Résumé : Les instruments de spectrométrie de masse à ionisation secondaire (SIMS) doivent être améliorés afin de satisfaire les exigences et tendances dans de nombreux domaines qui demandent des outils d'analyse pouvant cartographier les échantillons à la fois avec une excellente résolution et une haute sensibilité chimique, mais également avec des temps d’analyse plus court. Les objectifs de cette thèse sont : rechercher à améliorer la résolution en masse des spectromètres de masse à double focalisation en remplaçant le secteur sphérique standard par une nouvelle géométrie sphéroïde ayant de meilleures propriétés de focalisation, et d’étudier la réduction du temps d'analyse en imagerie SIMS, par la preuve de concept du système SIMS à multifaisceaux d'ions. Une comparaison des principales propriétés de focalisation du secteur sphérique, de la géométrie sphéroïde et d’une géométrie de sphéroïde hybride, a été réalisée en utilisant le logiciel SIMION. Une comparaison dans une configuration Nier-Johnson entre le secteur sphérique et le sphéroïde, a montré que le faisceau présente une rotation de 90 ° à la sortie de l'aimant nuisant à la résolution de masse dans la configuration sphéroïde. En ajoutant un élément électrostatique pouvant tourner le faisceau à 90 ° les performances du spectromètre de masse pourrait être amélioré. Toutefois, une comparaison des performances entre les secteurs sphériques et hybrides dans une configuration Mattauch-Herzog a montré que lorsque la double condition de focalisation est optimisée, une meilleure résolution de masse pourrait être obtenue avec la géométrie sphéroïde. Un système multi-faisceau ionique a été étudié pour l'analyse SIMS. La simulation à travers l’optique secondaire d'un Cameca IMS XF de neuf faisceaux a montré une transmission réussie des faisceaux, résultant en neuf points concentrés sur le détecteur plaque à canaux multiples (MCP). La preuve de concept a été achevée expérimentalement dans l'IMS 6F de Cameca, où une ouverture à trous multiples était montée dans la colonne principale, générant 9 et 16 faisceaux de tailles comprises entre 4 µm à 10 µm. Des images d'une grille AlCu ont été obtenues en balayant l'échantillon par le système de multifaisceaux d’ions. Ces résultats montrent que le système multi-faisceau d'ions est une technique possible pour l'imagerie SIMS et qu'en optimisant leur conception les multi-nano-faisceaux d'ions seront une solution permettant de réduire considérablement le temps d'analyse. / Secondary ion mass spectrometry (SIMS) instruments need to be improved in order to satisfy the demands of trends in many fields that require analytical tools that can map samples with both excellent resolution and high-sensitivity chemical information, but also with shorter time of analysis. The objectives of this thesis are: investigate the enhancement of the mass resolution of double focusing mass spectrometers by replacing the standard spherical sector with a novel spheroid geometry which has better focusing properties, and to investigate the reduction of the time of analysis in imaging SIMS by the proof-of-concept of the SIMS multi-ion- beam system.A comparison of the main focusing properties of the spherical sector, the spheroid geometry and a hybrid spheroid geometry, was made using the SIMION software. A comparison in a Nier-Johnson configuration between the spherical sector and the spheroid, showed that the beam presents a rotation of 90° at the exit of the magnet harming the mass resolution in the spheroid configuration. By adding an electrostatic element that can rotate the beam 90° the performance of the mass spectrometer could be improved. However, a comparison of the performances between the spherical and hybrid sectors simulated in a Mattauch-Herzog configuration, showed that when the double focusing condition is properly satisfied, better mass resolution could be achieved with the spheroid geometry.A multi-ion-beam system was investigated for SIMS analysis. A simulation through the secondary optics of a Cameca IMS XF showed successful transmission of nine beams through the optics resulting in nine well focussed spots on the multi channel plate (MCP) detector. The proof-of-concept was completed experimentally in the Cameca IMS 6F, where a multi-hole aperture was mounted in the primary column generating 9 and 16 beams of sizes between 4 μm to 10 μm. Images of an AlCu grid were obtained when t the multi-ion-beam system was scanned over the sample. These results showed that the multi-ion-beam system is a feasible technique for imaging SIMS and by optimizing the design multi-nano-ion-beams will be a solution for reducing drastically the time of analysis.

Au cours de ces dernières années, la taille des transistors a diminué considérablement permettant ainsi de réduire la taille des composants et de multiplier le nombre de composants dans un système. Cette condensation des transistors avec la montée en fréquence des circuits est à l'origine d'une augmentation drastique de la densité de puissance et d'une élévation importante de la température du composant, dommageable pour les performances de celui-ci. Le but de ces travaux de thèse est de proposer une méthodologie de génération de modèles thermiques, légers (rapidement simulables) et indépendants des conditions aux limites, de systèmes électroniques complexes. Cette méthodologie permet de décomposer un système complexe en sous-éléments, de construire un modèle léger de chaque élément et de les reconnecter afin de recomposer le comportement thermique du système global. La méthodologie permet d'effectuer une analyse thermique du système tôt dans le processus de conception d'un système et offre de nombreux avantages par rapport aux modèles existants.

Selon l’ITRS, le transistor à nanotube de carbone est une des alternatives prometteuses au transistor MOS Silicium notamment en termes de taille de composant et d’architectures de circuits innovantes. Cependant, à l’heure actuelle, la maturité des procédés de fabrication de ces technologies ne permet pas de contrôler finement les caractéristiques électriques. C’est pourquoi, nous proposons un modèle compact basé sur les principes physiques qui gouvernent le fonctionnement du transistor à nanotube. Cette modélisation permet de lier les activités technologiques à celles de conception de circuit dans le contexte de prototypage virtuel. Pour peu qu’elle inclut des paramètres reflétant la variation des procédés, il est alors possible d’estimer les performances potentielles des circuits intégrés. Le transistor à nanotube de carbone à modulation de hauteur de barrière (C-CNFET), i.e. « MOS-like », est modélisé analytiquement en supposant le transport balistique des porteurs dans le canal. Le formalisme de Landauer est utilisé pour décrire le courant modulé par le potentiel du canal calculé de façon auto-cohérente avec la charge associée selon le potentiel appliqué sur la grille. Le modèle du transistor à nanotube de carbone double grille, DG-CNFET est basé sur celui du C-CNFET. Ce transistor est de type N ou P selon la polarisation de la grille supplémentaire. Ce transistor est modélisé de manière similaire pour les 3 régions : la partie interne modulée par la grille centrale, et les accès source et drain modulés par la grille arrière. La charge, plus complexe à calculer que celle du C-CNFET, est résolue analytiquement en considérant différentes plages de polarisation et d’énergie. Le modèle du DG-CNFET a été mis en œuvre dans le cadre d’architectures de circuits électroniques innovants : une porte logique à 2 entrées comportant 7 transistors CNFET dont 3 DG-CNFET pouvant, selon la polarisation des 3 entrées de configuration, réaliser 8 fonctions logiques différentes. / According to ITRS, the carbon nanotube transistor is one promising alternative to the silicon MOS transistor particularly in terms of device dimensions and novel circuit architectures. However, today, the fabrication processes maturity of these technologies does not allow controlling accurately their electrical characteristics. That’s why we propose a compact model based on physical principles that govern the nanotube transistor operation. That modelling allows linking the technological activities to the circuit design ones in the virtual prototyping context. As it includes parameters that reflect the processes variation, it is possible to estimate the potential performances of integrated circuits. The barrier-height modulated carbon nanotube transistor (C-CNFET), i.e. MOS-like transistor, is analytically modelled assuming ballistic transport of carriers in the channel. The Landauer’s formalism is used to describe the current modulated by the channel potential which is self-consistently calculated with the associated charge according to the gate potential. The model of the double-gate carbon nanotube transistor, DG-CNFET, is based on the C-CNFET one. That transistor is N or P type depending on the additional gate polarisation. That transistor is modelled in a similar way for the 3 regions: the inner part modulated by the central gate, and the source and drain accesses modulated by the back gate. The charge, more complex to calculate than the C-CNFET one, is analytically solved considering different polarisation and energy ranges. Moreover, the DG-CNFET model has been used into novel electronic circuit architectures: a 2 inputs logic gate, composed of 7 CNFET transistors, 3 of which are DG-CNFET, able to realize 8 different logic functions, according to the polarisation of the 3 configuration inputs.

L'application du cadre du développement durable à la question de l'interaction entre la forme urbaine et la mobilité quotidienne aboutit à une stigmatisation de l'étalement. Par contraste, en réduisant les distances parcourues et en favorisant l'usage des modes alternatifs à l'automobile, la Ville Compacte se présente comme la forme « économe » de la croissance urbaine. Cependant, les contradictions nées de sa formulation comme de son application provoquent l'émergence d'une controverse sur les avantages de la compacité. Les liens entre densité et mobilité quotidienne sont explicités, puis analysés empiriquement à partir de l'étude de six aires urbaines françaises. Les résultats corroborent le sens attendu de cette relation, mais l'appréciation de ses modalités remet en cause sa validité. L'émergence d'une structure urbaine polycentrique, dont l'effet sur la mobilité est ambigu, invite à caractériser plus précisément les usages du sol urbain. Le problème est alors de comprendre l'interaction entre la forme urbaine et la mobilité quotidienne à l'échelle de l'agglomération. En raison de la nécessaire prise en compte des caractéristiques socio-démographiques des individus, cette interaction est à placer au cœur d'interdépendances complexes qui compliquent la mise en évidence de liens de causalité. L'utilisation d'une technique économétrique fondée sur le contrôle statistique d'un type de facteurs et son application à l'agglomération bordelaise permettent de préciser la contribution de la forme urbaine à la détermination des pratiques de mobilité.

Selon l'ITRS, le transistor à nanotube de carbone est une des alternatives prometteuses au transistor MOS Silicium notamment en termes de taille de composant et d'architectures de circuits innovantes. Cependant, à l'heure actuelle, la maturité des procédés de fabrication de ces technologies ne permet pas de contrôler finement les caractéristiques électriques. C'est pourquoi, nous proposons un modèle compact basé sur les principes physiques qui gouvernent le fonctionnement du transistor à nanotube. Cette modélisation permet de lier les activités technologiques à celles de conception de circuit dans le contexte de prototypage virtuel. Pour peu qu'elle inclut des paramètres reflétant la variation des procédés, il est alors possible d'estimer les erformances potentielles des circuits intégrés. Le transistor à nanotube de carbone à modulation de auteur de barrière (C-CNFET), i.e. " MOS-like ", est modélisé analytiquement en supposant le transport balistique des porteurs dans le canal. Le formalisme de Landauer est utilisé pour décrire le courant modulé par le potentiel du canal calculé de façon auto-cohérente avec la charge associée selon le potentiel appliqué sur la grille. Le modèle du transistor à nanotube de carbone double grille, DG-CNFET est basé sur celui du C-CNFET. Ce transistor est de type N ou P selon la polarisation de la grille supplémentaire. Ce transistor est modélisé de manière similaire pour les 3 régions : la partie interne modulée par la grille centrale, et les accès source et drain modulés par la grille arrière. La charge, plus complexe à calculer que celle du C-CNFET, est résolue analytiquement en considérant différentes plages de polarisation et d'énergie. Le modèle du DG-CNFET a été mis en oeuvre dans le cadre d'architectures de circuits électroniques innovants : une porte logique à 2 entrées comportant 7 transistors CNFET dont 3 DG-CNFET pouvant, selon la polarisation des 3 entrées de configuration, réaliser 8 fonctions logiques différentes.

Cette thèse porte sur l'utilisation des GAI-Nets, un modèle graphique pour la représentation compacte de préférences, pour atteindre des fonctionnalités propres à un système de recommandation dans le cadre où l'espace d'alternatives a une structure combinatoire de grande taille. Typiquement, les systèmes de recommandation sur le Web utilisent des techniques bien adaptées au conseil d'articles fortement standardisés, tels que les CDs et les DVDs, mais impraticables dans un cadre combinatoire. Par ailleurs, les systèmes de recommandation pour le cadre combinatoire sont souvent fondés sur des modèles supposant une indépendance entre attributs qui assure la modélisation des préférences par une utilité additive. Les GAI-Nets permettent des interactions entre les attributs, étant ainsi plus généraux. Nos problématiques clés sont le choix et le rangement des kmeilleures alternatives. Nous étudions également le problème de la recherche de solutions de compromis selon des critères non-linéaires dans le cadre de la décision collective/multicritère, et aussi l'élicitation des GAI-Nets. Nous proposons des algorithmes adaptés à la résolution de tels problèmes et, finalement, nous construisons une application Web pour appliquer les techniques développées dans une situation décisionnelle concrète.

Depuis la fin de la révolution industrielle, la sphère scientifique aussi bien que la sphère politique se sont interrogée sur la forme optimale des villes. D'abord marqué par un courant majoritaire prônant le désentassement urbain et la ville "aérée", le paradigme s'est retourné au fil du temps et notamment après la forte montée de nouveaux enjeux environnementaux. Le débat public s'oriente aujourd'hui vers la nécessité d'une densification de la croissance urbaine, et d'une lutte contre l'étalement urbain. Se pose dès lors la question de la validité de telles mesures, et plus largement de conception de stratégie d'intervention publique sur la marché foncier assurant un développement urbain compatible la préservation de l'environnement. Cette thèse propose donc de contribuer au débat sur les formes optimales de villes durables, en répondant à la question suivante : est-il possible de concilier développement urbain et préservation de l'environnement? Plus précisément, la ville compact est-elle une forme de ville durable? Si oui, est-elle la seule? La provision des services écosystémiques est-elle conditionnée par la structure urbaine considérée et si oui quels services et comment?A travers une analyse micro-économique du marché foncier, et en utilisant la notion de services écosystémiques, nous proposons de répondre à ces questions. De manière générale les travaux de cette thèse font apparaître l'élément majeur suivant : en raison de la complexité du lien entre les différents services écosystémiques eux-même, et des interconnexions entre ceux-ci et le développement qui revêtent des facettes multiples, les conclusions sur les formes de ville durable ne peuvent se faire qu'en des termes conditionnels. Ce résultat constitue une invitation à engager des recherches adéquates en amont afin de bien saisir et prévoir les potentiels effets pervers associés à la promotion d’une unique forme de ville durable, comme c'est le cas à l'heure actuelle avec le paradigme de la ville compacte. / Since the end of the industrial revolution, scientists as well as politicians have been interesting in the questions related to the optimal shape of cities. Initially, a majority branch advocates for a « garden city », with open space and low density. However, the paradigm has turned over time and especially after the rise of new environmental stakes. The public debate is now focused on the need to intensify urban growth and to combat urban sprawl. This raises the question of the validity of such measures and, more broadly, of the design of a public intervention strategy on the land market ensuring urban development compatible with the preservation of the environment. This thesis proposes to contribute to the debate on the optimal forms of sustainable cities by answering the following question: is it possible to reconcile urban development and environmental preservation? More specifically, is the compact city a form of sustainable city? If so, is it the only one? Is the provision of ecosystem services conditioned by the urban structure and, if so, what services and how? Through a micro-economic analysis of the land market, and using the concept of ecosystem services, we propose to answer these questions. In general way, this thesis reveals the following major element: due to the complexity of the link between the different ecosystem services and the interconnections between them and urban development, the conclusions on sustainable city structure can only be done in conditional terms. This result is an invitation to undertake adequate researchs upstream in order to better grasp and foresee the potential perverse effects associated with the promotion of a single form of sustainable city, as is currently the case with the paradigm of the compact city.

Les performances des antennes Ultra Large Bande (ULB) les rendent appropriées pour de nombreuses applications. En radar à pénétration de surface (SPR), application visée de cette thèse, une telle bande passante offre un excellent compromis entre capacité de pénétration et résolution spatiale en imagerie micro-ondes. De plus, il a été démontré que la prise en compte du champ rayonné par l'antenne en présence de la surface améliore considérablement la qualité des images obtenues. Cette thèse aborde la problématique de la quantité de données représentant les antennes ULB. En effet, les descripteurs classiques d'antenne ne suffisent pas à caractériser l’évolution en fréquence de leurs performances. Le développement en harmoniques ou vecteurs sphériques est utilisé pour modéliser le diagramme de rayonnement d’antennes tout en réduisant le volume de données. D'autre part, les méthodes d'expansion en singularités modélisent la réponse en fréquence (ou impulsionnelle) de l'antenne par un ensemble de pôles de résonance. Le but de ce travail de thèse est d'établir un modèle compact qui représente avec précision le rayonnement d'antenne, et permette la connaissance du champ à différentes distances. A cette fin, plusieurs combinaisons des méthodes de caractérisation ont été étudiées. L'approche proposée est validée par la modélisation du diagramme de rayonnement simulé et mesuré d'une antenne Vivaldi (ETSA). Le modèle établi fournit le champ rayonné à différentes distances de l'antenne avec une erreur inférieure à 3% avec un taux de compression de 99%. La dernière partie de cette thèse présente une application de l'approche proposée au rayonnement d’antennes en présence d’interfaces / UWB antennas bandwidth makes them highly suitable for a number of applications. In surface penetrating radar (SPR) applications, which is the focus of our research, such a bandwidth range allows good signal penetration ability and fine space resolution for microwave imaging. In addition, it has been shown that the knowledge of the radiated field by the antenna enhances drastically the quality of the resulting images. The work reported in this thesis deals with the problematic of the huge amount of data representing UWB antennas. Indeed, due to the frequency dependence, the classical antenna parameters are not sufficient to characterize this type of antenna. The scalar or vector spherical wave expansion is widely used to expand the radiation pattern of a radiating antenna and permit a high compression data rate. On the other hand, the Singularity Expansion Methods are used in frequency/time domain to model the antenna response by a set of resonant poles. The purpose of this thesis is to establish a compact model representing accurately the antenna radiation characteristics, which also allows to find the field at various distances. To this end, several ways of combining the aforementioned methods have been investigated. The proposed approach is validated by modeling the simulated and measured radiation pattern of an Exponential Tapered Slot Antenna (ETSA) in free space. Furthermore, we verify that the established compact model provide radiated field at different distances from the antenna with a compression of the initial pattern up to 99% and an error below 3%. The last part of this thesis, present an application of the proposed methodology to SPR context

En dépit d'une amélioration remarquable de la performance des composants électroniques organiques, il y a encore un manque de compréhension théorique rigoureux sur le fonctionnement du composant. Cette thèse est consacrée à la création de modèles pratiques pour composants électroniques organiques à base physique complet, à savoir un modèle compact à base physique. Un modèle compact à base physique d'un élément de circuit est une équation mathématique qui décrit le fonctionnement du composant, et est généralement évaluée par trois critères: si elle est suffisamment simple pour être incorporé dans des simulateurs de circuits, précise pour rendre le résultat des simulateurs utile les concepteurs de circuits et rigoureux pour capturer des phénomènes physiques se produisant dans le composant. Dans ce contexte, les caractéristiques distinctives de l'injection de porteurs de charge et de transport dans les semi-conducteurs organiques sont incorporés dans les modèles avec un effort particulier pour maintenir la simplicité mathématique. L'effet concomitant sur les caractéristiques courant-tension des diodes et des transistors organiques prototypiques sont étudiés. Les méthodes d'extraction des paramètres cohérents aux modèles sont présentés qui permettent la détermination univoque des paramètres de le composant utilisé pour le fonctionnement du composant de modélisation et l'évaluation des performances de le composant et les propriétés des couches minces et des interfaces organiques. Les approches englobent le developement analytique des équations physiques, la simulation numérique à deux dimensions basé sur la méthode des éléments finis et la validation expérimentale. Les modèles compacts originaux et entièrement analytiques et des méthodes d'extraction de paramètres fournissent une compréhension fondamentale sur la façon dont le désordre énergétique dans une couche mince de semi-conducteur organique, décrit par la densité d’etats Gaussienne, affecte les caractéristiques courant-tension observables des composants.Mots-clés : Electronique organique, physique des composants électroniques, modélisation analytique, diodes, transistors à effet de champ, densité d’etats Gaussienne / In spite of a remarkable improvement in the performance of organic electronic devices, there is still a lack of rigorous theoretical understanding on the device operation. This thesis is dedicated to establishing practical models of organic electronic devices with a full physical basis, namely a physically-based compact model. A physically-based compact model of a circuit element is a mathematical equation that describes the device operation, and is generally assessed by three criteria: whether it is sufficiently simple to be incorporated in circuit simulators, accurate to make the outcome of the simulators useful to circuit designers, and rigorous to capture physical phenomena occuring in the device. In this context, distinctive features of charge carrier injection and transport in organic semiconductors are incorporated in the models with a particular effort to maintain mathematical simplicity. The concomitant effect on the current-voltage characteristics of prototypical organic diodes and transistors are studied. Parameter extraction methods consistent to the models are presented which enable unambiguity determination of device parameters used for modeling device operation and assessing device performance and properties of organic thin-films and interfaces. The approaches encompass analytical developement of physical equations, two-dimensional numerical simulation based on finite-element method and experimental validation. The original and fully analytical compact models and parameter extraction methods provide fundamental understanding on how energetic disorder in an organic semiconductor thin-film, described by the Gaussian density of states, affects the observable current-voltage characteristics of the devices.Keywords : Organic electronics, device physics, analytical modeling, diodes, field-effect transistors, Gaussian density-of-states

Afin de permettre le développement de modèles manipulables par les concepteurs, il est nécessaire de pouvoir comprendre le fonctionnement des nanotubes, en particulier le transport des électrons et leurs propriétés électroniques. C'est dans ce contexte général que cette thèse s'intègre. Le travail a été mené sur quatre plans : • Développement de modèles permettant la description des phénomènes physiques importants au niveau des dispositifs, • Expertise sur le fonctionnement des nano-composants permettant de dégager les ordres de grandeurs pertinents pour les dispositifs, les contraintes, la pertinence de quelques procédés de fabrication (reproductibilité, taux de défauts), • Collection de caractéristiques mesurées et développement éventuel d'expériences spécifiques, • Expertise et conception des circuits innovatifs pour l'électronique numérique avec ces nano-composants. Mots clés — Modélisation compacte, transistor Schottky à nanotube de carbone, simulation circuit, cellule mémoire SRAM, effet tunnel, WKB.