Ce travail de thèse concerne l'étude des propriétés électrochimiques des fibres de nanotubes de carbone (NTC). D'une part, nous nous sommes intéressés à leurs caractéristiques en tant que nouveau capteur analytique. Pour cela, une procédure de fabrication de microélectrodes au comportement stable et reproductible a été mise en place. Puis leur comportement analytique intrinsèque fut caractérisé avant de procéder à des modifications de surface pour les rendre plus sélectives. D'autres part, nous nous sommes intéressés aux propriétés électromécaniques des fibres de NTC, soit leur comportement en tant qu'actionneur électrochimique capable de générer une déformation mécanique en réponse à une injection de charge électrique. Nous avons caractérisé leurs performances en terme de contrainte et déformation mécanique générée. Des voies d'optimisation ont été investies. Enfin, nous montrons l'influence que peut avoir l'alignement des NTC au sein de la fibre sur leur propriétés. Ces premières investigations électrochimiques concernant les fibres de NTC, ouvrent de nombreuses voies d'applications prometteuses vers des systèmes analytiques (capteurs, biocapteurs) mais aussi mécaniques (robots, outils chirurgicaux, muscle artificiel) performants et fiables.

Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans le développement de capteurs à ondes élastiques de surface pour la télémesure de grandeurs physiques pour les applications biomédicales, et plus particulièrement la mesure de pression artérielle. Ce mémoire présente tout d'abord le développement d'un modèle physique inédit permettant la simulation de dispositifs à ondes élastiques de surface en milieu contraint mécaniquement avec une distribution inhomogène de contrainte. L'ensemble du modèle est détaillé et utilisé afin d'optimiser la géométrie d'un capteur de pression à membrane. L'étude est dédiée aux capteurs sur quartz mais peut être appliquée à tout type de matériaux piézoélectriques. Ce mémoire présente également la réalisation du capteur. L'application en tant que capteur a été validée et comparée avec les résultats obtenus à partir du modèle développé. Les comparaisons théorie/expériences montrent l'efficacité du modèle développé et la pertinence des règles de conception, qui jusqu'à présent, n'avait aucun équivalent. Le modèle développé mis en \oe vre sous forme logicielle permet des études plus poussées dans tout le domaine d'application de capteur à base de dispositifs à ondes élastiques et plus particulièrement pour les mesures de grandeur mécaniques comme illustré tout au long de ce mémoire. Pour conclure le manuscrit, nous montrons l'utilisation du capteur pour la mesure de la pression artérielle par voie externe.

This work is concerned with the design design full functional nodes and to evaluate an application in wireless sensor network. The resulting designed product could form a reliable support for transferring data between nodes and a computer. MaxStream XBee ZNet 2.5 modules are chosen as the radio platform and LabVIEW as the virtual instrument for user interface.

Éléments essentiels des systèmes de télécommunication depuis environ trente ans, les dispositifs à ondes élastiques de surface offrent également l'opportunité, de par leur sensibilité aux conditions environnementales et leur caractère passif, de réaliser des capteurs sans-fil autonomes (sans électronique ni source d'énergie embarquées), configuration particulièrement intéressante pour la mesure à haute température. Nos travaux se sont focalisés sur le choix des matériaux pouvant constituer de tels capteurs, au niveau des deux éléments les constituant : le substrat piézoélectrique et les électrodes métalliques. Ces dernières sont généralement constituées de platine, de par l'inertie chimique particulièrement importante de ce métal noble. Nos travaux nous ont permis d'attribuer la dégradation de ces électrodes, généralement observée aux alentours de 700°C, à un phénomène spécifique des films minces, dénommé agglomération, nous conduisant par la suite à envisager et à tester des solutions plus efficaces. En ce qui concerne le substrat, nos efforts ont porté sur la structure bicouche AlN/Saphir, prometteuse pour de telles applications, mais encore peu étudiée. Après l'optimisation des paramètres de dépôt du film mince par pulvérisation réactive magnétron, permettant d'obtenir une couche épitaxiée, nous nous sommes intéressés à la résistance à l'oxydation de l'AlN à haute température dans l'air. L'utilisation croisée de la diffraction des rayons X, de l'ellipsométrie et de la spectroscopie de masse des ions secondaires nous a permis de montrer que l'on peut envisager l'emploi de cette structure bicouche pour les applications visées à des températures allant jusqu'à 700°C / Surface acoustic waves devices are key components of telecommunication systems for more than thirty years or so. Because they are passive and very sensitive to external conditions, they also offer the possibility to make autonomous wireless sensors (electronic-less and battery-less), which could be particularly interesting in high-temperature environments. Our work was focused on the choice of materials allowing the fabrication of such sensors for both parts of the device: piezoelectric substrate and metallic electrodes. The latter are generally made of platinum because of the great chemical inertness of this noble metal. Our work allowed us to attribute their degradation, starting around 700°C on, to a phenomenon called agglomeration which is very specific to thin films. This result led us to consider and test more efficient solutions. Regarding the substrate, we mainly studied AlN/Sapphire bilayer structure, promising for such applications but not really studied yet. After the optimization of the deposition parameters of the thin film, realized by reactive magnetron sputtering, leading to the epitaxial quality, we studied the strength of AlN to oxidation under high temperature in air atmosphere. Results given by X-ray diffraction, ellipsometry and secondary ion mass spectroscopy converged to show that AlN/Sapphire structure is a good candidate for such applications at temperatures up to 700°C

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La méthode des courants de Foucault (CF) est très largement utilisée en milieu industriel pour l’évaluation non destructive (END) de pièces ou de structures électriquement conductrices, parce qu’elle est sensible, robuste peu couteuse et non polluante. Toutefois, dans le cas général, l’évaluation quantitative des paramètres caractéristiques d’une structure est un problème difficile, d’une part parce que les données CF disponibles sont généralement incomplètes, d’autre part parce qu’il est nécessaire de faire appel à des modèle numériques élaborés pour rendre compte des interactions sonde / structure, et enfin, parce que le problème inverse consistant à estimer les paramètres de la structure à partir de la connaissance des interactions physiques et des données CF disponibles est « mal posé ».Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème particulier de l’évaluation de jeux entre pièces dans un assemblage métallique. Pour contourner les difficultés liées à la mise en oeuvre de l’évaluation quantitative par CF, nous avons choisi de placer nos travaux dans un cadre multifréquence afin d’enrichir les données d’observation fournies par la sonde, et d’adopter une démarche consistant à élaborer des modèles comportementaux issus de l’analyse statistique des interactions sonde / structure. Partant de l’analyse de l’effet d’un jeu apparaissant entre les plaques d’un assemblage de plaques d’aluminium sur la variation de l’impédance normalisée de la sonde, menée expérimentalement et par simulations à l’aide de codes éléments finis, nous avons tout d’abord bâti un modèle comportemental approché d’interactions reposant sur la linéarité de la relation observée dans une bande de fréquences d’examen liée aux dimensions de la structure étudiée. Dans ce cadre, nous avons proposé, implanté et discuté des performances de plusieurs algorithmes de résolution du problème inverse, permettant d’estimer le jeu entre pièces et l’épaisseur de la pièce « cachée » de l’assemblage. Ensuite, nous avons étendu l’approche proposée à l’aide de réseaux de neurones artificiels, puis appliqué la méthode comportementale proposée à un second problème : celui de la caractérisation de fissures de fatigue réelles dans des pièces massives. Les résultats obtenus inclinent à considérer que la démarche proposée est généralisable à d’autres configurations en END par CF. / The eddy current (EC) method is widely used in the industry for the nondestructive evaluation (NDE) of electrically conductive structures, because it is sensitive, robust, cost effective and non polluting. However, in the general case, the quantitative evaluation of the parameters of a structure is a difficult problem, because the available EC data are generally incomplete, because it is necessary to have numerical models developed to account for the probe / structure interactions, and finally, because the inverse problem which consists in estimating the parameters of an inspected structure from the knowledge of those physical interactions and the available EC data is "ill-posed".In this work, we focus on the evaluation of air gaps between the parts of a metallic assembly. In order to cope with the difficulties associated with the implementation of an EC quantitative evaluation, we choose to use a multi-frequency approach so as to increase the data provided by the EC probe, and to build behavioral models from the statistical analysis of the probe / structure interactions. Experimental data and simulated data based on finite elements modeling are analyzed. A first approach behavioral model of the probe/structure interactions is deduced from these analyses, which is based on the linear relationship observed (in a particular excitation an frequency band depending on the dimensions of the studied structure) between the variations of the sensor normalized impedance and the air gap to evaluate. Moreover, we propose, implement and discuss the performances of several algorithms designed to solve the inverse problem dealing with the estimation of both the multilayered structure air gap and "hidden" plate thicknesses. Then, we extend the proposed multi-frequency behavioral approach thanks to artificial neural networks, and we apply the proposed behavioral method to a second problem : that of the characterization of real fatigue cracks in metallic massive parts. The obtained results let the generalization of the proposed approach to other EC NDE configurations to be envisaged.

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 / A major research effort is necessary to ensure flight control for miniaturized UAV. This research is based on a new generation of inertial sensors, the vibrating sensors, which offer because of their principle and their associated technology achievement, interesting prospects in terms of miniaturization / performance / cost. The focus of this research was to study the relationship between performance and size of silicon vibrating accelerometers.We have established the boundaries of this type of sensor based on the size of the resonator. In particular, the quality factor has emerged as a determining factor and an experimental study was conducted to validate the theoretical models. Thus, many experimental results have enabled us to estimate the expected performances. Finally, a first architecture of silicon vibrating accelerometer is presented

Lors de la fabrication de pâtes à papier, désencrée et mécanique, des substances dissoutes et colloïdales sont libérées dans les eaux du procédé. Celles-ci peuvent dans certaines conditions se déstabiliser et former des agglomérats collants, appelés « stickies ». La présence de ces agglomérats engendre des perturbations lors de la formation de la feuille sur la machine à papier, notamment des casses. Les travaux présentés dans cette thèse montrent l'impact du taux d'extractibles, obtenue de manière automatisée grâce à la mise en place d'un capteur, sur l'apparition des casses d'origine stickies. D'autre part, le vieillissement de la pâte désencrée a été identifié comme une des causes des modifications physico-chimiques de la pâte, conduisant à la déstabilisation des substances dissoutes et colloïdales des pâtes mécanique et désencrée lors la phase de mélange. Enfin, des solutions ont été proposées afin de limiter le phénomène d'agglomérations des substances dissoutes et colloïdales et par conséquent de diminuer le nombre de casses sur la machine / During the manufacturing of paper pulp, deinked and mechanical, dissolved and colloidal substances are released into the waters of the process. These can become unstable under certain conditions and form sticky agglomerates, called "stickies". The presence of these agglomerates generates disturbances in the formation of the sheet on the paper machine, including breaks. The works presented in this thesis show the impact of the level of extractible, obtained in an automated manner through the establishment of a sensor, on the occurrence of the breaks of stickies origin. On the other hand, the ageing of deinked pulp has been identified as a cause of physico-chemical changes of the pulp, leading to the destabilization of dissolved and colloidal substances from mechanical and deinked pulps during the mixing phase. Finally, solutions have been proposed to limit the phenomenon of agglomeration of dissolved and colloidal substances and reduce the number of breaks on the machine

Le but de l'étude est de comprendre et de prédire les performances de détection en phase gazeuse des capteurs chimiques à surface de matériaux sensibles. Les travaux ont porté sur des microbalances à quartz revêtues de polysiloxanes fonctionnalisés. Des mesures à l'équilibre, en exposant ces capteurs à différentes vapeurs organiques, ont mis en évidence la sélectivité des matériaux employés. Pour rationaliser ces résultats, les étapes impliquées dans la détection ont été examinées. Des mesures par PM-IRRAS ont permis de montrer la proportionnalité de la réponse vis-à-vis de la quantité d'analyte absorbé. Des affinités en phase condensée ont été déterminées par une nouvelle méthode par RMN d’études de mélanges sans solvant. L'application de cette méthode à des composés modèles a validé le calcul de l'enthalpie de mélange par l'approche de Hansen. Celle-ci permet également d’obtenir calculer les coefficients de Hansen des matériaux sensibles avec des méthodes de contributions de groupes. Enfin, sur ces résultats, un modèle numérique a été construit pour calculer a priori la réponse d'un capteur à partir de la formule chimique des composés sensible et de l'espèce détectée. / The aim of this study is to understand and model the responses of coated chemical sensors for gas phase detection. The work exposed here focuses on quartz crystal microbalance (QCM) coated with functionalized polysiloxanes. Measurements were carried with the QCM exposed to organic vapours when equilibrium was reached. It has been shown that selectivity depends on the material used. To understand that selectivity, each step involved in the detection has been investigated. First of all, with PM-IRRAS, we verified that the frequency shift was proportional to the amount of absorbed analyte. Then, affinity in liquid phase has been determined through a new methodology by NMR. It has also been used, on model system to prove the applicability of Hansen solubility coefficient to calculate mixing free enthalpy. For polymers, those coefficients have been determined using NMR combined with group contribution methods. Based on these descriptors, a numerical model has been built to calculate a priori the performance of a sensor based on, the chemical structure of the sensitive material and of the detected compound.

Les capteurs 3D existants sont encore peu utilisés et ne permettent que l’acquisition de données 3D. En cas de nécessité de données 2D monochrome ou couleur, il faut alors obligatoirement ajouter un capteur supplémentaire et procéder au recalage des données. La société NT2I a décidé de développer sa propre solution afin de pouvoir rester maître de la chaîne d’acquisition. Mon travail a consisté en la conception d’un capteur spécifique intégrant couleur et calibration et au traitement des images issues de celui-ci. Pour cela, j’ai été amené à travailler sur l’extension du modèle LIP (Logarithmic Image Processing) pour des images couleur et à l’implémentation d’algorithmes temps réel / The existing 3D sensors aren’t much used and are only capable of capturing 3D dat. When 2D data are necessary, one has to use another camera and correlate the 2 images. NT2I has decided to develop its own solution in order to control the acquisition chain. My work has been to develop a specific camera with color, calibration, and image processing algorithms. In that purpose, I've worked on the extension of the LIP model (Logarithmic Image Processing) for color images and on the implementation of real time algorithms