During the past few years, Power Line Communications (PLC) have become a popular connectivity solution to answer the growing need of home networks for bandwidth. As wireless technologies, this solution spares the user from cabling its Local Area Network (LAN), by directly using the home power grid as a transmission medium. While PLC generally offer a larger coverage than Wireless Local Area Networks (WLAN), the capacity offered by current systems is not sufficient to simultaneously support bandwidth intensive streams. In this thesis, we aim at exploring various solutions for future PLC networks. Firstly, we aim at improving the spectral efficiency of the current systems' Physical (PHY) layer, where two modulation schemes are compared. On the one hand, we study the modulation deployed in current PLC networks, called windowed Orthogonal requency Division Multiplexing (OFDM), and we highlight the main limitation of this solution in the particular context of PLC. On the other hand, we show that and alternative solution, called OFDM/Offset Quadrature Amplitude Modulation (OQAM), offers some degrees of freedom which could highly benefit to PLC networks. Secondly, the study is oriented toward the Media Access Control (MAC) layer of PLC systems, considering a multiuser utilization of the network. In this second part, we aim at proposing allocation solutions that will allow a more efficient utilization of the limited and shared transmission resource. We firstly study the opportunity of defining an Orthogonal Frequency-Division Multiple Access (OFDMA) transmission scheme for point-to-multipoint transmissions, in order to increase data rates by taking advantage of the diversity between users' channels. Finally, the last Chapter is dedicated to the study of broadcast and multicast communications in PLC networks, where we show that a smart aggregation of the set of users to reach could greatly improve efficiency of multicast transmissions.

L'énergie solaire photovoltaïque est une forme d'énergie renouvelable permettant de produire de l'électricité par transformation d'une partie du rayonnement solaire grâce à des modules solaires photovoltaïques, comprenant plusieurs cellules photovoltaïques reliées entre elles. Les impacts locaux du solaire sont très réduits : pas de bruit, pas de rejets et, sur le plan visuel, une relative discrétion voire, pour certaines structures intégrées au bâtiment une réelle élégance. L'électrification par l'énergie solaire photovoltaïque est une solution alternative pour un habitat en site isolé, éloigné du réseau électrique. Elle permet de couvrir les besoins domestiques d'une résidence principale en utilisant des appareils standards (petit électroménager, téléviseur, chaine haute-fidélité, micro-informatique, etc...) et des équipements spécifiques économes en énergie (éclairage et froid). Le photovoltaïque raccordé au réseau représente une filière émergente pour la production décentralisée d'électricité. Toute personne disposant d'un habitat résidentiel, d'un bâtiment communal ou d'un autre lieu d'implantation susceptible de recevoir un champ de modules photovoltaïques, peut devenir un producteur d'énergie renouvelable en injectant toute ou partie de l'électricité localement produite dans le réseau de distribution public. Cependant, à ce jour, le développement massif du solaire photovoltaïque, en tant que moyen de production d'électricité raccordé au réseau, reste pénalisé par son coût de production encore très élevé. Cest dans ce contexte que se situent les travaux de recherche présentés dans cette habilitation à diriger des recherches. Depuis 1996, les recherches du LAAS se sont orientées sur l'Optimisation, la Gestion et le Traitement de l'Energie, et plus particulièrement sur l'optimisation de chaines modulaires de conversion d'énergie photovoltaïque, en complémentarité avec la communauté scientifique française, majoritairement orientée vers la synthèse de matériaux e t le développement de nouveaux types de cellules. L'objectif est de concevoir, réaliser et caractériser des systèmes en liaison avec un aspect intégration technologique fort. Actuellement, différentes architectures de gestion de lénergie photovoltaïque sont proposées sur le marché et permettent de valoriser plus ou moins bien la production de ce type dénergie. Nous nous consacrerons ici aux architectures de conversion DC-DC discrétisées, permettant dapporter une solution technologique novatrice en termes damélioration du rendement de la chaîne de conversion, avec une volonté forte dintégration de lensemble. Après avoir rappelé le concept et la validité du concept de discrétisation, nous nous focaliserons sur létude dun micro-convertisseur pour une cellule photovoltaïque Tandem. Enfin, nous proposons diverses perspectives de recherches inhérentes à la thématique du photovoltaïque. Bien que la fourniture dénergie décentralisée comporte de nombreux avantages, la transition vers un " smart grid " représente plusieurs défis. Un des enjeux majeurs des réseaux d'électricité de demain consiste en lassimilation de la production d'électricité intermittente. Le développement des énergies renouvelables, sources de production d'électricité décentralisées, est souvent freiné par une inadéquation de ces moyens de production avec le fonctionnement du réseau actuel. Ainsi, partant du constat que la production intermittente d'énergie est en effet difficile à intégrer au réseau et ne correspond pas aux périodes de consommation de pointe, nous envisagerons différentes solutions pour intégrer la production d'électricité d'origine renouvelable, notamment par lintroduction de moyens de stockage. Pour valider notre approche qui se veut globale sur la problématique de lénergie, nous évoquerons la constitution du démonstrateur ADREAM en cours de construction au LAAS-CNRS, conçu dès le départ comme un outil de validation grandeur réelle.

L'électronique organique est un domaine de recherche récent en pleine expansion. La plupart des composants de l'électronique classique trouvent à ce jour un équivalent utilisant des matériaux semi-conducteurs organiques (OSCs) : diodes électroluminescents organiques (OLEDs), transistors à effet de champ organiques (OFETs) ou encore cellules photovoltaïques organiques (OPVs). Depuis la réalisation des premières vannes de spin organiques en 2002 et 2004, le domaine de la spintronique organique connaît un certain essor. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte, avec pour objectif de fabriquer des vannes de spin organiques et de les étudier afin de mieux comprendre les mécanismes d'injection et de transport de spin dans les OSCs. Les jonctions réalisées sont constituées de deux électrodes ferromagnétiques, dont la polarisation en spin se conserve audelà de la température ambiante, entre lesquelles un film mince de 50 à 200 nm d'un matériau OSC est pris en sandwich. Au cours de cette thèse, plusieurs molécules ont été étudiées, au regard de leurs différentes propriétés électroniques : le tris-(8-hydroxyquinoline) aluminium (Alq3), le tétraéthyl pérylène 3, 4, 9, 10- tétracarboxylate (PTCTE) et le benzofurane bithiophène (BF3). Des études morphologiques et structurales ont été réalisées afin de contrôler la qualité des interfaces métal/OSC. Des mesures VSM (Vibrating Sample Magnetometer) ont permis de s'assurer du comportement vanne de spin de nos échantillons de 10 K à 300 K. Enfin, des mesures de transport avec ou sans champ magnétique ont été réalisées en fonction de la température. Elles ont permis de mettre en évidence la limitation du courant par les charges d'espace en présence de pièges profonds, avec une conduction par sauts de type Various Range Hopping de Mott. Des méthodes alternatives de fabrication de l'électrode supérieure ont été comparées afin d'améliorer la stabilité des composants réalisés. Pour finir, 3 % de magnétorésistance ont été obtenus à 5 K pour le PTCTE et à 40 K pour le BF3, suggérant que ces matériaux sont de bons candidats pour le transport polarisé en spin.

Le marché de l'électronique dans l'automobile est en constante augmentation. En effet, nos voitures embarquent de plus en plus d'électroniques pour améliorer notre confort, notre sécurité et même nos loisirs avec l'arrivée d'applications de type multimédia. À cela s'ajoute une nécessité pour ces fonctions de communiquer entre elles qui est toujours plus importante. Cela n'est pas sans conséquences pour les constructeurs et équipementiers de l'automobile qui assistent à un engorgement des faisceaux de câbles permettant l'échange de données entre les calculateurs, les capteurs et bien d'autres fonctions. De nouvelles architectures de réseaux et de calculateurs semblent alors nécessaires comme cela a été le cas il y a quelques années avec l'apparition des réseaux multiplexés comme le CAN et récemment le FlexRay. Dans ce travail de thèse, nous proposons d'étudier un nouveau type de réseau de communication qui ne nécessite pas l'ajout de nouveaux câbles et qui laisse présager des débits élevés: le courant porteur en ligne (CPL). Plus précisément, le CPL est un moyen de communication bien connu de l'Indoor qui permet d'utiliser le réseau électrique pour échanger des données. Ce type de réseau serait potentiellement intéressant pour des applications d'aide à la conduite et de multimédia. Dans une première partie, nous avons réalisé une étude de faisabilité qui a utilisé des modems dédiés aux communications CPL Indoor. Les standards HPAV et HD-PLC ont été testés et les résultats montrent des débits supérieurs à 10 Mbps. Ensuite, nous avons étudié plus spécifiquement le canal de propagation CPL à partir de mesures faites sur quatre véhicules. Cela nous a permis d'entreprendre une étude de caractérisation du canal: bande de cohérence, étalement des retards, bruit de fond et bruits impulsifs. Dans une deuxième partie, un travail de simulation a été réalisé afin d'étudier plus spécifiquement les performances d'une transmission multi-porteuse de type DMT. L'influence de la topologie, des points dans le réseau électrique ainsi que les scénarios (véhicule à l'arrêt, en fonctionnement, ...) ont été mis en évidence et ont confirmé les variations des débits de l'étude de faisabilité. Ensuite, nous avons cherché à optimiser deux paramètres importants dans le but de maximiser les débits: l'intervalle de garde et l'espacement entre porteuses. Il en ressort que nous pouvons augmenter l'espacement entre porteuses et réduire la taille de l'intervalle de garde comparé au standard HPAV. Enfin, nous montrons que la couche PHY d'un système CPL pour l'automobile doit être, comme l'Indoor, adaptative aux variations et à la diversité des canaux de propagation. Dans une dernière partie, nous présentons notre démonstrateur qui utilise une plateforme radio logicielle USRP2. Il est original dans sa réalisation car il permet de construire la couche PHY de manière logicielle sur un GPP. Ce principe offre une grande souplesse et la flexibilité nécessaire à un prototype. De premiers tests d'une communication CPL intra-véhicule confirment les résultats obtenus en simulation. Des mesures de débits atteignables, dans une bande de [0-12.5] MHz, ont été faites pour deux cas: voiture à l'arrêt et moteur allumé.

Les circuits numériques utilisés dans des domaines aussi variés que le médical, spatial, automobile ou nucléaire ont besoin d'une très forte fiabilité. La réduction progressive de la tension d'alimentation et l'intégration croissante des produits électroniques affecte la sensibilité du système à l'apparition de fautes (permanentes ou transitoires). Les fautes transitoires ont été largement dominants dans le taux total de SER (Soft Error Rate) des mémoires et éléments de séquentiels. Ainsi, les techniques de correction et prévention pour ces éléments sont bien connues. Par contre, la contribution au SER due aux éléments de logique combinatoire est en croissance, et il est prévue qu'elle devient dominante avec la réduction progressive de la taille de la technologie CMOS. Ainsi, il y a un réel besoin de pallier le manque de modèles et méthodologies qui prennent en compte l'effet de la logique combinatoire dans la perte de fiabilité. Deux approches existe pour cette problématique : 1- Techniques d'injection de fautes 2 - Modèles analytiques Le travail présenté dans cette thèse pour sur l'approche analytique, ou approche probabiliste. D'abord, une analyse en profondeur de l'état de l'art est proposé, mettant en évidence les limitations principales de ce type d'approche. Deuxièmement, des nouvelles approches sont proposées, améliorant la performance des approches existants. Des nouvelles métriques concernant l'analyse FMDEA et durcissement séléctif sont aussi proposées. Finalement, les approches sont validées en comparant leur performance avec les principales techniques déjà existantes.

Les architectures reconfigurables à base de FPGA sont capables de fournir des solutions adéquates pour plusieurs applications vu qu'elles permettent de modifier le comportement d'une partie du FPGA pendant que le reste du circuit continue de s'exécuter normalement. Ces architectures, malgré leurs progrès, souffrent encore de leur manque d'adaptabilité face à des applications constituées de tâches matérielles de taille différente. Cette hétérogénéité peut entraîner de mauvais placements conduisant à une utilisation sous-optimale des ressources et par conséquent une diminution des performances du système. La contribution de cette thèse porte sur la problématique du placement des tâches matérielles de tailles différentes et de la génération efficace des régions reconfigurables. Une méthodologie et une couche intermédiaire entre le FPGA et l'application sont proposées pour permettre le placement efficace des tâches matérielles de tailles différentes sur des partitions reconfigurables de taille prédéfinie. Pour valider la méthode, on propose une architecture basée sur l'utilisation de la reconfiguration partielle afin d'adapter le transcodage d'un format de compression vidéo à un autre de manière souple et efficace. Une étude sur le partitionnement de la région reconfigurable pour les tâches matérielles de l'encodeur entropique (CAVLC / VLC) est proposée afin de montrer l'apport du partitionnement. Puis une évaluation du gain obtenu et du surcoût de la méthode est présentée.

L'objectif de cette thèse est l'optimisation du rendement des chaînes de conversion photovoltaïques (PV). Différentes améliorations de l'architecture électriques et de ses algorithmes de commande ont été développées afin d'obtenir un haut rendement de conversion sur une grande plage de puissance d'entrée. Ces travaux portent également sur l'allongement de la durée de vie de l'étage de conversion électrique. Les avantages et les inconvénients d'un système composé de convertisseurs connectés en parallèle ont été montrés notamment à travers une analyse de pertes. Ces études ont permis la conception d'une nouvelle architecture constituée par des convertisseurs parallélisés. Cette dernière est appelée "Convertisseur Multi-Phase Adaptative" (MPAC). Sa singularité réside dans ses algorithmes de commande qui adaptent les phases actives selon la production de puissance en temps réel et recherchent la configuration la plus efficiente à chaque instant. De cette façon, le MPAC garantit un haut rendement de conversion sur toute la plage de puissance de fonctionnement. Une autre loi de commande permet quant à elle d'uniformiser le temps de fonctionnement de chaque phase par l'implémentation d'un algorithme de rotation de phase. Ainsi, le stress des composants de ces phases est maintenu homogène, assurant un vieillissement homogène pour chacune des phases. Etant donné alors le faible stress appliqué sur chaque composant, la structure MPAC présente une durée de vie plus importante. Les améliorations de l'étage de conversion de puissance ont pu montrer par la réalisation d'un prototype expérimental et par la réalisation de tests expérimentaux la validation globale du système. Pour finir, des tests comparatifs entre une chaîne de conversion PV classique et notre système ont montré une amélioration significative du rendement de conversion.

L'interaction entre électrons de conduction itinérants et électrons localisés dans les hétérostructures magnétiques est à l'origine d'effets tels que le transfert de moment de spin, le pompage de spin ou l'effet Hall de spin. Cette thèse est centrée sur le phénomène de pompage de spin : une couche ferromagnétique (FM) en précession injecte un courant de spin pur dans les couches adjacentes. Ce courant de spin peut être partiellement ou totalement absorbé par une couche, dite réservoir de spin, placée directement en contact avec le matériau ferromagnétique ou séparée par une couche d'espacement. L'absorption de la composante transverse du courant de spin induit une augmentation de l'amortissement de la précession ferromagnétique de la couche libre. Cet effet à été mesuré par des expériences de résonance ferromagnétique avec, pour la couche en précession FM, trois matériaux ferromagnétiques différents (NiFe, CoFeB et Co), et pour la couche de réservoir de spin, différents matériaux paramagnétiques (Pt, Pd, Ru), ferromagnétiques et antiferromagnétiques. Dans un premier temps, nous avons vérifié que le facteur d'amortissement non-local généré est de type amortissement de Gilbert, et qu'il est inversement proportionnel à l'épaisseur de la couche en précession FM. L'analyse de l'augmentation de l'amortissement a été réalisée dans le cadre du modèle de pompage de spin adiabatique proposé par Tserkovnyak et al.. Dans un second temps et suivant ce modèle, nous avons extrait les paramètres de conductance avec mélange de spin à l'interface g↑↓ pour différentes interfaces, ces paramètres déterminent le transport du courant de spin à travers des interfaces ferromagnétique/métal non-magnétique. Un troisième résultat important de cette thèse porte sur la longueur d'absorption du courant de spin dans des matériaux ferromagnétiques et paramagnétiques. Celle-ci varie considérablement d'un matériau à l'autre. Pour les matériaux ferromagnétiques, la longueur d'absorption du courant de spin est linéaire par rapport à l'épaisseur de la couche réservoir de spin, avec pour longueur caractéristique ~ 1 nm. Ce résultat est en cohérence avec les théories antérieures et avec les valeurs de longueur de déphasage de spin pour le transfert de moment de spin dans les matériaux ferromagnétiques. Dans les paramagnétiques tels que Pt, Pd, Ru, la longueur d'absorption est soit linéaire soit exponentielle selon que le réservoir paramagnétique est directement en contact avec la couche en précession ou bien séparé par une couche mince d'espacement en Cu. La longueur caractéristique correspondante est inférieure à la longueur de diffusion de spin. Des mesures complémentaires de dichroïsme circulaire magnétique par rayons X ont révélé une induction de moments magnétiques dans les matériaux paramagnétiques comme Pd, Pt, lorsque couplé directement ou indirectement avec une couche FM. Ce résultat fournit une explication de la dépendance en épaisseur linéaire observée dans les hétérostructures en contact direct. Etant donné que le pompage de spin et le couple de transfert de spin (STT) sont des processus réciproques, les résultats de cette thèse sur la conductance avec mélange de spin, la longueur d'absorption de spin et les moments de spin induits sont également d'un grand intérêt pour les études de transfert de moment de spin, ainsi que d'effet Hall de spin, direct et inverse. L'avantage des études présentées ici réside dans le fait qu'elles sont effectuées sur des couches minces continues, sans aucune étape de nanofabrication.

Les batteries, et en particulier les batteries lithium-ion (Li-ion), sont devenues des vecteurs de stockage de l'énergie particulièrement adaptés à l'avènement des très nombreuses applications portables (téléphones ou ordinateurs). Dans le but d'améliorer et de rendre plus sûrs ces vecteurs, il est impératif de pouvoir comprendre et caractériser de la manière la plus précise les matériaux les constituant et les interfaces les séparant. Pour cela, l'utilisation d'outils puissants et adaptés est essentielle, notamment depuis l'apparition de matériaux ayant une architecture à l'échelle nanométrique. Ainsi, l'utilisation de la Microscopie Electronique en Transmission (MET) est particulièrement prometteuse, pour sa capacité à analyser les propriétés morphologiques, structurales ou chimiques à cette échelle. Fort de ce constat, nous avons tenté de réaliser la première observation in situ dans un MET d'une batterie en cours de cyclage électrochimique. La première partie de ce manuscrit est dédiée à la présentation de la stratégie utilisée. En effet, les nombreuses difficultés liées à la fois à l'environnement du MET et à la nature même d'une batterie, nous ont forcé à faire des choix basés sur l'analyse de l'état de l'art, principalement en termes de matériaux, de technologies et d'équipements expérimentaux. Ainsi, ce projet est basé sur l'étude d'une microbatterie Li-ion tout solide. Le deuxième chapitre est lui consacré au procédé de fabrication par ablation laser de ces microbatteries tout solide, avec notamment la synthèse et la caractérisation de chacun des matériaux actifs constitutifs. La troisième partie décrit les solutions envisagées pour lever certaines des incertitudes qui avaient été identifiées. Nous avons ainsi réussi la première observation ex situ par MET d'une "nanobatteries" obtenue par découpe d'une microbatterie à l'aide d'un faisceau d'ions focalisés (FIB) dans un MEB à double faisceaux. Les analyses par MET entre des coupes de batteries après dépôt et ayant subi un cyclage électrochimique ont permis de mettre en évidence, pour la première fois, de nombreux dommages ou des mécanismes de détérioration des interfaces. Les premiers essais, et notamment la configuration utilisée, n'ayant pas permis de réaliser les premiers tests de cyclage in situ dans un MET, plusieurs modifications ont dû être opérées, qui sont présentées dans le dernier chapitre. Ce nouveau design a permis d'expérimenter un cyclage in situ sur des "nanobatteries" et de mettre en lumière les derniers challenges à relever.

Ces travaux de thèse portent sur la conception et la réalisation d'un nouveau type de MOEMS (Micro-Optical-Electrical-Mechanical System) pour le contrôle actif du faisceau laser émis par des matrices de VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers). Afin d'améliorer l'intégration de ces diodes lasers dans les systèmes de communication et de détection optiques (instrumentation, biomédical), nous avons en effet conçu et réalisé un microsystème à base de polymères compatible avec une intégration monolithique sur VCSELs. Il est composé d'une microlentille réfractive associée à une membrane suspendue, dont le déplacement vertical permet de modifier dynamiquement la distance microlentillesource. La géométrie du MOEMS a été optimisée à l'aide de simulations optiques pour la propagation du faisceau gaussien et thermo-mécaniques pour l'actionnement de la membrane. Nous avons développé l'ensemble des briques technologiques pour la fabrication collective de ce dispositif sur VCSELs. En particulier, plusieurs voies ont été évaluées pour assurer l'alignement optimal de la microlentille avec la source laser. L'étude du vieillissement de la résine SU-8 exploitée pour ces études a été également menée. Enfin, la caractérisation des microsystèmes réalisés a conduit à l'obtention de déplacements mécaniques de 8 μm pour 3V appliqués, correspondant à une modification de la position du plan de focalisation de la lentille de 20μm, ce qui valide nos modélisations et démontre l'intérêt de l'approche proposée.