Sans fils, portable, et performance sont devenus les mots-clés dans les marchés des électroniques et télécommunications. Ces mots clés sont très exigeants aux niveaux des conceptions de circuits et de la technologie. En effet, la conception de circuit n’est plus loin de la technologie. Le passage de micro- au nano-électronique a été accompagné par des améliorations révolutionnaires dans la modélisation de composant. Afin de répondre aux défis des applications avancées, il est indispensable que le model s’approche de la physique du composant, au contraire du cas précédent où des modèles empiriques étaient utilisés. Le concepteur de circuit est donc obligé de bien comprendre la physique du composant. Une recherche approfondie est fortement demandé dans cette zone peu servie entre la conception de circuit et la caractérisation conventionnelle des composants.Dans ce contexte, cette thèse est dévoué à établir le lien entre la caractérisation des composants d’un côté et la conception de circuit de l’autre côté, en particulier pour les applications haute fréquence. Cela est atteint en appliquant une recherche élaborée de différentes structures des transistors. Des technologies différentes sont aussi considérées comme les technologies bulk, SOI partiellement- et complètement- déserté. Sur base d’un cycle complet de recherche (en commençant par le layout jusqu’aux mesures sous pointes), une comparaison détaillé des tous les transistors (en terme des performances de dc, ac, RF, non-linaires, bruit RF, faible tension faible puissance et haute température) est présentée afin de fournir le concepteur de circuit RF avec un ensemble d’information suffisant pour une conception réussite. / Wireless, portable, and performance are becoming the keywords for both the consumer electronics and the telecommunication markets. These key requirements are very demanding on the circuit design and on the technology levels. In fact, the circuit design is no more separated from the technology. The passage from micro- to nano-electronics was accompanied by significant revolutionary enhancements and modifications of device modeling. In order to meet the new challenges of advanced applications, it is indispensable for the device model to approach from the device physics, as opposed to the empirical models known earlier. This leads, de facto, to a more complicated device model. As a result, a good circuit designer should coercively comprehend the device physics. A profound research is indeed compulsory in this gray area between the circuit design and the device characterization conventional areas.In this context, the work of this PhD thesis is devoted to provide the link between the device engineering/characterization domain and the circuit design domain, pronouncedly for RF applications. This is achieved through an elaborated research of already existing transistor structures (floating-body and body-tied) as well as new structures (graded channel). Different technologies such as bulk, partially- and fully-depleted SOI are also considered. Based on a complete flow (design of layout to on-wafer measurements), a detailed comparison of all transistors (in terms of dc, ac, RF, non-linear, RF noise, low voltage low power, and high temperature performances) is presented in order to render the RF circuit designer with adequate information for a successful RF product.

Ce mémoire de maîtrise traite des circuits actifs amplificateurs dont la conception est faite spécialement pour qu'ils soient intégrés aux métamatériaux électromagnétiques, en particulier à une antenne à ondes de fuite CRLH (Composite right/left-handed). Cette antenne a la particularité de pouvoir varier la direction de son rayonnement sur près de 180 degrés, en changeant simplement la fréquence du signal émis. Par conséquent, elle est une candidate de choix pour les applications radars. Toutefois, étant donné que son gain est relativement faible, des amplificateurs ont été ajoutés entre certaines de ses sections pour créer une antenne active CRLH [Casares-Miranda et al. , 2006]. Malheureusement, cette dernière n'est optimisée que pour une seule fréquence, donc pour un rayonnement dans une seule direction. Lobjectif de ce projet est donc la conception d'amplificateurs qui permettraient que cette antenne active ait un rayonnement optimal à toutes les fréquences. Dans ce texte, la théorie générale des métamatériaux est expliquée pour ensuite se concentrer sur les caractéristiques de l'antenne à ondes de fuite CRLH. Une étude de celle-ci est complétée de manière a déterminer les spécifications nécessaires des circuits amplificateurs qui y seront intégrés. Il est ainsi indiqué que pour fabriquer une antenne à ondes de fuite active idéale, les amplificateurs devraient avoir un gain constant sur toute la bande. Aussi, le déphasage introduit par ceux-ci doit être le plus constant possible sur toute cette bande, donc le délai de groupe de ces circuits doit être minimum. Cependant, un fait intéressant qui est amené par cette étude est qu'en intégrant des déphaseurs dans les circuits amplificateurs, il est possible de fabriquer une antenne à ondes de fuite CRLH active dont on peut obtenir une grande variété de diagrammes de rayonnement sur toute la plage de fréquences. Par conséquent, l'étude, la conception et la fabrication de circuits amplificateurs et déphaseurs sont discutées. Ces circuits sont faits avec des MESFET.

Le travail de thèse contribue à établir des liens entre structures algébriques non-linéaires, décrites par des théories algébriques, et des structures algébriques linéaires, encodées par des algèbres sur une opérade linéaire. Pour les théories algébriques dont les modèles forment une catégorie semi-abélienne (ce qui inclut la plupart des structures intéressantes), un tel lien a été exhibé récemment par M. Hartl, au niveau des objets gradués associés à une nouvelle notion de suite centrale descendante des modèles d'une théorie donnée : il s'avère qu'ils ont une structure naturelle d'algèbre graduée sur une certaine opérade de groupes abéliens associée à la théorie. Le sujet de thèse s'inscrit dans le projet d'étendre ce lien au niveau global, c'est-à-dire d'établir des correspondances du type Mal'cev et Lazard dans le cas des groupes, à savoir entre les modèles nilpotents suffisamment radicables et les algèbres nilpotentes sur l'opérade linéaire correspondante (après tensorisation avec un sous-anneau des rationnels approprié). Ces correspondances jouent un rôle fondamental en théorie des groupes et commencent à faire leurs preuves en théorie des loops grâce au développement plus récent d'une théorie de Lie non-associative; on peut s'attendre à ce qu'il en soit de même dans un contexte plus général. Il est important de noter qu'aussi bien dans les correspondances classiques de Mal'cev et Lazard que dans leurs généralisations à des variétés multiples de loops (Moufang, Bruck, Bol etc.), le passage des algèbres (de Lie, de Mal'cev etc.) appropriées aux objets non-linéaires (groupes, voire loops) qui leur correspondent, est donné par une formule de Baker-Campbell-Hausdorff appropriée, déduite d'une étude de fonctions exponentielles et logarithmes. Dans la thèse, une nouvelle approche est développée pour construire une correspondance (en fait, une équivalence de catégories) du type Lazard entre une variété (dite aussi catégorie algébrique) 2- nilpotente 2-radicable (dans un sens approprié) C donnée et les algèbres sur une opérade symétrique unitaire linéaire et 2-nilpotente AbOp(C) dépendant de la variété, vivant dans la catégorie monoïdale des Z[1/2]-modules à gauche. L'anneau de fraction Z[1/2] apparaît car notre définition de 2-divisibilité d'objets de C se traduit par la condition de 2-divisibilité classique sur le premier terme de l'opérade. L'équivalence de type Lazard se construit grâce à la théorie des foncteurs polynomiaux (plus précisément quadratiques) et à la notion d'extension linéaire de catégories. L'idée principale est de chercher une équivalence quadratique (i.e un foncteur quadratique qui est une équivalence de catégories) entre une variété semi-abélienne 2-nilpotente 2-radicable donnée C et la catégorie des algèbres sur AbOp(C), que nous appellerons le foncteur de Lazard. La nouveauté principale de cette approche est de ne pas construire ce foncteur explicitement sur tous les objets et les morphismes, en utilisant une formule de BCH établie au préalable; mais au contraire de construire l'"ADN" du foncteur de Lazard, c'est-à-dire un ensemble de données minimales le caractérisant étudié dans ce travail de thèse, et d'en déduire une formule de type BCH dans notre contexte. Cette démarche devrait pouvoir se généraliser et ainsi fournir une approche nouvelle et intéressante même de la formule BCH classique. / The aim of this work consists of establishing the foundations and first steps of a research project which aims at a new understanding and generalization of the classical Baker-Campbell-Hausdorff formula with a conceptual approach, and its main application in group theory: refining a result of Mal'cev adapting the classical Lie correspondence to abstract groups, Lazard proved that the category of n-divisible n-step nilpotent groups is equivalent with the category of n-step nilpotent Lie algebras over the coefficient ring Z[1/2,…,1/n]. Generalizations to other algebraic structures than groups were obtained in the literature first for several varieties of loops (in particular Moufang, Bruck and Bol loops), and finally for all loops in recent work of Mostovoy, Pérez-Izquierdo and Shestakov. They invoke other types of algebras replacing Lie algebras in the respective context, namely Mal'cev algebras related with Moufang loops, Lie triple systems related with Bruck loops, Bol algebras with Bol algebras and finally Sabinin algebras with arbitrary loops. In each case, the associated type of algebras can be viewed as a linearization of the non-linear structure given by a given type of loops. This situation motivates a research program initiated by M. Hartl, namely of exhibiting suitable linearizations of all non-linear algebraic structures satisfying suitable conditions, namely all semiabelian varieties (of universal algebras, in the sense of universal algebra or of Lawvere). In fact, Hartl associated with any semi-abelian category C a multi-right exact (and hence multi-linear) functor operad on its abelian core. In the special case where C is a variety, this functor operad is even multicolimit preserving and by specialization is equivalent with an operad in abelian groups; the algebra type encoded by this operad provides a linearization of the given variety. Indeed, for each of the above-mentioned varieties of loops this algebra type coincides (over rational coefficients) with the one exhibited in the literature. These constructions and results are based on a new commutator theory in semi-abelian categories which itself relies on a calculus of functors in the framework of semi-abelian categories, both developed by Hartl in partial collaboration with B. Loiseau and T. Van der Linden. Now the project mentioned at the beginning constitutes the next major goal in this emerging general theory of linearization of algebraic structures: to generalize the Lazard equivalence and Baker- Campbell-Hausdorff formula to the context of semi-abelian varieties, and to deduce a way of explicitly computing the operad AbOp(C) from a given presentation of the variety C (more precisely, the operad obtained from AbOp(C) by tensoring its term of arity n with Z[1/2,…,1/n]). In the classical example of groups this would amount to deducing the structure of the Lie operad directly from the usual group axioms.

Cette thèse regroupe une série de travaux concernant la structure et la dynamique des réseaux génétiques. Nous proposons tout d'abord une méthode de conception de réseaux génétiques par évolution in silico. Cette procédure vise à concevoir des motifs réalisant une fonction donnée sans aucune contrainte sur leurs structures a priori. L'algorithme a permis de trouver de nombreux motifs originaux et connus. Une comparaison avec les réseaux existants ainsi que diverses extensions possibles du champ d'application de l'algorithme sont proposées. Nous étudions dans une seconde partie les propriétés d'un motif fréquemment trouvé par cet algorithme et sur représenté dans les réseaux naturels. Ce module de rétroaction mixte (``Mixed Feedback Loop'' ou MFL) est constitué de deux protéines A et B, la protéine A régulant la transcription du gène b, les deux protéines formant un dimère inactif. Une analyse mathématique détaillée de ce module est proposée. En particulier, nous montrons que ce module peut se comporter soit comme un commutateur génétique bistable, soit comme un oscillateur. Un diagramme de phase ainsi qu'une description mathématique précise du cycle de l'oscillateur sont dérivés analytiquement. Enfin, dans une troisième partie, nous nous intéressons plus particulièrement à des exemples biologiques d'oscillateurs génétiques : les horloges circadiennes. Les propriétés générales de ces oscillateurs sont rappelées et un modèle pour l'horloge circadienne de Neurospora crassa, basé sur le réseau MFL, est proposé. En particulier, nous montrons l'importance d'une seconde boucle de rétroaction pour la robustesse des oscillations face à la variation des paramètres.

Cette thèse propose un schéma entièrement distribué de routage résilient pour les réseaux de switches. Dans cette approche une panne est traitée localement ; ainsi les autres nœuds du réseau n’ont pas besoin de prendre des mesures spécifiques. Contrairement aux systèmes classiques de routage IP qui se base uniquement sur la destination, le routage est fait en se basant sur l’arc de l’entrée et la destination. La contrainte qui en résulte est que les deux flux à la même destination entrant dans un nœud par un arc commun doivent fusionner après cet arc. Nous montrons que sous des faibles hypothèses (en supposant que le réseau est symétrique et bi-connexes au sens des liens), il existe un schéma de routage résilient pour toutes les situations de pannes simples de liens. Nous modélisons le problème de dimensionnement par un programme linéaire en nombres entiers qui peut être résolu exactement pour des réseaux de taille modeste. Nous proposons également plusieurs heuristiques pour traiter des instances de grande taille. Notre méthode généralise les méthodes de la littérature, en particulier celles de Xi et al. et de Nelakuditi et al. qui ont proposé des approches similaires. Notre approche permet d’obtenir de meilleurs résultats sur de nombreuses instances de test. Nous avons également étudié l’existence d’un schéma de routage résilient pour situation de panne de nœud dans le réseau basée sur les switches. Nous montrons que dans le cas des pannes de plusieurs liens, la condition de connexité n’est pas suffisante. / This thesis presents a fully distributed resilient routing scheme for switch-based networks. A failure is treated locally, so other nodes in the network do not need to undertakespecial actions. In contrast to conventional IP routing schemes, each node routesthe traffic on the basis of the entering arc and of the destination. The resulting constraintis that two flows to the same destination entering in a node by a common archave to merge after this arc. We show that this is sufficient for dealing with all singlelink failure situations, assuming that the network is symmetric and two-link connected.We model the dimensioning problem with an Integer Linear Program which can besolved exactly for small networks. We also propose several heuristics for larger networks.Our method generalizes the methods of Xi et Chao and Li and of Nelakuditiet al. who have proposed similar schemes in the context of IP. Our methods are moreefficient than previous ones. We have also studied the existence of a resilient routingscheme for single node failure situation in switch-based network. We study also thecase of multi-link failure situations and show that requiring the network to be connectedafter any failure does not guarantee the existence of a resilent routing schemeas described above.

On s'intéresse dans cette thèse à l'analyse haute fréquence de l'équation de Helmholtz dans un cadre dissipatif. On commence par chercher des estimations uniformes pour la résolvante de l'opérateur de Schrödinger dissipatif sur le demi-plan supérieur et près d'une énergie vérifiant une hypothèse d'amortissement sur les trajectoires classiques bornées. On généralise pour cela la méthode des commutateurs de Mourre pour des opérateurs dissipatifs. Dans une deuxième partie, on étudie les mesures semi-classiques pour la solution sortante à l'équation lorsque le terme source se concentre sur une sous-variété bornée de l'espace.

Pour faire face à la complexité croissante des systèmes de télécommunications sans fil, il est nécessaire de développer des systèmes RF (Radiofréquence) plus performants et agiles. Dans ce contexte, des matériaux à changement d’état, ou SCM (State Change Material), déjà utilisés dans le développement des futures générations de mémoires non-volatiles (PCRAM, CBRAM), ont récemment été évalués pour réaliser des commutateurs RF. Parmi ces SCM, les PCM (matériaux à changement de phase) semblent ainsi être une solution particulièrement attractive pour réaliser des composants RF permettant l’obtention de circuits reconfigurables, rapides, miniatures et intégrables sur des circuits CMOS.En lien avec la stratégie du LETI / DCOS (Département COmposants Silicium) et en s’appuyant sur une analyse fine de la physique des matériaux à changement d’état, la thèse aura pour objectif de développer une nouvelle filière technologique de composants RF en rupture à base de SCM qui permettront de concevoir de nouvelles architectures de circuits RF innovants et reconfigurables. / As wireless telecommunication systems complexity continues to increase, there is a need to develop RF systems with higher performances and agility. In this context, SCM (State Change Material), already used to develop the next generation of non-volatile memory (PCRAM, CBRAM), were recently evaluated to realize RF switches. Among these SCM, PCM (Phase Change Material) are an attractive option to realize miniature and high speed reconfigurable RF components that could be easily integrated with CMOS circuits.In line with the LETI / DCOS (Silicon Components Division) strategy, PhD will aim to develop a disruptive RF components technology based on SCM that will allow designing innovative and reconfigurable FEM (Front End Module) circuits.

L'introduction des technologies MEMS ("Micro Electro Mechanical Systems") dans les modules hyperfréquences répond au besoin croissant en systèmes de communications intégrables, reconfigurables et présentant d'excellentes performances électriques jusqu'aux fréquences millimétriques. Le développement de nouvelles architectures intelligentes jusque là inaccessibles aux technologies traditionnelles est également envisageable grâce à ces composants. Cela dit, la conception multi-physique de ces circuits alliant des aspects électrostatiques, mécaniques et électromagnétiques reste difficile à mettre en Suvre et complique leur optimisation. De plus, peu de recherches se sont focalisées sur la tenue en puissance de ces composants, pourtant primordiale pour envisager leur intégration dans des chaînes d'émission radio fréquences. Nos travaux de thèse ont porté sur la conception et la caractérisation de micro-interrupteurs MEMS de puissance et de circuits hyperfréquences les intégrant et opérant en bande X (10GHz). Le premier chapitre présente une méthodologie multi-physique de conception de commutateurs MEMS RF électrostatiques à contact capacitif réalisés au Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes. Cette méthodologie, associée à une topologie optimale de micro-commutateurs, a permis un prototypage efficace de commutateurs MEMS et a été validée expérimentalement grâce à des structures montrant d'excellentes performances hyperfréquences. Le second chapitre s'intéresse à l'optimisation en puissance de commutateurs MEMS RF. Nous avons développé une méthodologie de prédiction de la puissance maximale de fonctionnement pour ces composants. Cette méthodologie a été ensuite utilisée pour loptimisation en puissance du commutateur développé dans le chapitre 1. Un dimensionnement ainsi que lensemble des résultats de simulations sont présentés et validés expérimentalement. Enfin le dernier chapitre présente la mise en application des méthodologies décrites aux deux premi ers chapitres pour la conception d'un circuit de commutation de puissance large bande 6-18 GHz basé sur des topologies série et parallèle d'interrupteurs MEMS. Les structures ont ainsi été optimisées, fabriquées et mesurées. Elles présentent dexcellentes performances RF sur une large gamme de fréquence.

Les microsystèmes électrostatiques se sont développés depuis une vingtaine d'année et ont constitué un événement marquant du développement technologique. La présentation abordera les travaux effectués en termes de modélisation du micro usinage de volume et en termes de développement technologique relatif au micro usinage de surface. Elle s'appuiera également sur des exemples de microsystèmes opto électro mécaniques à vocation applicatives tant dans le domaine des télécommunications que des applications militaires. Les prospectives de recherches aborderont les nouveaux développements relatifs à l'introduction des matériaux polymères dans les technologies silicium tout en restant dans le cadre des applications à l'optique.

Le produit tensoriel non abélien construit à partir de modules croisés sur un même groupe est en surjection sur le sous-groupe de commutateurs induit par les images des modules croisés. Les factorisations à travers chacun des modules croisés définissent des commutateurs généralisés. Les noyaux associés sont des quotients de groupes de relations entre commutateurs généralisés par des relations universelles. Toute l'homologie d'un groupe peut s'exprimer sous la forme de tels quotients. L'étude des identités vérifiées par le produit tensoriel, de l'exactitude à droite et de l'obstruction à l'exactitude à gauche permet d'expliciter plus ou moins complètement certains de ces quotients et d'établir des liens entre différents groupes de cette forme. Ces questions sont également liées à l'existence de sections compatibles avec les structures de module croisé et à l'éventuelle nullité de morphismes canoniques induits par la suite centrale descendante entre troisièmes groupes d'homologie.