La problématique scientifique de cette thèse est centrée sur le développement decommunications par lumière visible (Visible Light Communications - VLC) dans lesapplications automobiles. En permettant la communication sans fil entre les véhicules, ou entreles véhicules et l’infrastructure routière, la sécurité et l'efficacité du transport peuvent êtreconsidérablement améliorées. Compte tenu des nombreux avantages de la technologie VLC,cette solution se présente comme une excellente alternative ou un complément pour lescommunications actuelles plutôt basées sur les technologies radio-fréquences traditionnelles.Pour réaliser ces travaux de recherche, un système VLC à faible coût pour applicationautomobile a été développé. Le système proposé vise à assurer une communication très robusteentre un émetteur VLC à base de LED et un récepteur VLC monté sur un véhicule. Pour l'étudedes communications véhicule à véhicule (V2V), l'émetteur a été développé sur la base d’un pharearrière rouge de voiture, tandis que pour l'étude des communications de l'infrastructure auvéhicule (I2V), l'émetteur a été développé sur la base d'un feu de circulation. Considérant lerécepteur VLC, le problème principal réside autour d’un capteur approprié, en mesured'améliorer le conditionnement du signal et de limiter les perturbations dues des conditionsenvironnementales. Ces différents points sont abordés dans la thèse, d’un point de vue simulationmais également réalisation du prototype.La validation expérimentale du système VLC a été réalisée dans différentes conditions etscénarii. Les résultats démontrent que la VLC peut être une technologie viable pour lesapplications envisagées. / The scientific problematic of this PhD is centered on the usage of Visible LightCommunications (VLC) in automotive applications. By enabling wireless communication amongvehicles and also with the traffic infrastructure, the safety and efficiency of the transportation canbe substantially increased. Considering the numerous advantages of the VLC technologyencouraged the study of its appropriateness for the envisioned automotive applications, as analternative and/or a complement for the traditional radio frequency based communications.In order to conduct this research, a low-cost VLC system for automotive application wasdeveloped. The proposed system aims to ensure a highly robust communication between a LEDbasedVLC emitter and an on-vehicle VLC receiver. For the study of vehicle to vehicle (V2V)communication, the emitter was developed based on a vehicle backlight whereas for the study ofinfrastructure to vehicle (I2V) communication, the emitter was developed based on a traffic light.Considering the VLC receiver, a central problem in this area is the design of a suitable sensorable to enhance the conditioning of the signal and to avoid disturbances due to the environmentalconditions, issues that are addressed in the thesis. The performances of a cooperative drivingsystem integrating the two components were evaluated as well.The experimental validation of the VLC system was performed in various conditions andscenarios. The results confirmed the performances of the proposed system and demonstrated thatVLC can be a viable technology for the considered applications. Furthermore, the results areencouraging towards the continuations of the work in this domain.

Ce mémoire présente la conception et réalisation d'un montage expérimental pour le développement d'un interféromètre à atomes froids de 87Rb guidés sur un microcircuit à atomes, l'objectif final étant la réalisation d'un capteur inertiel de rotations. Nous avons ainsi étudié théoriquement le confinement magnétique des atomes dans un guide circulaire. Une telle étude nous a permis d'identifier les principales problématiques liées à la propagation sur une orbite stable d'un paquet d'onde atomique dans un guide magnétique, à savoir: la rugosité du potentiel de guidage, les défauts du potentiel associés au motif de micro fils employés pour créer ce potentiel, et les pertes par effet Majorana. Dans cette thèse nous proposons des solutions originales à ces problèmes basés sur des études précédentes et sur les résultats de nos calculs. Du point de vue expérimental, nous avons monté une nouvelle expérience d'atomes froids dont la principale caractéristique est d'être compacte et donc transportable pour des mesures locales de vitesses de rotations. Nous avons donc, au cours de ce travail, assemblé un système à ultra vide efficace, développé un banc optique très compacte comprenant des sources laser pour le refroidissement et piégeage des atomes, un laser de Bragg pour la réalisation de l'interféromètre atomique, ainsi que toute l'électronique de contrôle de cette expérience. / This manuscript present the design and realization of an experimental setup for the development of a cold atom interferometer using 87Rb atoms guided on an atom chip, the final goal being the realization of an inertial sensor for rotation measurements. We have therefore study theoretically the magnetic confinement of these atoms in a circular guide. Such a study allowed us to identify the main challenges linked to the atomic wave packet propagation along a stable circular orbit in a magnetic guide, namely: the roughness of the guiding potential, the magnetic potential defects associated to the pattern of the micro wires used to produce this potential, and the Majorana losses. In this thesis we propose original solutions to these questions based on preliminary studies and on the results of our calculations. From the experimental point of view, we have assembled a new cold atom experiment with the main feature of being compact and therefore transportable for in situ measurement of rotations. We have along this work put together an efficient ultra high vacuum system, developed a compact optical bench containing the laser sources for cooling and trapping, a Bragg laser for the atom interferometer, as well as all the needed electronics to control the experiment.

Les verres de tellures sont des matériaux récemment remis au goût du jour pour des applications en optiques. Certaines compositions permettent en effet de transmettre la lumière loin dans l’infrarouge au-delà de 20 µm, mais leur tendance naturelle à recristalliser rend difficile la fabrication d’objet pour la photonique telle que des fibres optiques. Des verres du système Te-Ge-Se ont été développés dans le cadre du projet Darwin de l’Agence Spatiale Européenne permettant de détecter la bande d’absorption du CO2 à 15 µm. La première fibre optique monomode a été obtenue à partir d’une nouvelle méthode de fabrication de préforme par moulage. Les verres de tellure du système Te-Ge-AgI sont les seuls à ne pas présenter de pic de cristallisation en analyse thermique. Leur stabilité a été mise à profit pour développer des fibres optiques avec un niveau très bas de pertes optiques, de l’ordre de 3 dB∙m-1, ce qui constitue un record. Ces fibres ont été utilisées pour mettre en œuvre des expériences de spectroscopie par ondes évanescentes permettant d’accéder à une gamme de longueurs d’onde encore jamais atteinte de 2 à 16 µm. Ce gain sera de première importance pour la mise en service de ces fibres en biologie ou médecine.Par ailleurs, les verres de tellure sont les verres présentant les conductivités électroniques les plus élevées jamais mesurées. Il s’agit donc de matériaux potentiellement intéressants pour la thermoélectricité. Certaines compositions du système (Te/Se)-(As/Sb/Bi)-(Cu/Ag) ont été synthétisées et caractérisées. Des matériaux composites obtenus par broyage et compression de poudres de verre et de Bi0.5Sb1.5Te3 cristallisé ont été préparés. Ces derniers présentent un ZT = 0.365 à 413 K, ce qui est encourageant pour l’avenir. / The tellurium-based glasses are of interest because of their transparency in the mid- and far-infrared range. Tellurium-based glasses and optical fibers can be used for the detection the atmosphere of terrestrial planets in Darwin project and the identification of chemical species in the daily life. For the detection of CO2 (15 µm) on exoplanet, high purity Te-Ge-Se experimental single mode fiber which can transmit light up to 16 μm has been successfully fabricated based on a new preform molding process. Moreover, Te-Ge-AgI glasses, which present no crystallization peak and far infrared transmittance beyond 30 μm (as bulk), are also candidates for infrared sensing. A structural model proposed in this work provides some explanations on their good thermal stability. Low-loss single index fibers drawn from these glasses have shown their capabilities to collect mid-infrared spectra from 2 to 16 µm. To the best of our knowledge, it is the first fiber evanescent wave spectra collected on such a wide range. This achievement will be essential for future medical applications.Otherwise, tellurium-based glasses, due to the intrinsic poor thermal conductivity and high Seebeck coefficient, are good candidates as new materials in the thermoelectricity field. Te-As-Se-Cu glass with the introduction of copper up to 25% has been explored. By sintering this glass with Bi0.5Sb1.5Te3, glass-ceramic composites were also obtained exhibiting maximum zT values equal to 0.365 at 413 K.

Depuis quelques années on assiste à la prolifération de capteurs (pression, accélération, température) autonomes sans fil qui s'appuient sur la disponibilité d'une part d'éléments sensibles petits et performants et d'autre part sur de nouveaux circuits électroniques de communication à faible coût entre 300MHz et 3GHz. Ces composants répondent à la demande croissante pour des réseaux de capteurs communicants autonomes pour des applications distribuées de surveillance, d'analyse ou encore de diagnostic. Cependant, le développement de ces réseaux de capteurs communicants sans fil a mis en évidence une limitation intrinsèque de l'utilisation de la plupart des cellules de mesures existantes liée à l'autonomie énergétique du système. La majorité des recherches visant à augmenter l'autonomie des capteurs se focalisent d'une part sur la réduction de la consommation des cellules sensibles et des circuits électroniques et d'autre part sur la disponibilité de l'énergie embarquée. Bien que séduisantes, toutes ces solutions potentielles présentent des inconvénients majeurs tels que la complexité des dispositifs à mettre en œuvre, des faibles courants disponibles ou encore une quantité d'énergie stockée peu importante. Dans le cadre de cette thèse, on s'est intéressé au cas particulier des capteurs de pression et on a adopté une toute autre approche. En effet, l'objectif de ce travail consiste à repenser complètement le principe de fonctionnement du capteur en développant un nouveau mode de transduction complètement passif qui ne nécessite pas d'énergie embarquée et qui peut être interrogé à grande distance (plusieurs mètres à quelques dizaines de mètres) par radar. Ce mode baptisé `transduction électromagnétique' est basé sur la modification de la fréquence de résonance d'une fonction hyperfréquence par la grandeur à mesurer. Cette méthode originale de transduction convertit l'effet d'un gradient de pression en un décalage en fréquence. Dans une première étape, une validation théorique, par modélisation électromagnétique, du principe de fonctionnement est présentée. Ensuite, le dimensionnement de la cellule de mesure est réalisé en tenant compte, d'une part de l'aspect électromagnétique lié au circuit résonant, et d'autre part de l'aspect mécanique relatif aux contraintes technologiques pour les structures avec membrane silicium. Par la suite, des simulations électromagnétiques simplifiées ainsi que des simulations tenant compte de la déformation réelle de la membrane ont été réalisées pour valider, par simulation, le décalage en fréquence et ainsi valider le principe de fonctionnement du capteur. L'étape suivante a permis d'identifier les procédés technologiques en salle blanche qui ont permis de réaliser les premiers prototypes du capteur. Une fois les cellules de mesures fabriquées, des mesures RF ont été réalisées et viennent confirmer les résultats de simulations. Ensuite, en utilisant un banc de mesure spécialement dédié à ce type de capteurs, des mesures RF combinées avec des mesures en pression ont été menées pour la caractérisation en pression des prototypes et pour en extraire la sensibilité. Enfin, des perspectives sont ouvertes sur les aspects sans-fil et interrogation Radar du capteur / Manquant

La détection de gaz suscite depuis une dizaine d'années, un intérêt grandissant voir galopant, cela pour diverses raisons : environnementales, de santé publique, de sécurité (Hommes et infrastructures), etc... Ce dynamisme a pour conséquence un besoin de renouvellement et de perfectionnement des moyens de détection, qui croît à mesure que les normes existantes et les secteurs d'application respectivement, se complexifient et se diversifient. Une telle frénésie entraîne naturellement l'augmentation du nombre de projets de recherche sur cette thématique : le projet ANR PEPS, débuté en 2010, est l'un d'entre-eux. Acronyme de "Pellet Photonique Sensor", il vise à démontrer la faisabilité d'une plateforme de détection photonique multi-gaz exploitant l'effet thermo-optique, grâce à la combinaison de deux éléments centraux : des nanopoudres catalytiques sélectives aux gaz visés (dihydrogène ou monoxyde de carbone) et un composant photonique planaire très sensible aux variations d'indice de réfraction. Ce manuscrit est principalement consacré à la conception (sélection et optimisation) du composant photonique. / For about a decade, gas detection has known a tremendous interest, due to several reasons: environmental issues, public health, people and building safety, etc... This trend, triggered a spectacular and sustainable need of gas detection means improvement and development, which has grown with both standards sophistication and scope extension. As a matter of fact, the number of research projects related to this particular topic increased: PEPS ANR project, begun in 2010, is one of them. This research project, which is the acronym of Pellet Photonique Sensor, aim at developing a photonic multigas detection system based on thermo-optical effect, thanks to the combination of on one hand, catalitic nanopowders which react selectively with the target gas (hydrogen or carbon monoxide) and on the other hand, an high sensitive to refractive index variations planar photonic component. This thesis manuscript mostly treats of the photonic component design (choice and optimization).

L'évaluation clinique des patients hémiparétiques, avant et après un traitement, est une étape indispensable dans la prise en charge de leurs troubles de la marche. L’analyse tridimensionnelle quantifiée de la marche (AQM) permet de mesurer à chaque instant du cycle de marche différent paramètres. Néanmoins l’AQM est effectuée dans un environnement clinique forcément différent d’un environnement réel. Ce qui constitue donc une limite dans l’interprétation des résultats obtenus avec cet outil bien qu’elle soit considéré au jour d’aujourd’hui comme le gold standard pour l’évaluation de la marche. De fait le manque d’un autre dispositif permettant une évaluation précise de la marche en situation écologique a été largement pointé du doigt par les praticiens et ceci nous a conduit à réaliser ce travail de thèse. L’objectif de cette thèse était de développer un système de capteurs qui peut mesurer les paramètres de la marche des personnes hémiparétiques en situation écologique. Pour ce faire, les travaux de thèse sont consacrés à la mise en oeuvre d’algorithmes d’estimations d’orientation, à la conception de l’électronique du capteur de mouvement et du logiciel qui permettra la fusion des données. Pour que le système soit optimisé pour la marche des patients hémiparétiques, un nouvel algorithme de découpage automatique des données en fonction du cycle de marche a été développé en ayant recours à des télémètres en radio fréquence. Le nouveau système que nous proposons est basé sur une architecture distribuée de capteurs sans fil. Sa facilité de mise en place, sa compacité et son poids (léger) limitent les perturbations qu’il pourrait introduire lors de lamarche du patient. Différentes expérimentations ont été conduites pour évaluer la précision de la quantification des angles articulaires, la précision de la synchronisation des capteurs, la précision de la détection des évènements de la marche et la robustesse dans le cas d’une marche pathologique. Les valeurs des paramètres estimés par le système proposé ont étécomparées avec celles issues du système AQM. Le système montre une bonne robustesse lors de son utilisation dans le cas de la marche pathologique.De plus ils montrent que les différences entre les résultats acquis avec l’AQM et ceux acquis avec le système multi-capteur sans fil proposé sont très faibles. / Clinical evaluation of stroke patients before and also after treatments is an essential step in gait rehabilitation. A 3D gait analysis system allows quantification of several parameters at each instant of walking. Nowadays, the 3D gait analysis system is used in clinical conditions which are different from daily life conditions. Indeed, the 3D gait analysis system, considered as a reference, can only be used at hospital. The absence of device usable in daily life situation constitutes a lack pointed out by clinical practitioners and was at the origin of this research. The objective of this thesis was to develop a wearable system that can measure the gait parameters of stroke patient in daily life situations. To do this, this thesis was devoted to the implementation of algorithms for joints angles estimation, to the design the electronics of the wearable movement sensors and the sensors’ firmware. In order to make the system optimized for stroke patients,a new algorithm for automatic partitioning data into gait cycles has been developed. Radio frequency rangefinders have been specially developed for this new algorithm. The wireless sensor system that we proposed is based on a distributed architecture. Its easy installation, compactness and light weight reduce their possible influence on patients’ gait. Different experiments had been carried out to evaluate with accuracy the joint angles, the precision of the sensor synchronization, the precision of the gait events detection and the robustness in the case of pathological walk. The gait parameters quantified by this new system are similar to those obtained with the 3D motion analysis system. The system shows good robustness when used in the case of pathological walking and the differences of results obtained with respectively the 3D motion analysis system and the proposed multi-sensor wireless system are limited. Once industrialized, it will be quite possible to use it to assess patients’ gait in daily life conditions.

Le marché des capteurs de pression pour le secteur aéronautique est mature mais encore en forte croissance, caractérisé par une forte valeur ajoutée, et générateur d'une forte demande en innovation. Par exemple, le rapprochement des systèmes de mesure vers les zones chaudes de l'avion nécessite de revoir l'architecture du capteur, dont l'élément sensible.Pour répondre à ces besoins, nous avons développé un capteur de pression intégrant une détection du mouvement d'un microrésonateur sur membrane avec des nanofils en silicium piezorésistifs. Une version simplifiée de microrésonateur sans ces nanojauges de déformation a été conçue, modélisée, fabriquée puis caractérisée afin d'en valider le bon fonctionnement. En parallèle, les caractéristiques électro-thermo-mécaniques et de bruit de nanojauges couplées à des résonateurs M&NEMS issus de précédents travaux ont été étudiées. Nous avons ainsi montré qu'un nanofil en compression harmonique longitudinale à basse fréquence se comporte comme un ressort-amorti pouvant dominer la réponse harmonique du résonateur MEMS, malgré ses dimensions minuscules. De plus, nous avons montré pour la première fois que la réponse harmonique d'un résonateur pouvait être ajustée « in-situ » à l'aide du phénomène de rétro-action pieozorésistive en modifiant uniquement la polarisation des nanofils. Enfin, les performances théoriques du capteur de pression ont été estimées à partir de données expérimentales relevées sur différents types de résonateurs M&NEMS. Ces performances théoriques sont satisfaisantes vis-à-vis des spécifications du capteur, mais nécessiteront néanmoins d'être validées expérimentalement. / The market of pressure sensors for aeronautics is mature but still strongly growing, defined by a strong added value and a large innovation need. Bringing pressure sensors closer to hot parts of the plane, requires, for example, to re-consider the sensor architecture, including the sensitive element.In order to comply with these requirements, we have developed a resonant pressure sensor with motion detection by Si piezoresistive nanowires. A simplified version of the resonator without these nanogauges has been modelled, fabricated and characterized to confirm its good operation. In parallel, electro-thermo-mechanical and noise characteristics of nanogauges coupled to M&NEMS resonators arising from previous works have been studied. We have notably demonstrated that the damped-spring behavior of an harmonically longitudinally stressed nanowire at low frequency could govern the MEMS resonator response, despite its tiny dimensions. Moreover, we have shown for the first time that the resonator response could be tuned “in situ” owing to the piezoresistive back action phenomenon only by acting on the nanowire biasing.Eventually, the theoretical performances of the resonant pressure sensor have been estimated from experimental data on different kind of M&NEMS resonator. These theoretical performances satisfy the sensor specifications; nevertheless they need to be confirmed experimentally.

L’activité cérébrale se traduit par des courants ioniques circulant dans le réseau neuronal.La compréhension des mécanismes cérébraux implique de sonder ces courants, via des mesures électriques ou magnétiques, couvrant différentes échelles spatiales. A l’échelle cellulaire, les techniques d’électrophysiologie sont maitrisées depuis plusieurs décennies, mais il n’existe pas actuellement d’outils de mesure locale des champs magnétiques engendrés par les courants ioniques au sein du réseau neuronal. La magnéto-encéphalographie(MEG) utilise des SQUIDs(Superconducting QUantum Interference Devices)fonctionnant à très basse température, placés en surface du crâne, qui fournissent une cartographie des champs magnétiques mais dont la résolution spatiale est limitée du fait de la distance séparant les capteurs des cellules actives. Le travail présenté dans cette thèse propose de développer des capteurs magnétiques à la fois suffisamment sensibles pour être capable de détecter le champ magnétique extrêmement faible générés par les courants neuronaux (de l’ordre de 10⁻⁹ T), et dont la géométrie est adaptable aux dimensions des cellules, tout en fonctionnant à température ambiante. Ces capteurs,basés sur l’effet quantique de magnétorésistance géante (GMR, sont suffisamment miniaturisables pour être déposés à l’extrémité de sondes d’une finesse de l’ordre de 100 μm. L’utilisation de capteurs GMR pour la mesure de signaux biomagnétiques fut d’abord testée lors d’expériences in-vitro, réalisées sur le muscle soléaire de souris. Ce système biologique a été choisi pour sa simplicité,rendant la modélisation accessible, ainsi que pour sa robustesse, permettant d’avoir des résultats fiables et reproductibles. Le parfait accord entre les prédictions théoriques et les signaux magnétiques mesurés valide cette technologie. Enfin, des expériences in vivo dans le cortex visuel du chat ont permis de réaliser la toute première mesure de la signature magnétique de potentiels d’action générés par des neurones corticaux, ouvrant la voie à la magnétophysiologie. / Information transmission in the brain occurs through ionic currents flowing inside the neuronal network. Understanding how the brain operates requires probing this electrical activity by measuring the associated electric or magnetic field. At the cellular scale, electrophysiology techniques are well mastered, but there is no tool to perform magnetophysiology. Mapping brain activity through the magnetic field generated by neuronal communication is done via magnetoencephalography (MEG). This technique is based on SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices) that operate at liquid Helium temperature. This parameter implies to avoid any contact with living tissue and a shielding system that increases the distance between the neurons and the sensors, limiting spatial resolution. This thesis work aims at providing a new tool to performmagnetic recordings at the neuronal scale. The sensors developed during this thesis are based on the Giant Magneto-Resistance (GMR) effect. Operating at room temperature, they can be miniaturize and shaped according to the experiment, while exhibiting a sensitivity that allows to measure amplitude of 10⁻⁹ T. Before targeting neurons, the use of GMR-based sensors for magnetic recordings of biological activity has been validated through invitro experiments on the mouse soleus muscle. This biological system has been chosen because of its simple organization, allowing for a realistic modelling, and for its robustness, in order to get reliable and replicable results. The perfect agreement between the measurements and the theoretical predictions represents a consistent validation of the GMR technology for biological applications. Then a specially adapted needle-shaped probe carrying micron-sized GMR sensors has been developed for in-vivo experiment in cat visual cortex. The very first magnetic signature of action potentials inside the neuropil has been measured, paving the way towards magnetophysiology.

La magnétorésistance anisotrope (AMR) des matériaux ferromagnétiques est largement utilisée comme le phénomène de base pour la mesure ou la détection de champ magnétique. En raison de la relation entre la configuration en domaines magnétiques et la résistivité macroscopique, l'application d'un champ magnétique externe modifie la résistivité des matériaux ferromagnétiques. Bien que cet effet soit largement utilisé dans des applications industrielles, certains aspects fondamentaux du comportement AMR sont encore assez mal compris. Par exemple, le rôle de la texture cristallographique dans le comportement effectif n'est pas décrit avec précision par les outils classiques de modélisation. En raison de ce lien direct entre la microstructure en domaines et l'effet AMR, les modèles de description de l'effet AMR reposent généralement sur des calculs micromagnétiques. Pour ces calculs, le nombre de degrés de liberté et d'interactions peuvent se multiplier rapidement si on recherche à décrire un comportement macroscopique (cas des polycristaux par exemple).La thèse porte sur la modélisation numérique de l'effet de magnétorésistance anisotrope des matériaux ferromagnétiques. Ce nouvel outil de modélisation 3D peut remédier à cet inconvénient majeur des approches micromagnétiques. Un modèle permettant de décrire les effets de couplage magnéto-élastique en utilisant une approche micro-macro est disponible au laboratoire GeePs. Sur la base des mêmes principes de la modélisation micro-macro, un outil de simulation de l'effet AMR en fonction de la contrainte mécanique et de la texture cristallographique des matériaux a été développé.La stratégie de modélisation est la suivante:Trois échelles de description du comportement sont introduites: le Volume Elémentaire Représentatif (VER) polycristallin (échelle macro), le monocristal ou grain, et enfin le domaine magnétique (échelle micro).Une première étape dite de localisation permet de déterminer le chargement magnéto-mécanique (champ magnétique et contrainte mécanique) à l'échelle d'un grain en fonction du chargement extérieur appliqué. L'introduction de variables internes et des lois d'évolution correspondantes permet de décrire de façon statistique l'évolution de la microstructure en domaines magnétiques sous l'influence de ce chargement local. Toujours à cette échelle, l'utilisation du modèle phénoménologique de Doring permet, pour chaque domaine, de calculer la résistivité en fonction de l'orientation relative entre aimantation locale et courant électrique. Une fois cette résistivité locale connue, une étape dite d'homogénéisation s'appuyant sur le modèle de Bruggeman permet de déterminer la résistivité macroscopique du VER polycristallin. Il est ainsi possible de prédire la variation de la résistivité entre un état initial désaimanté et un état sous chargement magnéto-mécanique quelconque.Les résultats obtenus par cette démarche ont été comparés avec succès à des résultats expérimentaux extraits de la littérature portant sur des polycristaux de Nickel, de Fer pur ou encore de Permalloy.Ensuite des simulations reproduisant les conditions de fonctionnement des capteurs AMR ont été effectuées. Ces simulations permettent de conclure qu'il est possible d'améliorer la sensibilité des capteurs AMR en générant une contrainte résiduelle biaxiale. / The anisotropic magnetoresistance (AMR) of ferromagnetic materials is widely used as the basic phenomenon for measuring or detecting magnetic field. Owing to the relationship between magnetic domain configuration and macroscopic resistivity, the application of an external magnetic field changes the resistivity of ferromagnetic materials. Although this effect is widely used in industrial applications, some basic aspects of AMR behavior are still unsufficiently understood. For example, the role of crystallographic texture is not accurately described by conventional modeling tools. As a consequence of the direct relationship between microstructure and AMR, models for AMR effect are generally based on micromagnetic calculations. For these calculations, the number of degrees of freedom and interactions can grow exponentially when investigating macroscopic behavior (case of polycrystals for example).The thesis deals with the numerical modeling of AMR effect in ferromagnetic materials. This new 3D modeling tool can overcome this major drawback of micromagnetic approaches. A model to describe the effects of magneto-elastic coupling using a micro-macro approach is available at the laboratory GeePs. Based on the same principles of micro-macro modeling, an AMR effect simulation tool has been developed including the effect of mechanical stress and the role of crystallographic texture of materials.The modeling strategy is as follows:Three scales of description of the behavior are introduced: the Representative Volume Element (RVE) of polycrystals (macro scale), the single crystal or grain, and finally the magnetic domain (micro scale).A first step, named localization, determines the magneto-mechanical loading (magnetic field and mechanical stress) within a grain depending on the external applied load. The introduction of internal variables and corresponding evolution laws allow describing in a statistical way the evolution of the magnetic domain microstructure under the influence of the local load. Also at this scale, the use of the phenomenological Doring model allows for each area, to calculate the resistivity as a function of the relative orientation between local magnetization and electric current. Once this local resistivity is known, a so-called homogenization step based on the Bruggeman model is used to determine the macroscopic resistivity of the RVE. It is thus possible to predict the variation in resistivity between an initial demagnetized state and a state under any magneto-mechanical loading.The results obtained by this approach were successfully compared to experimental results from literature on polycrystalline nickel, pure iron or Permalloy.Then simulations reproducing AMR sensors operating conditions were carried out. These simulations lead to the conclusion that it is possible to improve the sensitivity of AMR sensors by introducing an appropriate biaxial residual stress.

Les équipementiers automobiles d’organes à hautes exigences sécuritaires travaillent sans cesse sur l’amélioration de la sûreté de fonctionnement de leurs systèmes et préparent leur insertion dans l’air du véhicule autonome. Dans ce cadre, nous avons travaillé sur la conception et le développement d’un capteur de force pour la direction à assistance électrique (DAE) avec le défi de proposer une solution sans fil, facile à fabriquer et à intégrer au système. Dans cette thèse, des travaux de modélisation et d’expérimentation ont porté principalement sur deux aspects : le capteur de force et son alimentation sans fil. Pour la mesure de force, une solution basée sur l'utilisation d'un matériau piézoélectrique a été proposée. L’utilisation d’un tel matériau pour la mesure de la composante dynamique de la force est largement répandu, cependant la mesure statique reste extrêmement réduite aux applications MEMS (mesure de pression). La technique repose sur l’onde acoustique de volume (Bulk Acoustic Wave). Un échantillon piézoélectrique inséré dans une structure, soumis à une force voit sa fréquence de résonance varier. Des travaux de modélisation analytique, éléments finis et multi-échelle ainsi que de l’expérimentation ont permis de comprendre les phénomènes physiques mis en jeux dans ce type de transducteur et de proposer des orientations pour la conception du transducteur de force optimal. Un démonstrateur a été mis en place permettant la mesure d’une force statique maximale de 1500 N. L'alimentation sans fil du capteur est assurée par la technique du couplage magnétique résonant. Vu le caractère conducteur et ferromagnétique de l’environnement du système de direction, une approche de modélisation basée sur la méthode des éléments finis et la méthode des constantes localisées a été mise en place afin d’étudier le comportement d’une telle technique dans cet environnement. Par la suite, une conception a été proposée et un prototype a été réalisé. Des mesures expérimentales ont montré que la conception répond au cahier des charges imposé par l’entreprise. / Original equipment manufacturer for automotive components with high safety requirements are continually working to improve the system safety and prepare their integration to the driverless car. Within this context, we worked on the design and development of a force sensor for the electric power steering (EPS) system with the challenge of providing a wireless solution, easy to manufacture and to integrate to the system. In this thesis, modeling and experimental activities have focused mainly on two aspects: the force sensor and its wireless power supply system. For force measurement, a solution based on piezoelectric material was proposed. The use of such material to measure the dynamic component of the force is widespread; however, static force measurement remains extremely limited to MEMS applications (pressure measurement). The technic utilizes the bulk acoustic wave (BAW). The resonance frequency of a piezoelectric specimen positioned within a mechanical structure varies with an externally applied force. Analytic modeling activities, finite element method based and multi-scale approach with experimentation activities allow the understanding of the physical mechanisms behind the observed behavior of the transducer and to propose guidance for optimal design of the force transducer. A demonstrator was set up and showed a static force measurement capability up to 1500N.The wireless power supply is achieved by the resonant magnetic coupling technique. In order to analyze the effect of the environment of the electric power steering system characterized by conductive and ferromagnetic parts, a modeling approach based on the finite element method and the lumped-element method was adopted. Afterwards, a design was proposed and a prototype was carried out. The experimental measurement shows that the design meets the company requirements.