La réduction de la température de fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide, de 1000°C à moins de 700°C, est la meilleure solution pour en diminuer les coûts de fabrication et augmenter la durée de vie. Néanmoins, l'abaissement de la température de fonctionnement s'accompagne d'une chute ohmique au sein de l'électrolyte et une augmentation des surtensions aux électrodes entraînant une diminution des performances de la pile. Dans cette optique, notre étude est centrée sur la recherche de nouveaux matériaux et de nouvelles architectures pour les piles SOFC. Des demi-cellules cathode/électrolyte avec des couches minces interfaciales de YSZ, LSM et La2NiO4 ont été élaborées sur des substrats denses de YSZ par différentes techniques (ALD, PVD et sol-gel). Ces demi-cellules ont été caractérisées par plusieurs techniques physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X) ; leurs propriétés électriques ont été étudiées par spectroscopie d'impédance. Une deuxième étude a été menée sur l'élaboration par ALD et les caractérisations physico-chimiques et électriques de couche minces d'oxyde zirconium dopé à l'oxyde d'indium (IDZ) présentant un gradient de composition, permettant de passer d'une conduction ionique à une conduction électronique. La dernière partie de ce travail a été dédiée à un nouveau matériau composite d'électrolyte, GDC-carbonates, dont l'étude des propriétés électriques et de vieillissement a montré des résultats encourageants.

L'étalonnage absolu des microphones de mesure en acoustique repose sur l'obtention d'étalons primaires, eux-mêmes étalonnés suivant un protocole sophistiqué (méthode de réciprocité) et conformément aux normes en vigueur ; ces normes ont fait l'objet d'améliorations au cours des dernières décennies mais laissent toujours des zones d'ombre. Parallèlement, la caractérisation appropriée des oreilles artificielles, nécessaire au réglage des audiomètres et par suite à leur étalonnage, fait aujourd'hui défaut.<br /><br />Ce propos met en cause la précision de l'étalonnage des étalons de mesure de pressions acoustiques et l'insuffisance des réglages d'appareils médicaux largement utilisés. Les enjeux pratiques, techniques et scientifiques ont donc leur importance et les études à mener comportent des exigences qui nécessitent des recherches approfondies. C'est ainsi que les thèmes abordés font appel ici à la méthode de la réciprocité en cavité et en champ libre.<br />Dans la première partie du travail, l'objectif recherché est d'adapter et d'améliorer la méthode de réciprocité en cavité. L'adaptation de cette méthode conduit à une technique de mesure d'impédances d'entrée de petits éléments acoustiques, tels que des tubes, fentes, cavités (utilisés dans l'oreille artificielle). L'amélioration des incertitudes de mesure des efficacités recherchée pour les hautes fréquences a conduit à proposer une modélisation améliorée d'un microphone ainsi que du dispositif d'étalonnage dans sa globalité de manière à étudier l'influence des modes radiaux dans la cavité sur les résultats de l'étalonnage.<br /><br />La deuxième partie de ce travail trouve son origine dans une comparaison clé à l'échelle internationale portant sur les techniques d'étalonnage des microphones en champ libre. Cette comparaison clé a nécessité une refonte complète du dispositif expérimental du LNE, des techniques d'acquisitions et des méthodes de filtrage des perturbations liées aux faibles niveaux acoustiques mis en jeu. Ce travail a conduit à entreprendre des études plus approfondies sur les plans analytique et expérimental du concept de centre acoustique d'un microphone.<br /><br />Certains résultats obtenus posent les bases des travaux futurs qui devraient permettre de poursuivre la modélisation pour réduire les incertitudes mais également pour prévoir la mise en oeuvre des méthodes adaptées à la métrologie des capteurs du futur qui seront fabriqués par des procédés relevant des microtechnologies.

Ce travail avait pour objectif d'aborder la problématique des dispositifs accordables en radiofréquence. Il a été mené au travers des conceptions et caractérisations de deux fonctions : un adaptateur d'impédance à 1 GHz et un filtre passe-bas contrôlé optiquement à 6 GHz.<br />L'adaptateur d'impédance accordable a été réalisé en technologie hybride : structure coplanaire et composants montés en surface. La topologie choisie est une structure en Π avec comme composant accordable un varactor en série avec une inductance. Les simulations et les mesures sont en très bon accord. L'adaptateur couvre largement l'abaque de Smith, les impédances variant entre 6 Ω et 1 kΩ en module, avec un accord en fréquence sur une bande relative de 50%.<br />La seconde étude a porté sur un filtre passe-bas à structure périodique. Après avoir étudié une variation périodique particulière de l'impédance caractéristique (en forme d'exponentielle de sinusoïde) grâce à la théorie des modes couplés, une étude des possibilités d'utilisation du contrôle optique dans cette structure a été menée et un prototype de filtre passe bas a été réalisé avec les moyens de la salle banche de l'IMEP-LAHC. L'accord en fréquence du filtre est fait par le contrôle optique de défauts dans le plan de masse. Ceci permet une variation théorique de la fréquence de coupure de 1 GHz.

Le but de ce travail est l'étude de la corrosion du cuivre pur et du cuivre recouvert d'une couche de patine artificielle développée dans une solution de sulfate. Ces études ont été menées dans des solutions contenant des espèces agressives caractéristiques de l'atmosphère de la ville de São Paulo (Brésil), à savoir les ions chlorure, sulfate et ammonium, ajoutés respectivement sous forme de NaCl, Na2SO4 et (NH4)2SO4, afin d'examiner la stabilité de la couche de patine dans ces milieux. Le comportement électrochimique a été caractérisé au moyen de voltammétrie cyclique et par spectroscopie d'impédance électrochimique, tandis que la spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X et la microscopie électronique à balayage couplé à l'analyse élémentaire EDAX ont été employés pour analyser la composition chimique, structurale et microstructurale des échantillons. La caractérisation électrochimique a été réalisée soit en utilisant des électrodes classiques avec une grande surface de travail, soit en utilisant des techniques de microélectrochimie comme la microélectrode à cavité et la microcellule électrochimique. Les caractérisations microstructurales et chimiques ont révélé une structure bicouche pour la patine artificielle avec une couche externe poreuse composée principalement de brochantite et une couche interne plus compacte composée d'oxyde de cuivre. Cette structure est conforme à celle des patines de sulfate obtenues dans conditions réelles d'expositions extérieures. Les résultats des tests électrochimiques avec les électrodes classiques ont montré que le comportement d'électrode dépendait extrêmement de la composition d'électrolyte et que la solution contenant des ions d'ammonium est la plus agressive tant pour le cuivre nu que pour le cuivre recouvert d'une couche de patine. Les expériences réalisées avec la microcellule ont permis de montrer l'existence de domaines avec des activités électrochimiques très différentes sur la surface patinée, tandis que l'utilisation de la microélectrode de cavité a montré que la patine de cuivre est électrochimiquement active dans les trois électrolytes.

Une solution pour limiter les pertes ohmiques résultant de la réduction de la température de fonctionnement des SOFC consiste à élaborer des matériaux d'électrolyte sous forme de couches minces. Dans ce contexte, des couches ultraminces de YSZ et de CGO ont été synthétisées séparément ou sous la forme d'un électrolyte bicouche par dépôt de couches atomiques (ALD) et par pulvérisation cathodique magnétron en condition réactive sur des substrats conducteurs électroniques denses ou poreux. Le dépôt chimique en solution (CBD) a aussi été envisagé comme une technique de dépôt moins onéreuse pour CGO. Les films déposés ont été caractérisés par plusieurs techniques physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X, spectrométrie de rayons X à dispersion d'énergie), puis leurs propriétés électriques ont été étudiées par spectroscopie d'impédance. La complexité de l'étude du comportement électrique des couches minces par cette technique a été soulignée. Ces caractérisations ont permis de mettre en évidence et de comparer les principales caractéristiques de ces méthodes d'élaboration et de montrer l'influence du choix de la technique de dépôt sur le comportement électrique des couches minces. Enfin, une étude préliminaire a été menée sur l'élaboration par ALD et les caractérisations physico-chimiques et électriques de couche minces d'oxyde zirconium dopé à l'oxyde d'indium (IDZ).

La fréquence d'opération des circuits intégrés continue<br />de monter donc l'inductance des interconnexions devient non<br />négligeable. Il est donc nécessaire de pouvoir la calculer de<br />façon précise pour une analyse à posteriori correcte. Dans cette<br />thèse, nous développons une nouvelle approche pour<br />le calcul de l'impédance propre et mutuelle dans les<br />interconnexions. Notre méthode alternative est moins chère, du<br />point vu du calcul, que celle du PEEC. Elle est aussi plus stable mais<br />tout de même aussi précise. Nous résoudrons le problème<br />de capturer la dépendance en fréquence de l'impédance,<br />conséquence des effets de proximité et de peau.<br /><br />Nous étendons notre analyse a l'étude de l'impédance propre<br />et mutuelle des dispositifs passifs, plus spécifiquement les<br />inducteurs intentionnels. Nous incluons un modèle RLC utile pour<br />capturer des informations importantes comme la fréquence de<br />résonance ou le facteur de qualité.<br /><br />Nous dérivons une expression originale pour le délai d'une ligne<br />de transmission RLC excitée par une rampe avec un temps de<br />montée non nul et avec une capacité de charge placée à la fin<br />de la ligne.<br /><br />Nous présentons une application utile des effets inductifs dans les<br />circuits intégrés. Ce que nous montrons est la faisabilité<br />pour transmettre des signaux à la vitesse maximale, celle de la<br />lumière dans le milieu de transmission.

La particularité des systèmes xDSL (Digital Subscriber Line) et CPL (Courants Porteurs en ligne) est de réutiliser des supports de transmission existants, à savoir l'infrastructure téléphonique et le réseau électrique domestique. Ces deux techniques présentent ainsi l'avantage d'optimiser l'utilisation de ces media de communication. Néanmoins les supports filaires utilisés n'étaient pas initialement destinés à la transmission d'informations à haut débit et des problèmes de Compatibilité Electromagnétique (CEM) se posent inévitablement. Dans ce contexte, ce travail de thèse étudie les problèmes de CEM dans les réseaux filaires supports des hauts débits, à partir des caractéristiques physiques des supports de transmission. Des solutions innovantes sont proposées pour la réduction de la diaphonie dans les réseaux téléphoniques multifilaires transportant les signaux xDSL; puis pour l'amélioration de la fonction de transfert du réseau électrique domestique, support des CPL.

Le toucher est considéré comme l’un des sens primordiaux à modéliser chez un robot afin de lui permettre de générer des comportements plus souples et plus agiles comme attraper un objet, toucher (ou être touché par) une personne. Même si les capteurs tactiles actuels sont encore très limités en comparaison à la peau humaine, combinés à la vision et à la proprioception, le développement de nouveaux capteurs proches de la peau humaine pourrait démultiplier les capacités d’interactions d’un robot afin d’interagir directement avec une personne en toute sécurité et de partager avec lui son environnement physique et social. A la différence de la peau humaine, les principaux capteurs tactiles utilisés en robotique actuellement ne sont capables de détecter des variations de pression et de poids que sur de petites surfaces uniquement. De plus, ceux-ci sont souvent très rigides et n’ont pas les propriétés élastiques de déformation de la peau humaine. Les travaux de cette thèse se basent sur le développement d’une interface tactile proche d’une "peau artificielle" en terme de surface de recouvrement (qui peuvent atteindre plusieurs dizaines de centimètres carrés) et de localisation des points de contact de quelques dizaines de millinewtons. Deux aspects principaux sont développés : (i) aspect d’ingénierie comprenant le développement d’un prototype de peau artificielle conçue pour un robot humanoïde afin de lui conférer une perception tactile, et (ii) aspect cognitifs qui s’appuient sur l’intégration de multiples rétroactions sensorielles (tactile, visuelle, proprioceptive) dans le but d’avoir un robot qui puisse interagir physiquement avec des personnes.Le prototype tactile développé est basé sur la reconstruction du champ électrique à la surface d’un matériau conducteur, suivant le principe de la Tomographie par Impédance Électrique (TIE). Notre innovation principale a été d’implémenter des techniques d’apprentissage par réseau de neurones artificiels afin de reconstruire l’information sans utiliser les techniques analytiques d’inversion de matrice coûteuse en temps de calcul. De plus, nous montrons que l’utilisation de réseaux de neurones artificiels permet d’avoir un système beaucoup plus biomimétique, indispensable pour comprendre la perception du toucher chez l’être humain.Nous avons ensuite abordé le problème de l’intégration des informations tactiles et motrices. Après avoir recouvert un bras manipulateur avec la peau artificielle, nous avons fait apprendre un réseau de neurones son schéma corporel et adapter sa compliance par retour tactile. Le fonctionnement du moteur est basé sur le contrôle par admittance du bras robotique. Des expériences montrent que les réseaux de neurones peuvent contrôler l’interaction adaptative entre le bras du robot avec une personne grâce à l’estimation du couple appris selon la position où la force tactile avait été appliquée lors de la phase d’apprentissage.Enfin, nous nous sommes intéressées à la problématique de la représentation du corps au niveau neuronal, comment les êtres humains perçoivent leur propre corps à travers tous les sens (visuel, tactile et proprioceptif). Nous avons proposé un modèle biologique au niveau du cortex pariétal qui s’appuie sur l’intégration de multiples rétroactions sensorielles du corps du robot (son bras) et sur la synchronisation des rétroactions visuelles et proprioceptives. Nos résultats montrent l’apprentissage d’une image corporelle et l’espace péri-personnel avec l’émergence de neurones qui codent une information spatiale visuo-tactile relative au déplacement du bras et centrée soit sur le bras robotique soit centrée sur l’objet. / The touch perception is considered as one of the crucial senses to be recreated in a robot so that it could generate a more flexible and agile behavior. For instance, grasping an object, as well as touch or be touched by a person. Although modern touch sensors are still very limited compared to the human skin, combined with vision and proprioception, the development of new sensors similar to human skin could multiply the robot’s capacity to interact directly and safely with a person, as well as to share his or her physical and social environment.Unlike human skin, the main touch sensors used in modern robotics are only capable of detecting the pressure and weight variations on small batches of surface. Moreover, they are often quite stiff and do not have the elastic deformation capacity intrinsic to the human skin. The purpose of this thesis is to develop a touch interface close to "artificial skin" in terms of the covered area (which can reach several square decimeters) and localization of the contact points (several dozen millinewtons). Two main aspects have been developed: (i) the engineering aspect including the development of an artificial skin prototype for a humanoid robot designed to impart a tactile perception, and (ii) the cognitive aspect that is based on the integration of multiple sensory feedbacks (tactile, visual, proprioceptive) in order to conceive a robot that can physically interact with people.The developed tactile prototype is based on the reconstruction of the electric field on the surface of a conductive material, following the principle of Electrical Impedance Tomography (EIT). Our main innovation was to implement the neural network learning techniques to reconstruct the information without using the inverse matrix analytical techniques which imply time consuming computation. Moreover, we show that the application of artificial neural networks allows to obtain a much more biomimetic system, essential to understand the perception of the human touch.Then, we addressed the issue of integrating tactile and motor information. After having covered a manipulator arm with artificial skin, we have learn a neural network its body schema and enables it to adjust its compliance with tactile feedback. The functioning of the motor is based on the admittance control of the robot arm. Experiments show that neural networks can control the adaptive interaction between the robot arm and a human being by estimating the torque perceived according to the position where the touch force had been applied during the learning phase.Finally, we turned our attention to the issue of the body representation at the neuronal level, namely, how human beings perceive their own body through all their senses (visual, tactile, and proprioceptive). We have proposed a biological model in the parietal cortex, which is based on the integration of multiple sensory feedbacks from the robot’s body (its arm) and on the synchronization of visual and proprioceptive feedback. Our results show the capacity to perceive the body image with the emergence of neurons that encode a spatial visual-tactile information of the arm movement and is centered on either the robotic arm or on the object.

Trois types des ETLs ont été développés et étudiés dans cette travaille comme une photoélectrode dans la cellule solaire à colorant (DSSC). Ils sont composés de (1) deux types de nanoparticules de TiO2-brookite, (2) le composite d'anatase et graphène et (3) la nanoparticule de ZnO qui a nanobâtonnet structure, respectivement. Toutes photoélectrodes sont préparées par le technique « doctor blade ». La morphologie des photoélectrodes ont été caractérisées par microscopie électronique à transmission (MET) et microscopie électronique à balayage (MEB). Les épaisseurs de couche sont mesurées en utilisant la profilométrie. Pour les films caractérisations structurelles, une haute résolution diffractomètre à rayons X a été utilisée. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et micro-Raman ont été effectués pour vérifier la préparation composite TiO2_Gr. Les propriétés des films optiques ont été enregistrées avec un spectrophotomètre équipé d'une sphère d'intégration de techniques. Les performances de cellules ont été obtenues en mesurant les courbes IV des cellules sous illumination calibré. Pour atteindre une compréhension profonde du fonctionnement de la cellule, la spectroscopie d'impédance (IS) technique a été étudiée sur une grande gamme de potentiel appliquée. En faisant est l'étude, la structure électronique, porteurs de charge à vie (tn), le transport / heure de collecte (ttr) et les paramètres de transport d'électrons des couches ont été déterminées. L'étude soin de leurs propriétés a révélé non seulement leurs avantages mais aussi leur limitation. Cette information sera bénéfique comme une considération pour les travaux futurs. / Three kinds of ETL have been developed and studied in this present work as a photoelectrode in DSSC. Those composed of (1) two kinds of TiO2-brookite nanoparticles, (TiO2_B1 and TiO2_B2), (2) the composite of anatase and graphene (TiO2_Gr) and (3) the nanorods like ZnO nanoparticles (ZnO_NR), respectively. All photoelectrode are prepared by doctor blading technique. The morphology of photoelectrodes have been characterized using transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). The layer thicknesses were measured using profilometry. For the film structural characterizations, a high-resolution X-ray diffractometer was used. The Fourier transform infrared (FTIR) and micro Raman measurement have been carried out to verify the TiO2_Gr composite preparation. The optical film properties (total transmission and total reflection) were recorded with a spectrophotometer equipped with an integrating sphere techniques. The cell performances were obtained by measuring the I-V curves of the cells under calibrated illumination. To achieve an in-deep understanding of the cell functioning, the impedance spectroscopy (IS) technique has been studied over a large applied potential range. By doing IS study, the electronic structure, charge carrier lifetime (tn), transport/collection time (ttr) and electron transport parameters of the layers have been determined. The carefully study of their properties has revealed not only their advantages but also their limitation. This information will be beneficial as a consideration for the future work.

Ce travail de recherche porte sur l'élaboration de matériaux hybrides 3D nanotubes de TiO2/ polymère conducteur. Il est établi dans cette thèse que la nature du sel de fond de la solution de synthèse joue un rôle déterminant lors du dépôt de polymère par polarisation anodique au sein de ces nanotubes. En effet, les résultats montrent que la nature de l'électrolyte support a un impact sur la position du potentiel de bande plate du TiO2 et sur la présence ou non d'états de surface, qui tous les deux influencent la vitesse du transfert de charge. La nature de la jonction réalisée entre deux matériaux dépendant fortement de la position respective de leurs bandes énergétiques. Ainsi il est démontré que la synthèse de polypyrrole à la surface de nanotubes de TiO2 conduit à la formation d'une jonction ohmique, ce qui permet aux électrons issus de l'oxydation du polymère d'être transférés directement dans la bande de conduction du TiO2. Au contraire, la jonction formée par l'oxyde de titane et le PEDOT est de type p-n, ce qui laisse envisager que ce type de structure hybride peut trouver son application dans le domaine de l'énergie photovoltaïque. / This research work considers the realization of 3D hybrid materials TiO2 nanotubes/conducting polymer. In this thesis, it is proven that the background salt from the synthesis solution plays a decisive role during the polymer deposition through anodic polarization within TiO2 nanotube arrays. In fact, results show that the nature of the supporting electrolyte has an influence on the position of the flat band potential of the semiconductor, and on the presence of surface states, which both affect the rate of charge transfer. It is demonstrated that the nature of the junction obtained between the semiconductor and the polymer depends greatly on the respective position of their energy bands. Accordingly a TiO2 nanotubes/polypyrrole junction is shown to be of ohmic nature, allowing electrons from the polymer oxidation to be directly transferred to the conduction band of TiO2. On the contrary, the junction created between titanium dioxide and PEDOT is of p-n type, leading to potential applications in the field of photovoltaics.