Cette thèse est consacrée à l'étude du transport dans les nanostructures quantiques unidimensionnelles dont les propriétés sont étudiées en s'appuyant notamment sur le bruit en excès à fréquence finie. La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude du transport à travers une impureté dans un liquide de Luttinger couplée à un environnement électromagnétique arbitraire. L'impureté est traitée dans deux limites de transmission, la limite tunnel et la limite de faible rétrodiffusion. Les calculs sont menés dans le formalisme de Keldysh. Nous montrons ainsi que la théorie du blocage de Coulomb dynamique, établie pour une jonction tunnel couplée à un environnement à l'équilibre, demeure valide pour un liquide de Luttinger. Par ailleurs nous montrons que les relations de fluctuation dissipation reliant le bruit à fréquence finie au courant reste valide. Nous montrons que cette théorie peut également s'étendre dans la limite de faible rétrodiffusion à condition de prendre en compte la rétro-action du liquide électronique sur l'environnement. En revanche, les relations de fluctuation dissipation ne sont respectées que pour le bruit en émission. Dans une seconde partie nous intéressons effets d'une modulation radiofréquence sur les propriétés de transport des mêmes systèmes. Nous montrons notamment que ces effets peuvent être décrit par une théorie du blocage de Coulomb dynamique effective en convoluant la statistique d'absorption de photon avec la statistique de Tien-Gordon. Notons cependant que les relations de fluctuation dissipation ne sont plus vérifiées. Ces prédictions théoriques sont comparées aux résultats expériments obtenus par une équipe du SPEC au CEA de Saclay. Enfin nous étudions les propriétés de transport lorsque l'environnement, ici un oscillateur harmonique, est maintenu dans un état excité. Nous montrons que la présence de photons autorise d'une part le processus photo-assistés mais favorise également l'absorption de photons par des processus de bunching. Nous montrons finalement que les propriétés du transport s'obtiennent en convoluant la loi de Poisson du blocage de Coulomb avec la fonction caractéristique de Glauber de l'état peuplant l'oscillateur, menant à des statistiques exotiques. Ce dernier point nous permet d'utiliser ce système comme un détecteur d'état quantique. / This thesis discusses electronic transport in uni-dimensional quantum systems whose properties are studied with an extensive use of the finite-frequency non symmetrised excess noise. The first part focuses on transport through an impurity embedded in a Luttinger liquid coupled to an arbitrary electromagnetic environment. The impurity is treated in two paradigmatic situations : The tunneling and the weak backscattering regime. The out-of-equilibrium situation is dealt with the Keldysh Formalism. We show that the dynamical Coulomb blockade theory, extends to the case of a a tunnel junction between Luttinger liquids. Besides, fluctuations dissipation relations that link noise noise and current remain valid. In the transparent regime, we show that the dynamical Coulomb blockade theory applies to the backscattering current albeit back-action effects of the electronic liquid on the electromagnetic environment that have to be taken into account. Fluctuation-dissipation relations remain valid only for the emission noise. The second part focuses on the effects of a micro-wave modulation on the transport properties of the transport properties of these systems. An effective dynamical Coulomb blockade can be obtained by convolving the statistic of absorption of the environment with the Tien-Gordon statistic. Yet, the fluctuation dissipation relations are not verified in this case. These predictions are compared to the experimental results obtained by a team of the SPEC at the CEA Saclay. Last, we study the transport properties of a tunnel junction coupled to a harmonic oscillator maintained in an excited state. We show that the photons within the cavity lead to two distinct processes: photo-assisted transport that enhance the conductance, and bunching effects that enhance the probability to absorbe a large number of photons. An effective dynamical Coulomb blockade theory can also be derived by convolving the Poisson distribution with Glauber characteristic function leading to exotic statistics. These can be probed by excess noise which can thus be used as a quantum state detector.

L'équation intégrale du champ électrique (EFIE) et l'équation intégrale du champ combiné (CFIE) souffrent d'un mauvais conditionnement à haute discrétisation et à bassefréquence : si la taille moyenne des arrêtes du maillage est réduite ou si la fréquence est diminuée le conditionnement du système se dégrade rapidement. Cela provoque le ralentissement ou la non convergence des solveurs itératifs. Cette dissertation présente de nouveaux paradigmes permettant l'obtention de solveurs à convergence rapide pour équations intégrales; pour prévenir la dégradation du conditionnement nous avançons l'état de l'art des techniques de préconditionnement dites de Calderon et de celles reposant sur l'utilisation des bases hiérarchiques. Pour traiter l'EFIE, nous introduisons une base hiérarchique pour maillages structurés et non-structurés dérivant des pré-ondelettes primaires et duales de Haar. De plus, nous introduisons un nouveau cadre permettant de préconditionner efficacement l'EFIE dans le cas d'objets à connexion multiples. L'applicabilité à la CFIE des préconditionneurs à bases hiérarchiques fait l'objet d'une étude aboutissant à la formalisation d'une technique de préconditionnement. Nous présentons aussi un préconditionneur multiplicatif de type Calderon (RF-CMP) qui permet l'obtention d'une matrice système Hermitienne, définie positive (HDP) et bien conditionnée, sans avoir recours, contrairement aux préconditionneurs existants, au raffinement du maillage ni à l'utilisation de fonction duales. Puisque la matrice est HPD, la méthode du gradient conjugué peut servir de solveur itératif avec une convergence garantie. / The electric field integral equation (EFIE) and the combined field integral equation(CFIE) suffer from the dense-discretization and the low-frequency breakdown: if the average edgelength of the mesh is reduced, or if the frequency is decreased, then the condition number of the system matrix grows. This leads to slowly or non-converging iterative solvers. This dissertation presents new paradigms for rapidly converging integral equation solvers: to overcome the illconditioning, we advance and extend the state of the art both in hierarchical basis and in Calderón preconditioning techniques. For the EFIE, we introduce a hierarchical basis for structured and unstructured meshes based on generalized primal and dual Haar prewavelets. Furthermore, a framework is introduced which renders the hierarchical basis able to efficiently precondition the EFIE in the case that the scatterer is multiply connected. The applicability of hierarchical basis preconditioners to the CFIE is analyzed and an efficient preconditioning scheme is derived. In addition, we present a refinement-free Calderón multiplicative preconditioner (RF-CMP) that yields a system matrix which is Hermitian, positive definite (HPD), and well-conditioned. Different from existing Calderón preconditioners, no dual basis functions and thus no refinement of the mesh is required. Since the matrix is HPD—in contrast to standard discretizations of the EFIE—we can apply the conjugate gradient (CG) method as iterative solver, which guarantees convergence. Eventually, the RF-CMP is extended to the CFIE.

La Compatibilité Electromagnétique (CEM) apparaît aujourd'hui comme l'une des contraintes majeures de la conception des structures de l'électronique de puissance et plus précisément sur les variateurs de vitesse. Malheureusement, elle est trop souvent considérée comme la dernière phase du développement d'un convertisseur puisqu'elle représente le dernier obstacle à sa commercialisation. Si elle est intégrée à la conception, l'estimation a priori des perturbations conduites et rayonnées par la simulation peut alors permettre un gain considérable tant sur le plan économique que sur la durée des phases de recherche et de développement. La première partie de ce mémoire traite des principales méthodes d'estimation spectrale des perturbations conduites. Cette étude met en évidence les problèmes liés aux simulations qu'elles soient temporelles ou fréquentielles. Elle fait également le point sur l'utilité de chacune. Une approche est alors proposée sur des structures de redressement à diodes, généralement présentes en tête des convertisseurs. Les hypothèses faites dans cette étude permettent de réaliser le modèle fréquentiel d'un onduleur triphasé MLI. L'objectif est de s'approcher par des simulations "rapides" de l'émission conduite pour envisager des processus d'optimisation. Il est alors impératif de prendre en compte l'environnement du convertisseur, ce qui implique la modélisation des éléments situés en amont et en aval de ce dernier (câbles, moteur, filtre, RSIL...). Finalement, après une présentation des modèles de filtre, une première optimisation de la cellule de filtrage est menée.

Cette thèse effectuée au sein de l'IRSEEM s'inscrit dans le cadre du projet EPEA (EMC Platform for Embedded Applications) du pôle de compétitivité Aerospace Valley. L'objectif de ces travaux est le développement de méthodologies de modélisation des émissions rayonnées de composants électroniques. Les modèles doivent être génériques (i.e. applicable à toute sorte de composant), d'obtention facile et insérables dans des outils de simulation électromagnétique commerciaux. Un modèle capable de prédire les champs électrique et magnétique dans le demi-espace au-dessus d'un dispositif est développé dans un premier temps. Il est basé sur un réseau de sources équivalentes de type dipôles électrique et magnétique. Deux inversions de matrices au sens des moindres carrées permettent leur détermination. Le modèle est caractérisé en termes de robustesse vis-à-vis de perturbations dans les données d'entrée et est ensuite appliqué à plusieurs circuits (passifs et actifs) avec de bons résultats. L'insertion des modèles dans des simulateurs commerciaux est possible grâce à une réduction du nombre de sources. Ce modèle est ensuite utilisé pour deux applications CEM : tout d'abord, la prédiction du couplage entre un dispositif agresseur et une ligne de transmission par deux procédures différentes : une analytique et une seconde numérique, puis la prédiction des champs lointains. Finalement, une nouvelle méthode de modélisation pour recréer les champs électrique et magnétique dans l'espace entourant le dispositif est proposée et validée sur des cas simples.

Le travail présenté dans ce mémoire se rapporte à la recherche de circuits équivàlents à constantes localisées pour représenter le comportement électrique des transformateurs. Il s'inscrit dans la continuité d'une longue étude, commencée en 1988 et menée en collaboration avec plusieurs industriels. Il généralise les travaux antérieurs et mène à la représentation des transformateurs multi-enroulements. Les méthodes générales de représentation et d'identification expérimentale des transformateurs multienroulements sont établies. Pour y parvenir, des repères généraux concernant le nombre d'impédances mesurables, le nombre de pôles et de zéros de ces impédances sont dégagés. Des notions nouvelles, telles que le transformateur de fuite et la modélisation progressive, sont introduites. Un modèle analytique est développé pour rendre compte des effets des courants induits (peau et proximité) dans les conducteurs. La représentation de ces effets par des constantes localisées, impossible à priori puisqu'ils mènent à des impédances proportionnelles à la racine carrée de la fréquence, est résolue. Tout ceci est validé expérimentalement et, en marge de ce travail, un banc destiné à caractériser le rayonnement magnétique des composants magnétiques est étudié et testé avec succès. L'intérêt du travail précédent est illustré par l'étude d'une alimentation à découpage industrielle. Il s'avère que les imperfections du transformateur à trois enroulements exploité par cette alimentation, bien représentées par le circuit équivalent, influent très fortement sur le dimensionnement des autres composants ainsi que sur les perturbations de mode commun du montage. Il est ainsi démontré qu'un modèle précis de transformateur est un élément clé pour concevoir des alimentations à découpage fiables et conformes aux normes de compatibilité électromagnétique en vigueur.

Le LHC a commencé, dès le mois de Novembre 2009, à prendre des données. Cela initie une nouvelle ère de découverte pour la physique des particules. Le détecteur CMS est une des expériences principales de physique présente au LHC. Un des buts de cette expérience est la recherche du boson de Higgs, pouvant être à l'origine de la brisure de symétrie électrofaible. Après un replacement de la place du LHC et de CMS au sein de la physique des particules d'aujourd'hui, je présenterai alors l'ensemble de la chaîne permettant de passer de l'évènement physique aux analyses finales permettant d'extraire, des particules reconstruites, les informations permettant, à terme, la découverte de nouvelles particules telles que le boson de Higgs. Une première partie de mes travaux a porté sur la mesure et le suivi des rapports de gains de l'électronique d'acquisition, permettant de mesurer de manière précise l'énergie des photons sur toute la gamme d'énergie accessible (35 MeV  1.7 TeV). Mes travaux ont alors concernés la vérification de la validité des méthodes de calibration des cartes d'acquisition VFE au sein du détecteur. Une seconde partie de mes travaux à porté sur la manière dont doivent êtres générés les évènements de physique pour ne pas avoir de double-comptage entre les photons provenant de générateurs à éléments de matrices et ceux provenant de générateur à gerbe partonique. En collaboration avec des physiciens phénoménologues une méthode de véto anti double-comptage a été élaborée. Enfin, la dernière partie de mes résultats concerne la manière dont les désintégrations radiatives du boson de jauge électrofaible neutre Z° permettent, par la sélection d'une population de photons certifiés et isotopiques, d'extraire l'échelle d'énergie des photons au sein du calorimètre électromagnétique de CMS

Diagnostiquer et identifier des défauts dans des machines électriques (moteur asynchrone monophasé à condensateur en priorité) à l'aide de mesures sur le champs électromagnétiques et acoustiques. / Diagnostic and identification of defaults providing in electrical machines (mainly single phased asynchrone motors) by stray flux measurement.

Le LHC a commencé, dès le mois de Novembre 2009, à prendre des données. Cela initie une nouvelle ère de découverte pour la physique des particules. Le détecteur CMS est une des expériences principales de physique présente au LHC. Un des buts de cette expérience est la recherche du boson de Higgs, pouvant être à l'origine de la brisure de symétrie électrofaible. Après un replacement de la place du LHC et de CMS au sein de la physique des particules d'aujourd'hui, je présenterai alors l'ensemble de la chaîne permettant de passer de l'évènement physique aux analyses finales permettant d'extraire, des particules reconstruites, les informations permettant, à terme, la découverte de nouvelles particules telles que le boson de Higgs. Une première partie de mes travaux a porté sur la mesure et le suivi des rapports de gains de l'électronique d'acquisition, permettant de mesurer de manière précise l'énergie des photons sur toute la gamme d'énergie accessible (35 MeV  1.7 TeV). Mes travaux ont alors concernés la vérification de la validité des méthodes de calibration des cartes d'acquisition VFE au sein du détecteur. Une seconde partie de mes travaux à porté sur la manière dont doivent êtres générés les évènements de physique pour ne pas avoir de double-comptage entre les photons provenant de générateurs à éléments de matrices et ceux provenant de générateur à gerbe partonique. En collaboration avec des physiciens phénoménologues une méthode de véto anti double-comptage a été élaborée. Enfin, la dernière partie de mes résultats concerne la manière dont les désintégrations radiatives du boson de jauge électrofaible neutre Z° permettent, par la sélection d'une population de photons certifiés et isotopiques, d'extraire l'échelle d'énergie des photons au sein du calorimètre électromagnétique de CMS / The LHC has started, since november 2009 taking data. This started a new era of discovery in particle physics. The CMS detector is one of the main experiment at the LHC (CERN). One goal of this experiment is the Higgs's boson discovery, that can be related to the electroweak symmetry breaking. After a contextual replacement of the LHC and CMS within the nowdays's particle physics, I will explain the whole chain allowing to go from the physical event to the nal analysis, in order to extract the reconstructed particles and the informations allowing, at the end, the discovery of new particles like the Higgs's boson. A rst part of my works was about the measurement and the study of the acquisition electronics's gains-ratios. This work aimed to have a precise measurement of the photons energy on the whole available energy band (35 MeV -> 1.7 TeV). In particular, my works were upon the validation of the dierent calibration methods for the VFE acquisition cards within the detector. A second part of my work was about the way that one have to generate the physics events avoiding double-counting between photons coming from matrix-element generators and those coming from parton-shower algorithms. In collaboration with phenomenologists physicists, an anti-double-counting veto have been created. At last, the nal part of my results was about the way the radiative decay of the Z° neutral electroweak gauge boson allow, by the selection of certied photons, the extraction of the photons energy scale inside the electromagnetical calorimeter of CMS.

L'augmentation du nombre de fonctions électriques disponibles dans les systèmes embarqués amène de nouvelles contraintes d'encombrement et de masse de leurs alimentations. Pour adresser ces problèmes, la miniaturisation et l'intégration des convertisseurs statiques sont donc des thématiques importantes de recherche qui aboutissent à de nombreuses évolutions technologiques et structurelles dont l'apparition de convertisseurs statiques à fréquence de fonctionnement élevée permettant la réduction des éléments passifs du convertisseurs.Ces avancées s'accompagnent cependant d'une augmentation des niveaux de perturbations électromagnétiques générés par le système. Afin de les diminuer, l'insertion de filtres CEM dans le système est nécessaire. Leurs performances sont fortement liées au contrôle de leurs éléments parasites. Les modèles développés jusqu'à présent concernent pour la plupart les effets conduits et l'évaluation de l'impact des phénomènes rayonnés est souvent ignoré ou au mieux basé sur des modèles simplistes. Un des objectifs de cette thèse est donc d'apporter un degré de complexification plus élevé des modèles de rayonnement des composants magnétiques utilisés dans les filtres CEM, tant par une approche par modélisation numérique que par la mise en oeuvre d'un modèle analytique.Dans un premier temps, une étude poussée du rayonnement magnétique de composants simples, les inductances toriques de mode différentiel, a été réalisée. Cette étude a débouché sur la mise en évidence des paramètres critiques déterminant la topologie du champ magnétique rayonné dans l'environnement proche du composant. Le résultat majeur de cette étude est l'importance de la répartition du bobinage autour du circuit magnétique sur le champ magnétique rayonné. De nouveaux modèles ont été proposés pour permettre la prédiction des champs proches rayonnés pour une gamme de fréquence inférieure à la résonance propre du composant.Par la suite, un modèle analytique fin du rayonnement magnétique des inductances de mode commun a été proposé. Ce modèle permet de déterminer \emph{a priori} le rayonnement magnétique proche du composant. Les études menées par la suite ont permis de relier les effets observés en rayonné au phénomènes conduits qui apparaissent dans ces composants notamment pour expliquer certains effets de transfert de mode (commun/différentiel).Dans une dernière partie, une étude de ces composants en susceptibilité électromagnétique (EM) a été menée. Elle a permis de rendre compte de l'influence d'une onde incidente de champ magnétique sur les composants étudiés et de valider les modèles proposés via une approche basée sur la réciprocité EM: la direction privilégiée de rayonnement est aussi celle de couplage facile pour un champ magnétique externe. / The number of electronic devices in embedded systems is constantly increasing and their contribution to volume and weight is a major concern. In order to solve these issues, a large research effort is devoted to volume reduction and power converters' integration. This lead to constant technological evolution including the appearance of high frequency power electronic converters allowing the reduction of the volume of passive components.However, due to the increase of operating frequencies and the minimization of inter-components distances, the electromagnetic radiations generated by these systems become more important. In order to decrease this interference, EMI filters are often necessary. Their performances are often related to the value of parasitic elements in the filter which must therefore be controlled. Nonetheless most of the existing models focus on conducted electromagnetic interference (EMI) and the impact of radiated phenomena is often ignored or greatly simplified. This work will therefore focus on developing highly accurate radiation models for magnetic components commonly used in EMI filters using both numeric and analytic tools.First, the magnetic fields radiated by differential mode (MD) toroidal coils, which belong to the basic magnetic components, will be thoroughly studied. This study highlighted the critical parameters determining the near-field topology. The main result is the discovery of the impact of the winding's layout around the magnetic core on the radiated magnetic field. New models have been developed in order to predict the radiated near field.Then, an accurate analytic model of the the magnetic radiation of common-mode (CM) chokes has been developed. It allows the prediction of the magnetic near-field. The application of the model lead to the correlation between radiated phenomena and conducted effects existing in these components. The importance of the winding on CM to DM mode coupling has therefore been highlighted.Finally, the electromagnetic (EM) susceptibility of these components has been studied. This work describes the influence of an external magnetic field on the components and validates the radiation models developed using the principle of EM reciprocity. It has been shown that the easy directions are the same for both the radiated and the coupled phenomena.

Dans le domaine de l’électromagnétisme computationnel, les équations intégrales de frontière sont très largement utilisées pour résoudre certains des plus grands problèmes directs, grâce à leur grande efficacité. Cependant les équations intégrales du champ électrique et du champ combiné (EFIE et CFIE), deux des formulations les plus employées, souffrent d’instabilités à basse fréquence et à haute discrétisation, ce qui limite leur versatilité. Dans cette thèse différentes approches sont présentées pour obtenir des algorithmes applicables aussi bien à des problèmes de compatibilité électromagnétique qu’à des applications radar. Les solutions présentées incluent (i) l’extension des projecteurs dit quasi-Helmholtz (qH) aux modélisations d’ordre supérieur ; (ii) l’utilisation de ces projecteurs pour stabiliser l’équation intégrale du champ magnétique et former une CFIE extrêmement précise, augmentée par des techniques de type Calderón, qui ne souffre de problèmes ni à basse fréquence ni à haute discrétisation et qui n’est pas sujette aux résonances artificielles ; (iii) le développement d’une EFIE filaire, basée sur des B-splines linéaires et les projecteurs qH, stable aux deux extrémités du spectre. Ces travaux ont été suivis de l’ouverture d’un nouvel axe de recherche visant l’amélioration des techniques de résolution des problèmes inverses en électromagnétique, avec pour objectif principal l’augmentation des performances des interfaces cerveau machine (BCIs). Les premiers résultats obtenus incluent le développement de l’un des premiers systèmes libres de simulation de bout en bout de session de BCI ayant été publié après revue par les pairs. / In computational electromagnetics, boundary integral equations are the scheme of choice for solving extremely large forward electromagnetic problems due to their high efficiency. However, two of the most used of these formulations, the electric and combined field integral equations (EFIE and CFIE), suffer from stability issues at low frequency and dense discretization, limiting their applicability at both ends of the spectrum. This thesis focusses on remedying these issues to obtain full-wave solvers stable from low to high frequencies, capable of handling scenarios ranging from electromagnetic compatibility to radar applications. The solutions presented include (i) extending the quasi-Helmholtz (qH) projectors to higher order modeling thus combining stability with high order convergence rates; (ii) leveraging on the qH projectors to numerically stabilize the magnetic field integral equation and obtain a highly accurate and provably resonance-free Calderón-augmented CFIE immune to both of the aforementioned problems; and(iii) introducing a new low frequency and dense discretization stable wire EFIE based on projectors and linear B-splines. In addition, a research axis focused on enhancing Brain Computer Interface (BCIs) with high resolution electromagnetic modeling of the brain has been opened ; a particular attention is dedicated to the inverse problem of electromagnetics and the associated integral equation-based forward problem. The first results of this new line of investigations include the development of one of the first peer-reviewed, freely available framework for end-to-end simulation of BCI experiments.