L'évolution des réseaux électriques d'une transmission de puissance unidirectionnelle classique vers un réseau diversifié avec, une grande variété de consommateurs et producteurs d'électricité, requiert le développement des technologies de mesure et de communication avancés et/ou nouvelles. Dans le cadre du projet SOGRID, une méthode innovante de mesure de courant a été développée pour enrichir la gamme existante des capteurs de courant et pour faciliter l’installation dans le réseau électrique. En effet, le capteur innovant développé ici est non seulement non-intrusif, mais peut également être déporté du câble.Dans les réseaux électriques, l'obstacle principal pour une mesure précise du courant est la nature triphasée de transmission de puissance. Un capteur de courant qui doit être utilisé dans le réseau électrique doit donc fournir une sélectivité géométrique entre les différentes phases. Les solutions commerciales existantes sont dites non-intrusives, mais nécessitent tout de même de venir entourer le conducteur d'intérêt pour mesurer le champ le long d'un chemin fermé. Ces solutions comprennent des bobines de Rogowski et les mesures en boucle fermée avec des capteurs de champs comme les magnétorésistances, les capteurs à effet Hall ou les fluxgates. Toutefois, un placement autour du conducteur limite la miniaturisation requise par le développement des réseaux intelligents : des capteurs miniatures peuvent être intégrés avec d'autres unités de mesure et de transmission de données pour permettre le suivi et le contrôle des réseaux intelligents modernes avec une maille plus dense.Afin de rependre à ces exigences, et pour améliorer la sélectivité géométrique des conducteurs, une méthode de mesure de courant basée sur la décomposition du champ en harmoniques spatiales a été développée dans cette thèse.Cette décomposition est basée sur le développement du champ magnétique à l'intérieur d'une région défini avec une série de fonctions périodiques angulaires, une loi d’évolution radiale particulière et des coefficients de développement correspondants, de sorte que la somme des ordres (théoriquement infini) de développement reconstruit le champ avec précision. Si ce développement est effectué pour une région sans sources, qui est donc entouré des sources de champ, il est défini comme une décomposition interne, qui utilise des fonctions croissantes du rayon, à partir du centre de décomposition en direction de la source de champ. Le procédé de mesure de courant est basé sur la détermination des coefficients de développement pour les différents ordres, dans lequel les ordres supérieurs présentent une dépendance réduite aux sources de perturbation (plus éloignes du conducteur d’intérêt). La relation entre ces coefficients et le courant d'intérêt est linéaire et défini par des facteurs de transfert.Afin d'exploiter la sélectivité géométrique accrue des ordres supérieurs, il est nécessaire d'effectuer un nombre suffisant de mesures du champ magnétique sur la limite d'une région appropriée afin de déduire les coefficients de développement à partir de la résolution d'un problème inverse. La taille et le positionnement de ce réseau de capteurs jouent des rôles essentiels dans la détectabilité des contributions d'ordre supérieur. Des prototypes appropriés pour une décomposition en 2D (pour les conducteurs rectilignes) et en 3D (pour les conducteurs avec des chemins arbitraires) ont été conçus, mis en œuvre et ensuite testés en laboratoire au cours de cette thèse.D'autres développements se concentrent sur la détermination des facteurs de transfert caractéristiques. En effet, tandis que ceux-ci peuvent être facilement déterminés si un courant contrôlé connu est introduit dans le conducteur, une méthode qui permet de les retrouver dans des conditions d'opération réelles doit être développée pour des applications industrielles. Afin de répondre à ce besoin, une méthode de calibration appropriée est aussi présentée dans cette thèse. / The evolution of electrical grids from conventional unidirectional power transmission to diverse networks with a large variety of electricity consumers and producers requires the development of advanced and/or novel measurement and communication technologies, in order to create smart grids. As a part of the SOGRID project, an innovative current measurement method was developed to supplement the existing range of current sensors and to facilitate the installation, since the sensor is not only non-intrusive but can also be located at a distance from the cable.The primary obstacle for precise current measurement in power grids is the three-phase nature of power transmission. A current sensor that is to be employed in the electrical grid must therefore provide geometrical selectivity between the individual phases. Existing commercial current sensors are non-intrusive but require placement around the conductor of interest, e.g. to measure the field along a closed path. Solutions include Rogowski coils, magnetoresistors, Hall effect or fluxgate sensors as well as magneto-optical solutions. However, a placement around the conductor limits the miniaturization required by smart grid development: miniature sensors can be integrated with other measurement and data transmission units, thus enabling the densely meshed monitoring and control of modern smart grids. In order to avoid these restrictions and to improve geometrical selectivity, a current measurement method based on the decomposition of the field into spatial harmonics has been developed in this thesis. The measurement principle allows for the fabrication of innovative current sensors that can be installed besides the conductor.The decomposition of the magnetic field into spatial harmonics is based on the development of the magnetic field within a defined area/volume in a series of products of periodic functions, a radial dependence and corresponding development coefficients, so that the sum of the (in theory infinite number of) development orders reconstructs the field accurately. If this development is performed for a source-free region besides the source of the field, it is defined as an internal decomposition, which uses functions that increase from the center of decomposition toward the field source. The current measurement process is based on the determination of the development coefficients for the various orders, wherein higher orders exhibit a reduced dependence on perturbing sources (as long as the field measurements are performed closer to the conductor of interest than to the perturbing conductor). The relation between these coefficients and the current of interest is linear and defined by transfer factors.In order to exploit the increased geometrical selectivity of higher orders, it is necessary to perform a sufficient number of magnetic field measurements on the boundary of a suitable area/volume in order to derive the development coefficients from the solution of an inverse problem. The size and positioning of this sensor array also plays a vital role in the detectability of higher order contributions to the field. Suitable 2D (for straight conductors) and 3D (for arbitrary conductor paths) prototypes were designed, implemented and subsequently tested in the laboratory during this thesis.Further developments focus on determining the characteristic transfer factors. While these can be easily determined if a known controlled current is induced in the conductor, a method that allows for their determination under real operating conditions must be developed for industrial applications. A suitable calibration method is presented in this thesis.

L'électroluminescence (EL) de isolants polymères est étudiée car elle peut permettre d'approcher les phénomènes de vieillissement électrique en fournissant la signature optique d'espèces excitées sous champ électrique. Le vieillissement et la rupture diélectrique dans les isolants polymères est d'un intérêt fondamental pour les chercheurs, concepteurs et fabricants de dispositif du génie électrique. À cet égard, les décharges partielles (DPs) sont un des principaux processus conduisant au vieillissement et à la défaillance des isolants. Cependant, avec le développement des matériaux et procédés, les DPs sont évitées dans certaines situations, par exemple, les câbles haute tension, les condensateurs, etc. Par conséquent, le besoin reste prégnant pour la compréhension des mécanismes de dégradation électrique sous forte contrainte électrique, qui peut être initiée par des porteurs énergétiques. Dans ce travail, l'EL, la cathodoluminescence (CL) excitée sous faisceau d'électrons, ainsi que d'autres techniques de luminescence ont été appliquées à la caractérisation de polyoléfines et d'autres polymères isolants. Afin de comprendre la formation d'excitons dans des films minces de Polypropylène (PP) et Polyéthylène (PE), la dépendance en champ de l'EL et du courant sous contrainte continue, et de l'EL et de sa résolution selon la phase sous contrainte AC, sont étudiées. Les spectres d'EL du PP et du PE ont le même pic principal à environ 570 nm, ce qui implique des structures et des défauts chimiques similaires pour les deux matériaux, et le même processus de dégradation. Le pic principal peut être complété par une émission à environ 750 nm dominante à faible champ. L'impact de la nature des électrodes a été étudiée sur du PEN pour comprendre l'origine de l'émission dans le rouge. A travers la dépendance en champ de l'EL et sa résolution selon la phase avec des métallisations or et ITO, on montre que l'émission dans le rouge est liée à la nature des électrodes et correspond à l'excitation de plasmons de surface ou d'états d'interface. Une étude plus approfondie est effectuée sur la cathodoluminescence d'isolants polymères. Des couches minces de PP, PE, ainsi que de Polyethylene Naphthalate (PEN) et de Polyether Ether Ketone (PEEK) ont été irradiés par faisceau d'électrons jusqu'à 5 keV. Nous avons pu reconstruire les spectres de CL et d'EL du PE et du PP à partir de quatre composants élémentaires: fluorescence, chimiluminescence, luminescence induite par recombinaison, et composante principale du spectre d'EL à 570nm décrite plus haut et considérée comme signature du vieillissement. Pour la première fois, la nature de l'EL et de la CL de polyoléfines est décomposée en quatre composantes de base avec des contributions relatives différentes. L'identification de ces composantes spectrales est utile pour interpréter la luminescence de polyoléfines et autres isolants polymères, et établir les liens entre distribution de charge d'espace et vieillissement diélectrique. A travers ces recherches sur l'EL et la CL dans plusieurs isolants polymères, i.e. polyoléfines ou polyesters, la formation d'excitons et les processus de relaxation d'énergie sous contrainte électrique et électrons énergétiques sont mis en évidence. Surtout, l'analyse en composantes spectrales et la reconstruction des spectres donne accès aux mécanismes d'excitation de la luminescence et à une corrélation avec le vieillissement électrique. A l'avenir, les mesures de luminescence peuvent devenir une méthode standard pour sonder et analyser les isolants polymères. / Electroluminescence (EL) of insulating polymers is a subject of great interest because it is associated with electrical ageing and could provide the signature of excited species under electric field. Electrical ageing and breakdown in insulating polymers is of fundamental interest to the researchers, the design engineers, the manufacturers and the customers of electrical apparatus. In this respect, Partial Discharge (PD) is a harmful process leading to ageing and failure of insulating polymers. However, with the development of the materials and apparatus, PDs can be weakened or avoided in some situations, e.g. extra high voltage cables, capacitors, etc. Therefore, there is urgent demand for understanding electrical degradation mechanisms under high electric field, which can be triggered by energetic charge carriers. In this work, Electroluminescence, EL, and cathodoluminescence, CL, excited under electron beam, along with other luminescence-family techniques are carried out for probing polyolefins and other insulating polymers. In order to uncover the excitons formation in Polypropylene (PP) and Polyethylene (PE) thin films, the field dependence of EL and current under DC stress and field dependence of EL and phase-resolved EL under AC stress, are investigated. The EL spectra of both PP and PE have the same main peak at approximately 570 nm, pointing towards similar chemical structures and defects in both polyolefins, and same route to degradation. This main peak can be complemented by an emission at approximately 750 nm dominating at low field. Electrode effect on the EL of Polyethylene Naphthalte (PEN) was investigated to understand the origin of the red emission at 750 nm. Through field dependence of EL and phase-resolved EL of Au or ITO electrodes, we proved the red component is due to the nature of electrode, more precisely Surface Plasmons and/or interface states. Further thorough study was carried out on cathodoluminescence of insulating polymers. Thin films of PP, PE, along with Polyethylene Naphthalate (PEN) and Polyether Ether Ketone (PEEK) were irradiated under electron beam up to 5 keV to be excited. We could reconstruct EL and CL spectra of both PE and PP using four elementary components: i.e. Fluorescence, Chemiluminescence, Recombination-induced Luminescence, and main component of the EL spectrum at 570 nm reported above and constituting an ageing marker. For the first time the nature of both EL and CL in polyolefins is uncovered, containing four basic components with different relative contributions. Identification of these spectral components is helpful to interpret the nature of light emission from polyolefins and other insulating polymers and to bridge the gap between space charge distribution and electrical ageing or breakdown. Through researches on EL and CL in several insulating polymers, i.e. polyolefins and a polyester, excitons formation and relaxation processes under electric stress and kinetic electrons are evidenced. More importantly, the spectral components analyses and reconstruction uncovers the nature of luminescence and its correlation to electrical ageing. In the future, luminescence measurement can be developed to be a standard method to probe and analyze insulating polymers.

La thèse porte sur les mesures de courants transitoires limités par la charge d'espace dans des films minces organiques (épaisseur < 500 nm). Ce type de films est souvent utilisé dans des applications dans le domaine de l'électronique organique comme couches actives semi-conductrices. Le transport électrique dans ces films dépend en premier lieu du transport des porteurs de charge dans le milieu massif et de leur piégeage, mais aussi de l'efficacité de l'injection des porteurs de charges à partir des électrodes métalliques. L'ensemble est de plus conditionné par le taux de désordre inhérent aux matériaux organiques. L'approche qui consiste à utiliser la mesure de courants transitoires est extrêmement attractive car elle permet en principe de fournir une information sur tous ces aspects à l'issue d'un seul type de mesure. Dans ce cadre, trois contributions principales peuvent être dégagées de la thèse. 1) Tout d'abord, nous avons validé un montage expérimental qui utilise un amplificateur à transfert d'impédance pour la mesure des courants transitoires limités par la charge d'espace. Ce type de montage s'avère supérieur au circuit de pont électrique le plus largement utilisé jusqu'à maintenant car il présente une meilleure sensibilité en courant, une meilleure bande passante, et ne nécessite aucun réglage ni de la symétrie du pont ni de l'ajustement de la taille de l'échantillon. On a pu démontrer que le pic de courant de déplacement initial, qui sature l'amplificateur au tout début de la mesure n'introduit pas d'erreur dans la mesure de la mobilité. 2) Ensuite concernant l'étude plus spécifique du transport dans un dendrimère à base de tri-arylamine, les réponse en courant obtenues expérimentalement se sont avérées en bon accord avec le modèle de déplacement-diffusion. Cependant, la troisième leçon que nous avons apprise est que l'obtention d'un tel accord a nécessité que soient très bien définies les conditions initiales tant de l'expérience que de la simulation et qu'un modèle théorique le plus complet possible de l'échantillon soit considéré. Pour le dendrimère ce modèle a dû prendre en compte l'effet de la barrière au contact et les effets de piégeage. Un accord encore meilleur a été obtenu en intégrant de surcroit les effets de désordre. 3) La complète impossibilité d'obtenir un bon accord sans un modèle physique complet de l'échantillon indique que les paramètres liés au piégeage, à la barrière au contact et à la mobilité peuvent véritablement être ajustés sans aucune ambigüité. Ainsi, une caractérisation électrique complète en cohérence avec la simulation a pu être obtenue à l'issue d'un seul type de mesures. Les résultats obtenus, alliant à la fois amélioration technique et support numérique, témoignent de la grande utilité de cette technique de mesure de courant transitoire limité par la charge d'espace pour caractériser en détails le transport dans les films minces organiques. / The thesis concerns space-charge-limited transient current measurements in thin (le500 nm) organic films. Such films find important applications in organic electronics, where they are referred to as organic semiconductor layers. Electrical transport in such films depends on bulk charge carrier transport and trapping, as well efficiency of charge carrier injection from electrodes. These, are all in turn depend on disorder inherent to organic materials. The transient measurement approach is very attractive, as it can, in principle, deliver information on all these aspects in one single measurement. In the thesis, three main contributions are presented. 1) A transimpedance amplifier based setup for space-charge-limited current transient measurement is validated. This type of setup is superior to the widely used bridge circuit, notably because of better current sensitivity, bandwidth, no need for bridge symmetry and no need for per sample adjustment. It is demonstrated that initial displacement current spike, which saturates the amplifier at the beginning of measurement, does not introduce error in the measurement of mobility. 2) A dendrimer molecule has been investigated. Experimental current responses are shown to be in agreement with the drift-diffusion model. However, obtaining agreement requires well defined initial conditions in experiment as well as in simulation, and also complete theoretical model of the sample. In the case of dendrimer, this model had to take into account both contact barrier and trapping effects. Furthermore, better agreement was obtained when taking disorder effects into account. 3) The impossibility of obtaining any agreement without complete physical model of the sample indicates that trapping, contact barrier and mobility parameters could be fitted without ambiguity. Therefore, complete electrical characterization consistent with simulation can be obtained using the transient technique. The results obtained further increase well known usefulness of transient space-charge-limited current characterization of thin organic films.

Le développement de technologies comme les systèmes de positionnement par satellites (GNSS), les communications sans fil, les systèmes de radio-identification (RFID) et des capteurs a augmenté la disponibilité de données spatio-temporelles décrivant des trajectoires d’objets mobiles. Des bases de données relationnelles peuvent être utilisées pour stocker et questionner les données capturées. Des applications récentes montrent l’intérêt d’une approche intégrant des trajectoires « sémantiques » pour intégrer des connaissances sur les comportements d’objets mobiles. Dans cette thèse, nous proposons une approche basée sur des ontologies. Nous présentons une ontologie pour les trajectoires. Nous appliquons notre approche à l’étude des trajectoires de mammifères marins. Pour permettre l’exploitation de nos connaissances sur les trajectoires, nous considérons l’objet mobile, des relations temporelles et spatiales dans notre ontologie. Nous avons évalué la complexité du mécanisme d’inférence et nous proposons des optimisations, comme l’utilisation d’un voisinage temporel et spatial. Nous proposons également une optimisation liée à notre application. Finalement, nous évaluons notre contribution et les résultats montrent l’impact positif de la réduction de la complexité du mécanisme d’inférence. Ces améliorations réduisent de moitié le temps de calcul et permettent de manipuler des données de plus grande dimension. / Spatio-temporal data describing trajectories of moving objects has increased as a consequence of the larger availability of such data due to current sensors techniques. These devices use different technologies like global navigation satellite system (GNSS), wireless communication, radio-frequency identification (RFID), and sensors techniques. Although capturing technologies differ, the captured data has common spatial and temporal features. Thus, relational database management systems (RDBMS) can be used to store and query the captured data. RDBMS define spatial data types and spatial operations. Recent applications show that the solutions based on traditional data models are not sufficient to consider complex use cases that require advanced data models. A complex use case refers not only to data, but also to the domain expert knowledge and others. An inference mechanism enriches semantic trajectories with this knowledge. Temporal and spatial reasoning are fundamental for the inference mechanism on semantic trajectories. Several research fields are currently focusing on semantic trajectories to discover more information about mobile object behavior. In this thesis, we propose a modeling approach based on ontologies. We introduce a high-level trajectory ontology. The temporal and spatial parts form an implicit background of the trajectory model. So, we choose temporal and spatial models to be integrated with our trajectory model. We apply our modeling approach to a particular domain application : marine mammal trajectories. Therefore, we model this application and integrate it with our ontology. We implement our approach using RDF. Technically, we use Oracle Semantic Data Technologies. To accomplish reasoning over trajectories, we consider mobile objects, temporal and spatial knowledge in our ontology. Our approach demonstrates how temporal and spatial relationships that are common in natural language expressions (i.e., relations between time intervals like ”before”, ”after”, etc.) are represented in the ontology as user-defined rules. To annotate data with this kind of rules, we need an inference mechanism over trajectory ontology. Experiments over our model using the temporal and spatial reasoning address an inference computation complexity. This complexity is indicated in term of time computations and space storage. In order to reduce the inference complexity, we propose optimizations, such as domain constraints, temporal and spatial neighbor refinements. Moreover, controlling the repetition of the inference computation is also proposed. Even more, we define a refinement specifically for the application domain. Finally, we evaluate our contribution. Results show their positive impact on reducing the complexity of the inference mechanism. These refinements reduce half of the time computation and allow considering bigger size of the data.

Dans le cadre de l'Approche Elargie pour la Fusion conclue entre le Japon et l'Europe, le projet IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) a été lancé pour l'étude des futurs matériaux pour la fusion qui devront résister à d'intenses flux de neutrons. Un composant majeur en est son ensemble de deux accélérateurs à très haute puissance (2×5 MW) qui produit le flux de neutrons en bombardant une cible de Lithium avec un faisceau de Deutérium à une énergie de 40 MeV. Vues ces spécifications ambitieuses, une première phase appelée EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activity) prévoit l'étude et la réalisation d'un accélérateur prototype à l'échelle un jusqu'à 9 MeV au Japon. Le travail de cette thèse concerne le domaine de la Physique des Accélérateurs. Il consiste en des études de dynamique faisceau pour l'accélérateur prototype LIPAc, caractérisé par une intensité et une puissance jamais encore réalisées, exigeant de ce fait des qualités de faisceau exceptionnelles. Les caractéristiques de cet accélérateur, font qu'il requiert de nombreuses études et simulations pour toutes les étapes de sa mise en service. En parallèle, des études de fond sur les interactions coeur-halo et les effets de la charge d'espace dans les accélérateurs intenses, seront aussi menées. En particulier une nouvelle définition du halo d'un faisceau de particules, adaptée à l'étude de ces accélérateurs sera proposée et appliquée. / As part of the Broader Approach to Fusion concluded between Japan and Europe, the IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) project was launched for the study of future fusion materials resisting intense neutron fluxes. A major component of it is the couple of twin high power accelerators (2 × 5 MW) which will produce the neutron flux by bombarding a Lithium target with a deuterium beam at an energy of 40 MeV. Considering these ambitious specifications, a first phase called EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activity) is ongoing to provide the design and construction of an up to scale prototype accelerator to an energy of 9 MeV in Japan. The work of this thesis belongs to the field of Accelerators Physics. It consists of beam dynamics studies for the prototype accelerator LIPAc, characterized by unprecedented current and power, thereby requiring outstanding beam quality. The characteristics of this accelerator, makes many studies and simulations for all stages of its commissioning required. Concurrently, background studies on core-halo interactions and on the effects of space charge on high current beams will also be conducted. In particular a new definition of the halo of a particle beam, adapted to the study of these accelerators will be proposed and implemented.

Cette thèse contribue à l’étude des effets géants et anormaux de piézo-résistance (PZR) observés dans le nano-silicium. La PZR du silicium massif est devenue la clé de voûte de nombreuses technologies dont l’industrie micro-électronique vise des dispositifs de dimensions nanométriques. Il est donc logique d’investiguer la PZR du silicium à ces échelles spatiales où ont été révélé l’existence d’une PZR géante et d’une PZR d’amplitude « normale » mais de signe anormale. Cependant l’origine de ces effets reste peu claire et dans certains cas, leur véracité a été remise en cause. L’ensemble de ces effets semble corrélé à un appauvrissement en porteurs libres où le courant devient limité par la charge d’espace (en anglais SCLC). Pour mettre en lumière la dépendance en contrainte mécanique des taux de capture et d’émission de porteurs libres sur des pièges liés aux défauts cristallins, nous utilisons la technique de spectroscopie d’impédance qui, alliée à la spectroscopie de photoémission, suggère que les pièges en question sont ceux liés aux défauts intrinsèques de surface. La PZR géante n’est observée qu’en dehors du régime stationnaire. Dans le régime stationnaire dans laquelle se situe l’ensemble des études précédentes, bien qu’une PZR géante ne soit pas observée, une PZR de signe anormale est mesurée dans le silicium où une densité de défauts bien choisis a été introduite. Nous démontrons que cette dernière est due à un changement de type de porteur majoritaire induit par la tension appliquée en régime SCLC. Le chapitre 1 aborde l’historique de la PZR jusqu’aux observations de la PZR géante et anomale dans le nano-silicium. Le chapitre 2 présente les modèles physiques de la PZR en régime ohmique. La théorie des SCLCs est ensuite introduite. Le chapitre 3 présente les dispositifs expérimentaux, les procédures de mesure ainsi que les échantillons étudiés. Le chapitre 4 contient les principaux résultats obtenus par la spectroscopie d’impédance. Une PZR géante et nouvel effet de piézo-capacitance sont observés. Une comparaison avec la théorie indique que les dispositifs opèrent dans une régime SCLC en présence de pièges électroniques rapides, et que la PZR géante résulte de la dépendance en contrainte des taux de capture et d’émission de ces pièges. Ceci donne lieu à des changements importants de densités de porteurs hors du régime stationnaire. Ce chapitre se termine sur une discussion, revisitée à la lumière de nos résultats, des effets controversés de PZR géante publiés dans la littérature. Le chapitre 5 traite la mesure de la dépendance en contrainte du « pinning » du niveau de Fermi de surface, réalisée en combinant cartographie Raman et photoémission sur des leviers en silicium statiquement fléchis dont les surfaces sont terminées par une oxyde native. L’observation d’un déplacement du niveau de Fermi de surface pair en contrainte tend à montrer que les défauts intrinsèques de surface (type Pb0) sont à l’origine des effets géants présentés dans le chapitre 4.Le chapitre 6 aborde les mesures en régime stationnaire de PZR du silicium n.i.d. de type n pour laquelle une densité de bi-lacunes de silicium a été introduite. La caractéristique courant-tension montre trois régimes : à basse tension une loi ohmique dominé par les électrons majoritaires ; à des tensions intermédiaires une loi de Mott-Gurney modifiée des trous injectés depuis les contacts p++ ; à haute tension un régime plasma électron-trou. La PZR est déterminée par le porteur majoritaire. A basse tension un comportement du silicium type n est observé (i.e. de signe négatif) tandis qu’aux tensions intermédiaires une PZR similaire à celle du silicium type p est observée (i.e. de signe positive). A haute tension la PZR correspond à la somme de ces, conséquence directe de la présence d’électrons et de trous dans le régime plasma. Le chapitre 7, tout en résumant les conclusions principales de cette thèse développe également les directions futures à explorer. / This thesis presents a study of giant, anomalous piezo-resistance (PZR) in depleted nano-silicon. PZR in bulk silicon is a technologically important phenomenon in which mechanical stress changes the electrical resistivity via a change in the charge carrier effective masses. With continued reductions in device dimensions, it is of interest to explore the PZR of silicon micro- and nano-objects in which giant PZR and PZR of anomalous sign have been reported in recent years. The physical origin of these effects remains unclear and in some cases, even the veracity of the claimed results has been questioned. Some basic elements of the claimed effects are agreed upon, for example they occur in surface depleted nanostructures where transport is described by space charge limited currents (SCLC). In this thesis the details of the stress-dependence of the charge trapping and emission rates at fast electronic traps during SCLC transport in fully depleted silicon-on-insulator is probed using impedance spectroscopy. This, combined with an X-ray photo-electron spectroscopy study of statically deflected silicon cantilevers, strongly suggests that giant, non-steady-state PZR is due to stress-induced changes to hole trapping dynamics at intrinsic interface states. In contrast, under steady-state conditions like those used in all previous studies, giant PZR is not observed even in the presence of interface traps. On the other hand, anomalous, steady-state PZR is observed in defect engineered SCLC devices, and is shown to be the result of a voltage bias induced type change of the majority carrier. In chapter 1 the history of PZR is introduced. Prior reports of giant and anomalous PZR are then discussed. Chapter 2 presents the physical description of the PZR in silicon when transport occurs in the Ohmic regime. Both large-signal and small-signal SCLC transport are then introduced. Chapter 3 introduces the experimental details and the samples used throughout this work. Chapter 4 contains the principal impedance spectroscopy results. Giant, anomalous PZR and a novel piezo-capacitance are observed under non-steady-state conditions in fully-depleted silicon-on-insulator. Comparison of theory and data indicate that the devices operate in the SCLC regime in the presence of fast traps, and that the giant, anomalous PZR results from the stress dependence of the charge capture and emission rates of these traps. This in turn yields large changes of the non-equilibrium charge carrier concentrations. The importance of these observations in clarifying the physical origin, and the veracity of previous reports of steady-state, giant PZR, is discussed. Chapter 5 reports a comparison of Raman and XPS maps on statically deflected silicon cantilevers, providing a spectroscopic measurement of the stress-dependence of the pinned surface Fermi level at natively oxidized (001) silicon surfaces. A simplified analysis of the observed even symmetry of the stress-induced Fermi level shifts suggests that intrinsic interface defects (Pb0) are likely responsible for the giant, anomalous PZR reported in Chapter 4. Chapter 6 reports the DC bias dependence of the PZR in n.i.d. n-type, defect engineered silicon devices. The device characteristic exhibits three regimes; an Ohmic regime at low biases dominated by equilibrium electrons, a modified Mott-Gurney regime at intermediate biases dominated by holes injected from p++ contacts, and an electron-hole plasma regime at high biases. In each case the PZR depends on the majority carrier type; at low biases the usual n-type PZR is observed (i.e. the sign is negative); at intermediate biases it switches to the bulk p-type (i.e. positive) PZR; in the plasma regime, the PZR is a combination of the bulk electron and hole values. The results help shed light on observations of anomalous (i.e. sign reversed) PZR in depleted nano-silicon. Finally, chapter 7 summarizes the conclusions and introduces possible future research directions.

Nous nous focalisons sur l'échantillonnage comme une technique de simulation pour réduire le temps de simulation. L'échantillonnage est basé sur le fait que l'exécution d'un programme est composée des parties du code qui se répètent, les phases. D'où vient l'observation que l'on peut éviter la simulation entière d'un programme et simuler chaque phase juste une fois et à partir de leurs performances calculer la performance du programme entier. Deux questions importantes se lèvent: quelles parties du programme doit-on simuler? Et comment restaurer l'état du système avant chaque simulation? Pour répondre à la première question, il existe deux solutions: une qui analyse l'exécution du programme en termes de phases et choisit de simuler chaque phase une fois, l'échantillonnage représentatif, et une deuxième qui prône de choisir les échantillons aléatoirement, l'échantillonnage statistique. Pour répondre à la deuxième question de la restauration de l'état du système, des techniques ont été développées récemment qui restaurent l'état (chauffent) du système en fonction des besoins du bout du code simulé (adaptativement). Les techniques des choix des échantillons ignorent complètement les mécanismes de chauffage du système ou proposent des alternatives qui demandent beaucoup de modification du simulateur et les techniques adaptatives du chauffage ne sont pas compatibles avec la plupart des techniques d'échantillonnage. Au sein de cette thèse nous nous focalisons sur le fait de réconcilier les techniques d'échantillonnage avec celles du chauffage adaptatif pour développer un mécanisme qui soit à la fois facile à utiliser, précis dans ses résultats, et soit transparent à l'utilisateur. Nous avons prit l'échantillonnage représentatif et statistique et modifié les techniques adaptatives du chauffage pour les rendre compatibles avec ces premiers dans un seul mécanisme. Nous avons pu montrer que les techniques adaptatives du chauffage peuvent être employées dans l'échantillonnage. Nos résultats sont comparables avec l'état de l'art en terme de précision mais en débarrassant l'utilisateur des problèmes du chauffage et en lui cachant les détails de la simulation, nous rendons le processus plus facile. On a aussi constaté que l'échantillonnage statistique donne des résultats meilleurs que l'échantillonnage représentatif / Simulation is a vital tool used by architects to develop new architectures. However, because of the complexity of modern architectures and the length of recent benchmarks, detailed simulation of programs can take extremely long times. This impedes the exploration of processor design space which the architects need to do to find the optimal configuration of processor parameters. Sampling is one technique which reduces the simulation time without adversely affecting the accuracy of the results. Yet, most sampling techniques either ignore the warm-up issue or require significant development effort on the part of the user.In this thesis we tackle the problem of reconciling state-of-the-art warm-up techniques and the latest sampling mechanisms with the triple objective of keeping the user effort minimum, achieving good accuracy and being agnostic to software and hardware changes. We show that both the representative and statistical sampling techniques can be adapted to use warm-up mechanisms which can accommodate the underlying architecture's warm-up requirements on-the-fly. We present the experimental results which show an accuracy and speed comparable to latest research. Also, we leverage statistical calculations to provide an estimate of the robustness of the final results.

Dans un contexte où les tensions liées aux ressources énergétiques fossiles sont de plus en plus vives, concevoir une nouvelle manière d'appréhender le contexte énergétique est devenu essentiel. Les moyens de production et de consommation énergétiques habituels ont montré leur limite avec l'apparition de nouveau type de pollution pour différents secteurs. Dans ce rapport de thèse, nous nous sommes essentiellement axés sur le secteur de l'électricité en proposant un outil, d'aide à la décision, pour simuler la consommation électrique ainsi que la production électrique à partir des énergies renouvelables (EnR). La simulation de la consommation électrique permet d'avoir des informations à différents échelles d'observation en s'appuyant sur une démarche systémique et typologique, qui permet de calculer le bilan carbone associé à cette consommation ainsi que son coût annuel. Par la suite, cette consommation a été analysée à l'échelle horaire afin de pouvoir là mettre en relation avec des fichiers de production pour effectuer un pilotage au niveau de la courbe de charge. Ce pilotage a pour but de lisser les pics au niveau de la courbe de charge. Les premiers résultats analytiques obtenus à l'aide des outils développés montrent qu'il est possible de réduire l'appel au réseau électrique normal à un certain niveau en fonction des dimensionnements des systèmes de production EnR et du stockage. Ainsi que de pouvoir limité les coûts d'investissement au juste nécessaire, c'est-à-dire avoir un prix le moins cher possible, grâce à une optimisation du système EnR. / In a context where the tensions linked to fossil energy resources are increasing, design a new way of understanding the energy context has become essential. The usual means of energy production and consumption have shown their limit with the appearance of new types of pollution for different sectors. In this thesis, we mainly focused on the electricity sector by proposing a tool to simulate electricity consumption and electricity production from renewable energies (RES). Simulation of electricity consumption allows having information on different observation scales based on a systemic and typological approach, according to which the associated carbon footprint to this consumption is being calculated as well as its annual cost. Subsequently, this consumption was analyzed at the hourly scale, which is to relate it to the production files in order to control the load curve. This control aims to smooth down the peaks of the load curve. The first analytical results, obtained by using the developed tools, show that it is possible to reduce the use of the normal electrical network to a certain level according to the dimensions of the RES production systems and storage.

Les charges internes qui s'accumulent dans les matériaux diélectriques sont un facteur potentiel de vieillissement des matériaux à travers les distorsions de champ interne qu'elles provoquent. Durant les trois dernières décennies, des nombreuses techniques non-destructives de mesure de charges d'espace et de polarisation ont été développées et appliquées à un large éventail de thèmes, tels que les processus de vieillissement des matériaux piézoélectriques, le développement et optimisation de capteurs piézoélectriques, les phénomènes de rupture dans les câbles ou les revêtements diélectriques pour le contrôle thermique des satellites géostationnaires. Notre équipe a ainsi développé une méthode originale, appelée FLIMM (Focused Laser Induced Modulation Method) et s'est équipée de la méthode PEA (Pulsed Electro-Acoustic). Dans un premier temps, la méthode FLIMM a été adaptée pour réaliser des mesures sous champ électrique appliqué. Ces mesures sous tension permettent entre autre de calibrer les mesures de charges d'espace. Ensuite, une nouvelle stratégie de mesure a été mise en œuvre, elle permet après une phase de calibration, de choisir la zone d'étude et de mesurer l'état de charge dans l'échantillon avec une haute résolution de l'ordre du micromètre dans un temps réduit. Dans un second temps, la modélisation thermique a été abordée. Un nouveau modèle 1D multicouches rendant le calcul plus souple et flexible et une modélisation multicouches de la température en 3D par éléments finis ont permis une prise en compte plus fine de l'environnement thermique de l'échantillon et de l'absorption du faisceau laser. Enfin, des cartographies 3D de profil de charges d'espace ou de polarisation ont été réalisées avec une très bonne résolution spatiale sur des films minces de PEN soumis à une irradiation UV, de PVDF-TrFE ou de PTFE. Les cartographies effectuées sur le PVDF-TrFE ont été comparées avec celles obtenues par la méthode TPT. Concernant les mesures de charges d'espace effectuées sur les films minces de PTFE irradiés par un faisceau d'électrons, les résultats obtenus avec les techniques FLIMM et PEA ont mis en évidence de leur complémentarité.

Nous étudions les performances et limites de cellules à césium en<br />saphir pour une expérience de physique atomique visant à une mesure précise<br />d'un effet de violation de parité (PV) associé à l'échange du boson Zo<br />dans l'atome de césium. Une telle mesure permet un test à très basse énergie du<br />modèle standard électrofaible. Il s'agit d'une expérience pompe-sonde sur le<br />système 6S1/2-7S1/2-6P3/2, menée en régime impulsionnel, dans une<br />vapeur dense de césium (2.10^14 atomes/cm3), soumise à un champ<br />électrique E= (2kV/cm) statique à<br />l'échelle des impulsions laser. <br /><br />Dans la configuration étudiée avant cette thèse (champ E appliqué selon<br />la direction de propagation des faisceaux) les cellules en saphir ont permis de<br />dépasser plusieurs limites rencontrées auparavant avec les cellules en verre:<br />(i) totale immunité des fenêtres aux conditions de l'expérience (ii)<br />destruction thermique des dimères Cs2 en surchauffant la vapeur (iii)<br />production désormais possible du champ E dans la cellule avec des<br />électrodes externes, attestant la réduction des courants surfaciques internes.<br />Il apparaît cependant une émission d'électrons par les fenêtres, induite par<br />l'impulsion laser d'excitation, et on met en évidence une multiplication des<br />charges au cours de leur accélération dans le champ électrique. Les<br />perturbations associées à la charge d'espace et au courant électronique<br />limitent actuellement la précision des moyennages PV dans cette configuration.<br />Nous avons ensuite exploré une nouvelle configuration expérimentale, où le<br />champ électrique est perpendiculaire aux faisceaux. Cela a été réalisable<br />facilement avec l'utilisation d'électrodes externes, exploitables avec les<br />cellules en saphir. Les premières études expérimentales ont permis de dégager<br />les conditions de mesure et de calibration d'orientations atomiques<br />longitudinale et transverse (en utilisant la précession de Larmor) dans l'état<br />7S, par polarimétrie pompe-sonde impulsionnelle, en exploitant la détection par<br />émission stimulée. Nous avons par ailleurs mis en oeuvre une mesure atomique<br /> in situ du champ électrique, utilisable dans les deux configurations<br />expérimentales. Cette mesure est indispensable pour exploiter les mesures PV en<br />configuration longitudinale.