont le mécanisme de formation est encore méconnu. Le volcan Tutucapa (sud du Pérou) a été affecté récemment par deux avalanches de débris. La plus ancienne, « Azufre », est d’âge Holocène et résulte de l’effondrement d’un complexe des dômes et d’une séquence volcanique altérée (hydrothermalisée) sous-jacente. La deuxième avalanche, « Paipatja », a eu lieu il y a seulement 200-230 ans BP et est associée à une grande éruption explosive du Tutupaca. Les dépôts de cette avalanche présentent notamment de nombreuses rides. Les deux dépôts d’avalanche montrent deux unités différentes : une unité inférieure, caractérisée par la présence des blocs altérés (hydrothermalisés) provenant de l’édifice basal, tandis que l’unité supérieure est constituée par des blocs du complexe de dômes actifs. Le travail de terrain montre que les rides de l’avalanche « Paipatja » présentent une forte variation de granulométrie entre leur partie centrale (enrichie en blocs grossiers) et leurs parties latérales, ce qui suggère un processus de ségrégation granulaire. Des expériences analogiques montrent que des écoulements de mélanges de particules des différentes tailles subissent un processus de ségrégation et de digitation granulaire qui engendre des rides par jonction de levées statiques qui délimitent un chenal d’écoulement. Le processus de formation des rides est facilité par de faibles différence de taille des particules dans des mélanges bidisperses. Ces résultats suggèrent que les rides observées au Tutupaca résultent d’un écoulement granulaire. Les principales caractéristiques morphologiques des structures formées lors de ces expériences de laboratoire ont été comparées qualitativement avec les structures observées dans les dépôts du Tutupaca. Les structures observées au Tutupaca montrent que deux mécanismes de mise en place peuvent coexister dans les avalanches de débris volcaniques : le glissement de blocs plus ou moins cohérents, et l’écoulement semblable à celui d’un matériau granulaire. Cela dépend probablement de la nature des différents matériaux à la source des avalanches. Cette information doit être prise en compte pour l’évaluation des aléas liés aux avalanches des débris car des mécanismes d’écoulement différents peuvent induire des fortes variations de la distance parcourue par ces avalanches. / Landslides occur in all mountainous terrain, where the rock strength is unable to support topographic loading. Volcanic rocks are particularly landslide prone, as they mix strong and weak lithologies and are highly pre-fractured. Also, volcanoes themselves, are peculiar mountains, as they grow, thus creating their own topographic instability. Magmatic activity also deforms the edifice, and hydrothermal activity reduces strength. For all these reasons, volcanoes need close consideration for hazards, especially for the landslide-derived rock avalanches. The characteristics and properties of different debris avalanche components influence their behavior during motion. Deposits are generally hummocky, preserving original layering, which indicates a slide-type emplacement. However, some deposits have ridged morphology for which the formation mechanisms are not well understood. Two recent debris avalanches occurred at the Tutupaca volcano (S Peru). The first one, “Azufre” is Holocene and involved the collapse of active domes and underlying older hydrothermally altered rocks. The second debris avalanche, “Paipatja” occurred 200-230 y BP and is associated with a large explosive event and this deposit is ridged. The excellent conservation state of the deposits and surface structures allows a comprehensive analysis of the ridges. Both deposits have two contrasting units: a lower basal edifice-derived hydrothermally-rich subunit and an upper dome-derived block-rich unit. Detailed fieldwork has shown that Paipatja ridges have coarser core material and are finer in troughs, suggesting grain size segregation. Using analog experiments, the process that allow ridge formation are explored. We find that the mixtures undergo granular segregation and differential flow that create fingering that forms ridges by junction of static léeves defining a channel flow. Granular segregation and fingering are favored by small particle size contrast during bi-dispersed flow. The results suggest that the ridges observed at Tutupaca are product of a granular flow We extract the morphological characteristics of the deposits of granular flows generated in the laboratory and make a qualitative comparison with the Tutupaca deposits. The description of the different landslide and debris avalanche features at Tutupaca shows that two types of debris avalanche motion can occur in volcanic debris avalanches: the sliding of blocks more or less coherent and a flow similar to a granular material. This probably depends on source materials and the conditions of different parts of the initial landslide. Such information should be taken into account when estimating hazards at other volcanic landslide sites, as the different behaviors may result in different run outs.

La stimulation électrique des tissus neuronaux est une technique largement utilisée dans la recherche en neuroscience et à des fins thérapeutiques. Ce travail est une contribution à la conception des circuits et systèmes électroniques de stimulation. De tels circuits sont requis dans quatre projets multi-disciplinaires en cours dans l’équipe Elibio de l’IMS, présentés dans ce document : STN-Oscillations (ANR 08-MNPS-036) concernant l’étude de la Stimulation Cérébrale Profonde(SCP), HYRENE (ANR 2010-Blan-031601), ayant pour but le développement d’un systèmehybride de restauration de l’activité motrice dans le cas d’une lésion de la moelle épinière, BRAINBOW (European project FP7-ICT-2011-C), ayant pour objectif l’élaboration de neuro-prothèses innovantes capables de restaurer la communication autour de lésions cérébrales, CENAVEX (ANR et NSH AN13-NEUIC-0001-01), visant au développement d’un système de stimulation en boucle fermée pour le contrôle de la respiration. Cette thèse propose une approche de conception globale qui aboutira au développement d’un système multi-applications, prenant en compte les spécificités de chaque contexte.Dans un premier temps, afin d’évaluer les contraintes liées à l’expérimentation in vivo et in vitro, deux stimulateurs spécifiques ont été réalisés. Le premier permet la SCP chronique du rat,résout la contrainte énergétique à l’aide d’une gestion dynamique de l’alimentation. Ce dispositif a été fabriqué et implanté in vivo avec succès. Une expérimentation à long terme a été effectuée afin de valider ses propriétés sur l’animal. Dans un second temps, un autre stimulateur a été conçu en utilisant un FPAA (Field Programmable Analog Array). La conception de ce circuit se concentre sur l’équilibrage des charges nécessaire à l’innocuité des sytèmes. L’architecture obtenue permet une stimulation biphasique adaptative résultant en un faible courant équivalent de fuite (moins d’un nano Ampère). Afin d’aboutir à un stimulateur multi-application, un travail préliminaire de modélisation de l’impédance de l’électrode, l’élément de charge du circuit de stimulation, a été mené. Une méthode de mesure et d’identification d’un modèle non-linéaire est détaillée, basée sur une approche par multi-modèles et fractionnaire.L’approche multi-application est ensuite mise en oeuvre, basée sur un effet d’échelle pour le dimensionnement des stimulateurs. Cet effet d’échelle lie la géométrie de l’électrode, le nombre de canaux requis par application et les niveaux de courant mis en jeu : cet effet permet de proposer une architecture de circuit multi-application. Un circuit intégré démontrant la faisabilité d’un tel système a été conçu, fabriqué et testé avec succès. Un système de stimulation multi-application basé sur ce circuit a été conçu, permettant de nouvelles recherches sur les quatre contextes physiopathologiques présentés.Enfin, un critère de mérite dédié à la stimulation est proposé. Ce critère prend en compte l’efficacité énergétique et l’équilibrage des charges afin d’évaluer le degré d’optimisation d’un circuit ou d’un système. Un tel critère de mérite est un concept novateur qui devrait permettre une optimisation rationnelle des architectures de stimulation. / Electrical stimulation of neural tissues is a widely used technique for both neuroscience explorations and innovative medical devices. This work is a contribution to the design of electrical stimulation circuits and systems. Stimulators are part of the experimental setup in several multi-disciplinary projects conducted at IMS (groupElibio), presented in this document : STN-Oscillations(French ANR 08-MNPS-036), studyingDeep Brain Stimulationmecha-nisms (DBS), HYRENE(French ANR 2010-Blan-031601), aimed at developing a hybrid system couplingartificial and biological neural networks to restore locomotion after spinal cord lesion, BRAINBOW(European Project FP7-ICT-2011-C), working on designing a neuro-prosthesis capable of restoring lost communication between neuronal circuits, CENAVEX(French ANR and American NSH AN13-NEUIC-0001-01), proposing a noveldesign for a closed-loop system for respiration control. This thesis integrates the specificities of each context and considers global therapeuticapplication issues, with the aim of proposing an original, global approach to designing thearchitecture of a multi-application stimulator.First, in order to evaluate the constraints related to ourin vivoandin vitrocontexts, anembedded stimulator for chronic DBS experiments in rodents was developed and successfullyimplantedin vivo. This design was optimized for power management during long-term experi-ments. The stimulator characteristics were assessed with behavioural tests on a rat population.Then a second, specific stimulator was designed usingField Programmable Analog Arraysforaccurate charge balancing, as well as to fulfil strong constraints to ensure tissue integrity. Theproposed charge-sensing architecture produced adaptive biphasic stimulation with sub-nanoampere DC-equivalent current.With a view to a global approach to stimulator design, an accurate model of the electrodeimpedance was built, to represent the concrete load of a stimulator. A measurement protocolbased on biphasic current-controlled solicitations and a modelling procedure relying on anoriginal fractional multi-model are described.The first step in this multi-application design approach was to investigate an electrical sizingscale effect. This involves electrode geometry, the number of channels per application, and theimplied current levels. A proof-of-concept ASIC was designed and successfully tested. A boardfor adaptive stimulation was then able to be deployed in the ongoing research projects.Finally, a dedicated Figure of Merit is proposed for stimulation. This criterion takes energyefficiency and charge balancing into account to quantify the degree of optimization of a circuitor system. This Figure of Merit is a novel concept that facilitates rational optimization ofstimulation architectures.

La probabilité des fautes transitoires augmente avec l'évolution des technologies. Plusieurs approches ont été proposées pour analyser très tôt l'impact de ces fautes sur un circuit numérique. Il est notamment possible d'utiliser une approche fondée sur l'injection de fautes dans une description VHDL au niveau RTL. Dans cette thèse, nous apportons plusieurs contributions à ce type d'analyse. Un premier aspect considéré est la prise en compte de l'environnement du circuit numérique lors des campagnes d'injection. Ainsi, une approche basée sur une analyse de sûreté de fonctionnement multi-niveaux a été développée et appliquée sur un exemple. Les injections sont réalisées dans le circuit numérique décrit au niveau RTL alors que le reste du système est décrit à un niveau d'abstraction plus élevé. L'analyse des résultats montre que certaines défaillances apparaissant au niveau du circuit n'ont en fait aucun impact sur le système. Nous présentons ensuite les avantages de la combinaison de deux types d'analyses : la classification des fautes en fonction de leurs effets, et l'analyse plus détaillée des configurations d'erreurs activées dans le circuit. Une campagne d'injection de fautes de type SEU a été réalisée sur un microcontrôleur 8051 décrit au niveau RTL. Les résultats montrent que la combinaison des analyses permet au concepteur de localiser les points critiques, facilitant l'étape de durcissement. Ils montrent également que, dans le cas d'un processeur à usage général, les configurations d'erreurs peuvent être dépendantes du programme exécuté. Cette étude a également permis de montrer que l'injection d'un très faible pourcentage des fautes possibles permet déjà d'obtenir des informations utiles pour le concepteur. La même méthodologie a été utilisée pour valider la robustesse obtenue avec un durcissement au niveau logiciel. Les résultats montrent que certaines fautes ne sont pas détectées par les mécanismes implémentés bien que ceux-ci aient été préalablement validés par des injections de fautes basées sur un simulateur de jeu d'instructions. Le dernier aspect de cette thèse concerne l'injection de fautes dans des blocs analogiques. En fait très peu de travaux traitent du sujet. Nous proposons donc un flot global d'analyse pour circuits numériques, analogiques ou mixtes, décrits au niveau comportemental. La possibilité d'injecter des fautes dans des blocs analogiques est discutée. Les résultats obtenus sur une PLL, choisie comme cas d'étude, sont analysés et montrent la faisabilité de l'injection de fautes dans des blocs analogiques. Pour valider le flot, des injections de fautes sont également réalisées au niveau transistor et comparées à celles réalisées à haut niveau. Il apparaît une bonne corrélation entre les résultats obtenus aux deux niveaux.