The central topic of all the discussions in this manuscript is around acoustic-sensor based measurement systems. Throughout this document, \acoustic" means the propagation of a mechanical wave on, or within, a substrate. However, we will discuss many other physical principles applied for sensing techniques, whether optical, scanning probe microscopy, electrochemistry.

Un important effort de recherche est nécessaire pour assurer la maîtrise du vol en espace restreint de drones miniatures. Cette recherche s'appuie sur une nouvelle génération de capteurs inertiels, les capteurs vibrants, qui offrent par leur principe et leur technologie de réalisation associée, des perspectives tout à fait intéressantes en terme de miniaturisation / performance / coût. Dans ce travail de thèse, nous avons notamment étudié la relation entre la performance et les dimensions de micro-accéléromètres vibrants en silicium. Pour cela, nous avons établi les limites de ce type de capteur en fonction de la taille du résonateur. En particulier, le facteur de qualité est apparu comme un paramètre déterminant et une étude expérimentale a été réalisée afin de valider les modèles théoriques. De nombreux résultats expérimentaux nous ont permis de dresser une estimation des performances attendues. Enfin, une première architecture d'accéléromètre vibrant en silicium est détaillée

Les matériaux oxydes possèdent une physique très riche et une large gamme de propriétés qui en font des matériaux très attractifs les applications. Notre but est d'utiliser ces matériaux oxydes pour améliorer les performances de capteurs magnétiques ultrasensibles appelés capteurs mixtes à 77K. Ces capteurs combineraient un transformateur flux champ supraconducteur en YBaCuO fonctionnant à 77K et la magnétorésistance d'une jonction tunnel dont les électrodes sont composées du manganite demi-métallique La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO). Durant cette thèse, nous avons développé l'élément clé de ce capteur qu'est la jonction tunnel. Toutes les hétérostructures oxydes ont été déposées par ablation laser. Après avoir vérifié les propriétés de films minces de LSMO et obtenu une couche de référence avec des bicouches LSMO dopé Ru / LSMO, nous avons étudié des jonctions tunnel de type LSMO dopé Ru / LSMO/SrTiO3/LSMO. Sur cet empilement inédit, des magnétorésistances tunnel (TMR) allant jusqu'à 300% ont été mesurés. Le bruit a été caractérisé pour la première fois dans des jonctions tunnel oxydes. Nous nous sommes aussi intéressés au couplage antiferromagnétique à l'interface du LSMO et du SrRuO3 afin de piéger un film de LSMO. Des cycles asymétriques inhabituels ont été observés sur ces bicouches. Des mesures magnétométriques, de réflectivité de neutrons polarisés et des simulations ont alors été combinées pour comprendre le comportement magnétique des bicouches. Cette étude a montré que le couplage antiferromagnétique n'est pas homogène à l'interface entre le LSMO et le SrRuO3

Certains domaines d'applications tels que l'aérospatial, l'automobile ou le forage de haute profondeur peuvent nécessiter la visualisation de certains paramètres physiques dans des environnements hostiles. Les capteurs microélectroniques basés sur le silicium y atteignent souvent leurs limites, qui sont qualifiées de conditions " sévères ". Ce travail se base principalement sur l'étude de solutions de capteurs mécaniques fonctionnant en conditions sévères. Le principe de ces capteurs repose sur l'exploitation de transistors de mesures HEMT à base de nitrures III-V (III-N), à la fois piézoélectriques et semiconducteurs, qui reste stable en conditions sévères. La compréhension des interactions entre physique des semiconducteurs et physique des matériaux ainsi que la caractérisation de structures possibles pour la détection mécanique représentent les principaux enjeux de ce sujet de thèse. La modélisation mécanique analytique et numérique des structures étudiées a permis d'appréhender le comportement de structures piézoélectriques multicouches. Le couplage de ce modèle électromécanique avec un modèle électronique du capteur a permis d'établir la faisabilité du principe de détection ainsi que la linéarité de la réponse du capteur. La caractérisation des prototypes réalisés en cours de thèse ont corroboré la linéarité du capteur tout en faisant apparaître l'influence de nombreux effets parasites réduisant sa sensibilité à savoir les effets de résistance parasites et de piézorésistances variables.

Les moteurs asynchrones diphasés sont largement utilisés dans des applications de moins d'un kW, où le prix est un facteur important de choix, en particulier pour les volets roulants. Ces applications, pour des raisons de sécurité, nécessitent une détection précoce des obstacles et donc l'implantation d'un capteur de vitesse. Dans un souci de réduction de coût, une des pistes intéressantes est l'estimation de la vitesse à partir de la mesure des courants et des tensions, de manière à faire l'économie du capteur de vitesse. La première partie de notre travail a consisté à étudier et réaliser différentes alimentations : sur le secteur avec condensateur de déphasage ou par convertisseur statique. Dans une seconde partie, la modélisation du moteur en régime permanent et transitoire et celle du volet (tablier, frein, réducteur) nous a permis d'établir les caractéristiques électromagnétiques du motoréducteur et le comportement mécanique de la charge. Les paramètres de ces modèles ont été identifiés et les résultats analysés. Dans la troisième partie, à partir de ces modèles, différentes stratégies de détection de fin de course du volet sans capteur, d'arrêt sur obstacles ainsi qu'une commande de limitation de couple ont été mises au point et validées expérimentalement. Une carte électronique économique a été réalisée.

Ce travail concerne l'identification, l'estimation et la commande sans capteur mécanique de MSAP. Dans un premier temps, la modélisation du MSAP est réalisée dans le repère fixe a-b. Ce modèle est ensuite réécrit dans le repère d-q, couramment utilisé pour les machines tournantes et un nouveau repère f-g, avantageux dans le cadre d'applications sans capteur. Afin de valider le modèle expérimentalement, une identification par moindres carrés hors ligne avec capteurs, a été réalisée. Une approche similaire a été appliquée au moteur en enlevant la dépendance des capteurs mécaniques dans le repère f-g. Sachant que les lois de commande sans capteur dépendent fortement des paramètres, il a été est important de tous les identifier sans la présence de capteurs mécaniques. La synthèse de la commande a été réalisée à l'aide des modes glissants d'ordre deux et garantit la stabilité malgré des perturbations interne ou externe. Un observateur permettant d'estimer l'accélération, nécessaire pour calculer la variable de glissement, a été réalisé. Les expérimentations ont donné de très bons résultats. Basée sur les tensions et les courants, la réalisation d'observateurs par mode glissant, permet de supprimer les capteurs mécaniques. Les estimations de la position et de la vitesse sont alors utilisables dans la commande. Bien que la vitesse atteinte sans capteur soit inférieure à la vitesse atteinte avec capteurs, le suivi de trajectoire a une bonne précision.Finalement, des algorithmes d'identification des paramètres en ligne avec capteurs ont été développés. L'identification à l'aide de la méthode algébrique comparée à celle effectuée par modes glissants

Cette thèse étudie la problématique du fonctionnement sans capteur et à basse vitesse des moteurs synchrones à aimant permanent par l'injection des signaux. Nous nous focalisons sur les effets de la saturation magnétique car leur compensation est primordiale pour résoudre cette problématique. Nous proposons une méthode originale pour modéliser la saturation magnétique en utilisant une approche énergétique (les formulations Lagrangienne et Hamiltonienne), où les symétries physiques sont exploitées pour simplifier l'expression de l'énergie magnétique. Les données expérimentales montrent qu'un polynôme de degré 4 est suffisant pour décrire avec précision les effets de la saturation. Ensuite, nous proposons une analyse claire et originale basée sur la moyennisation de second ordre et qui explique comment obtenir l'information de position à partir de l'injection des signaux (en utilisant le modèle proposé). Nous donnons une relation explicite entre les oscillations des courants statoriques et la position du rotor; cette relation est utilisée en temps réel. Ce modèle de saturation magnétique ainsi que la procédure d'estimation de position ont été testés et validés sur deux types de moteurs : avec des aimants permanents à l'intérieur ou sur la surface du rotor. Les résultats expérimentaux obtenus sur un banc de test montrent que les erreurs d'estimation de la position du rotor n'excèdent pas quelques degrés électriques dans la zone d'opération à basse vitesse.

Cette thèse traite de la numérisation 3D d'objets de formes inconnues par capteur laser plan sans contact. Objectif : accroître la qualité du résultat par la génération de trajectoire intelligente (TI) de numérisation. Les paramètres du positionnement capteur/pièce et la conséquence de leur variation sur la qualité du nuage sont étudiés. Un protocole expérimental d'évaluation du système de numérisation vis à vis du bruit de mesure (fonction de la distance et de l'angle de numérisation) est proposé, complété par des procédures d'évaluation de la justesse, la justesse relative et la fidélité. Il permet l'identification de l'espace admissible pour la génération de la TI. La démarche de génération de la TI débute par une première numérisation de l'objet. La qualification des données 3D obtenues est proposée tirant partie de l'étude précédente. Les zones de qualité insuffisante (bruit et complétude principalement) qui doivent être re numérisées sont identifiées. La nouvelle trajectoire est recalculée de façon à ce que les paramètres définissent un positionnement capteur appartenant à l'espace admissible précédemment établi. La démarche est illustrée par différents exemples.

L'ETUDE PRESENTEE S'INSERE DANS LE VASTE DOMAINE DE LA VISION ARTIFICIELLE. ELLE CONCERNE PLUS PARTICULIEREMENT L'INTEGRATION DU SYSTEME DE PERCEPTION TROIS DIMENSIONS (3D) DU ROBOT MOBILE AUTONOME HILARE. CE SYSTEME EST COMPOSE D'UNE CAMERA MATRICIELLE A SEMICONDUCTEURS, D'UN TELEMETRE LASER ET D'UNE STRUCTURE MECANIQUE ASSURANT LA DEFLEXION DU FAISCEAU LASER. DANS CE MEMOIRE SONT DECRITS: LA CONCEPTION DE LA STRUCTURE DEFLECTRICE; LE LOGICIEL DE TRAITEMENT DES IMAGES VIDEO MULTINIVEAUX BASE SUR L'UTILISATION D'UN OPERATEUR TOPOLOGIQUE; LE LOGICIEL D'ANALYSE DES DONNEES TELEMETRIQUES. CES LOGICIELS PERMETTENT RESPECTIVEMENT DE LOCALISER LE ROBOT PAR DETECTION DE BALISES LUMINEUSES, ET DE DETERMINER LA PROJECTION AU SOL DES OBSTACLES PRESENTS DANS LE SECTEUR EXPLORE. CES INFORMATIONS SONT TRANSMISES AU NIVEAU SUPERIEUR PAR VOIE HERTZIENNE

Chaque actionneur d'un système sécuritaire doit être contrôlé par un signal sûr en présence de défaillance (fail-safe), c'est-à-dire qu'en cas de défaillance son état est soit correct, soit sûr. Les systèmes intégrés auto-contrôlables en ligne (self-checking) fournissent des groupes de signaux codés en sortie. Ces groupes de signaux ne permettent pas d'assurer le contrôle direct des actionneurs, car chaque actionneur est contrôlé par un seul signal qui doit être individuellement sûr. A cause de cette exigence particulière, il n'était pas possible d'implémenter en VLSI toutes les parties : un système auto contrôlé (self-checking) ou tolérant aux pannes (qui utilise par exemple un code détecteur d'erreur, une technique de duplication, triplication ou un processeur codé), et une interface fail-safe utilisant des composants discrets. Cette interface transforme les sorties du système de traitement en signaux fail-safe. Outre l'inconvénient des interfaces à composants discrets d'être très encombrantes et coûteuses, la probabilité de défaillance est augmentée et la durée de vie (MTTF) du système est diminuée dans ce cas par rapport à l'implémentation VLSI, ce qui limite la disponibilité du système. Il est donc intéressant d'intégrer en VLSI les interfaces fail-sage, capables d'assurer le contrôle sécuritaire des actionneurs. Dans ce mémoire, nous présentons une interface sécurisée de puissance réalisée en technologie de puissance intelligente. Cette interface transforme les signaux de contrôles codés en fréquence en signaux de puissance pour le contôle sécuritaire des actionneurs dans les transports ferroviaires. Elle repose sur l'utilisation du concet de fail-safe, et d'autocontrôlable pour atteintre un haut niveau de sécurité.