Résumé indisponible

L’aile rigide navale est le moyen de propulsion qui se substitue à la grande voile souple sur les catamarans de classe Coupe de l’América et Class-C. Ce gréement est similaire à une aile aéronautique, composée de deux éléments, avec le volet séparé de l’élément principal par une fente. Comparée à une voile souple, l’aile rigide permet d’améliorer les performances du bateau en naviguant à des vitesses plus grandes que celle du vent. Cependant, le décrochage brutal qui caractérise l’aile et sa sensibilité à l’instationnarité du vent rendent difficile la correcte maîtrise de l’aile pendant la navigation. La modification des forces aérodynamiques qui agissent sur l’aile, dû à l’action d’une rafale ou au dépassement de la limite du décrochage, peuvent compromettre la stabilité du catamaran avec un possible risque de chavirage. L’aile doit donc être dessinée et réglée correctement pour éviter cette possibilité de chavirage, mais il est nécessaire de connaître l’enveloppe aérodynamique. / Wingsail is a propulsion system substituting the conventional main soft sail on the America’s Cup and C-class catamarans. This rig is similar to a slotted-flap aeronautical wing, made by two elements divided by a slot. With respect to soft sails, the wingsail improves the performance of the yachts allowing navigating faster than the wind in both the upwind and downwind points of sail. However, the abrupt stall characteristics of the wing and its sensitiveness to the wind unsteadiness make difficult its management during the navigation. The modification of the strength of the aerodynamic forces acting on the wingsail, due to a gust or to the achievement of the stall limit, can compromise the stability of the catamaran. Thus, the wingsail has to be designed and trimmed to avoid the possibility of a capsize but, to do this, the aerodynamic envelop of the wingsail must be known. The aim of the Ph.D. project is, hence, to characterize the flow around the wingsail investigating the influence of the geometric and trim parameters on the wing performance.

Dans cette thèse, on vise deux types d'applications de l’antenne à résonateur diélectrique (DRA): 1) La réalisation d’un élément rayonnant pour un réseau phasé embarqué sur un véhicule terrestre ou un avion. Cet élément de base requiert une couverture en élévation supérieure à celle des éléments imprimés pour permettre une poursuite typique comprise entre ±70°. La couverture dans un cône large est assurée avec une bonne pureté de polarisation circulaire en alimentant l’antenne à travers deux ouvertures à fente en H orthogonales parfaitement découplées en bande X. 2) La deuxième structure est destinée à la diversité d’antennes dans le contexte des réseaux corporels embarqués ou Body Area Network (BAN). L’antenne à diversité combine une antenne fente en boucle avec un DRA ce qui permet dans un espace compact de réaliser des diagrammes de type “broadside” et “endfire” respectivement. Les alimentations considérées sont de 2 types; Soit purement planaire (microruban et coplanaire) soit mixte en combinant une alimentation coaxiale et une alimentation coplanaire. Caractéristiques principales des antennes à résonateur diélectrique (DRA): Pour répondre aux attentes des utilisateurs en termes de débit, les systèmes de communication sans fils se tournent vers des fréquences de plus en plus élevées. La conséquence de cette montée en fréquence est notamment l’augmentation des pertes au niveau des éléments conducteurs et donc une diminution de l’efficacité globale des systèmes de communication. Dans ces circonstances, les DRA offre de meilleurs résultats par rapport à d'autres familles d'antennes à base d’éléments métalliques. De plus, les DRA offrent des pertes diélectriques négligeables, elles sont peu sensibles aux variations de température et s’intègrent facilement sur des technologies de fabrication planaires / Technologies such as direct broad cast satellite system (DBSS), Geosynchronous Earth Orbit (GEO) and Low Earth Orbit (LEO) satellite communications , global positioning system (GPS), high accuracy airborne navigation system and a large variety of radar systems demand for high level of antenna performance. Similar is the requirement for upcoming land based wireless systems such as cellular and indoor communication systems that is needed some more specific and additional features added to the antenna to compensate for the deficiencies encountered in system's performance. Though metallic antennas are capable enough to fulfil all the operational requirements, however at very high frequencies and under hostile temperature conditions they are constrained to face certain limitations. To avoid these constraints the performance of Dielectric Resonator Antennas (DRAs) is evaluated and their new applications are proposed. In the thesis, two types of antenna applications are sought :-First is for tracking and satellite applications that needs a larger aperture coverage in elevation plane. This coverage is realized with a good CP purity by proposing two ports dual linearly polarized DRA working at X-band. The DRA is excited by two orthogonal H-shaped aperture slots yielding two orthogonal polarizations in the broadside direction. A common impedance bandwidth of 5.9% and input port isolation of -35 dB are obtained. The broadside radiation patterns are found to be highly symmetric and stable with cross polarization levels -15dB or better over the entire matching frequency band. The maximum measured gain is found to be 2.5dBi at 8.4 GHz.- The 2nd type of antenna is a dual pattern diversity antenna to be used in the Body Area Network (BAN) context. This antenna combines a slot loop and DRA yielding broadside and end-fire radiation patterns respectively. Based upon the feeding techniques, the DG antenna is further divided into two categories one with planar feeds and the other with non-planar feeds (slot loop excited by planar CPW but DRA excited by vertical monopole) .Both types are successfully designed and measured upon body when configured into different propagation scenarios. The non-planar feeds antenna allows wider common impedance bandwidths than the planar feeds (4.95% vs 1.5%).In both cases, a maximum value of DG=9.5dB was achieved when diversity performance tests were carried out in rich fading environments. This value is close to the one (10 dB) theoretically reached in a pure Rayleigh environment and was obtained with efficiencies of 70% and 85% for the slot loop and the DRA respectively. Therefore, we conclude that these antennas could be used on the shoulders or the chest of professional clothes (firemen, policemen, soldier) where full planar integration is not a key issue but where the communication must be efficient in harsh environments and for various gestures, positions and scenarios

La réalisation d'objets intelligents de la taille du millimètre capables d'être sensibles à leur environnement, de réaliser des calculs pour traiter les données et de communiquer de façon autonome constitue une opportunité unique pour repenser l'interaction entre l'homme et son milieu environnant. Les systèmes émergeants de « Smart Dust» sont réalisés en associant massivement en réseaux distribués des centaines d'objets miniatures intelligents intégrant un système d'alimentation autonome, un ou plusieurs capteurs (lumière, température, vibration, acoustique, pression, champ magnétique, ...), des circuits analogiques et numériques pour réaliser des traitements de données et un système pour recevoir et transmettre des données. Pour faciliter la conception des systèmes radiofréquence RF ou millimétriques, l'intégration des dispositifs de système sur une même puce reste la solution souhaitée. <br /> Dans ce contexte, la première partie de ce manuscrit propose un état de l'art des différents composants d'un émetteur récepteur RF opérant à des fréquences millimétriques et intégré sur différentes technologies, ainsi l'étude de la faisabilité de la technologie CMOS SOI en réalisant un bilan de liaison à 60 GHz. Une étude sur les actifs et passifs de la technologie CMOS SOI montre les avantages du SOI et aussi les phénomènes spécifiques qu'il faut prendre en compte dans la phase de conception. La deuxième partie est consacrée à l'étude des structures d'interconnexion de la technologie SOI, notamment les lignes et les rubans coplanaires. Ainsi nous présentons les méthodes utilisées pour déterminer la permittivité effective et l'impédance caractéristique de ces lignes et un modèle analytique de la permittivité effective de l'antenne. <br /> La troisième partie traite le cas d'une antenne canonique de type dipôle intégré sur SOI et fonctionnant dans la bande millimétrique. Cette étude est basée sur les différents paramètres de la technologie SOI comme la permittivité, la résistivité et l'épaisseur de silicium. Ensuite, une étude de problématique de rayonnement des antennes intégrées en technologie SOI est présentée. Finalement un modèle des îlots métalliques « dummies » de la technologie SOI, basé sur le modèle dynamique de Tretyakov, est proposé. <br /> La dernière partie est consacrée à la conception, la réalisation, le test et la mesure de antennes intégrées sur SOI et fonctionnant dans la bande de 60 GHz. Quatre types d'antennes sont présentés notamment une antenne dipôle interdigitée, une antenne IFA, une antenne double fente et finalement une antenne spirale. Les paramètres électriques des antennes dipôles, IFA, et fente sont mesurés et sont conformes aux paramètres simulés. En plus, Nous avons présenté un dispositif de test pour mesurer le digramme de gain de ses antennes. La procédure de caractérisation a permis la validation expérimentale de ce dispositif et la récupération des diagrammes de gain des antennes au niveau de substrat SOI. Dans une optique de démonstrateur intégré, une conception conjointe d'un amplificateur faible bruit intégrée sur SOI avec une antenne intégrée, les deux fonctionnant à 60 GHz, permettant de s'affranchir de la contrainte 50 Ohms est conduite.

Ce travail de thèse a démontré la possibilité de mesurer la relaxation d'un complexe biomoléculaire ainsi que son hétérogénéité structurale, en associant la microfluidique et la fluorescence résolue en temps (FRT). Je présente de quelle façon la FRT permet d'obtenir une information sur la structure d'une molécule et comment on la mesure, notamment grâce à une caméra à balayage de fente. J'introduis ensuite la microfluidique de gouttes, permettant de mélanger deux réactifs en quelques millisecondes et de suivre la relaxation du complexe au cours de la propagation des micro-réacteurs. Puis, la mesure d'une cinétique avec un couple de molécules modèle démontre la preuve de principe, faisant l'objet d'un article soumis. Enfin la mesure de FRT par comptage de photons uniques dans des gouttes uniques est décrite. Elle ouvre une perspective d'application pour le criblage à haut débit : un brevet a été déposé.

Ce travail de thèse a démontré la possibilité de mesurer la relaxation d’un complexe biomoléculaire ainsi que son hétérogénéité structurale, en associant la microfluidique et la fluorescence résolue en temps (FRT). Je présente de quelle façon la FRT permet d’obtenir une information sur la structure d’une molécule et comment on la mesure, notamment grâce à une caméra à balayage de fente. J’introduis ensuite la microfluidique de gouttes, permettant de mélanger deux réactifs en quelques millisecondes et de suivre la relaxation du complexe au cours de la propagation des micro-réacteurs. Puis, la mesure d’une cinétique avec un couple de molécules modèle démontre la preuve de principe, faisant l’objet d’un article soumis. Enfin la mesure de FRT par comptage de photons uniques dans des gouttes uniques est décrite. Elle ouvre une perspective d’application pour le criblage à haut débit : un brevet a été déposé. / This thesis has proven the feasibility of measuring the relaxation of a biomolecular complex as well as its structural heterogeneity, by associating microfluidics and time resolved fluorescence (TRF). I present in which way TRF allows for probing the structure of a molecule and how it is measured, in particular by using a streak camera. I then introduce droplet microfluidics, which enables to mix two reagents in a few milliseconds and to follow the relaxation of the complex, along propagation of the micro-reactors. Next, the measurement of a kinetics with test molecules validates the proof of concept, reported in a submitted article. Finally, the measurement of TRF by single photon counting in single droplets is described. It opens a perspective for an application in high-throughput screening: a patent has been registered.

Dans cette thèse nous étudions les propriétés d'ondes stationnaires dans des structures composées d'une couche diélectrique nonlinéaire de type Kerr et des couches métalliques et diélectriques linéaires. Nous élaborons différents modèles pour étudier les propriétées de plasmons-solitons dans deux types de structures : (i) une région diélectrique nonlinéaire semi-infinie, des couches de métal et de diélectrique linéaires et (ii) une couche de diélectrique nonlinéaire d'épaisseur finie entre deux régions métalliques (guide d'onde métallique à coeur nonlinéaire). Pour le premier type de structures, nous montrons qu'en utilisant une structure à quatre couches, il est possible d'obtenir des plasmons-solitons de basses puissance. Pour des guides d'onde métalliques à coeur nonlinéaire, nous trouvons de modes d'ordres supérieurs. Pour certains des modes symétriques, nous observons une bifurcation par brisure de symétrie donnant naissance à des modes asymétriques dans une structure symétrique. / In this PhD thesis, we study the properties of stationary transverse magnetic polarized waves in structures composed of a Kerr-type nonlinear dielectric layer, metal and linear dielectric layers. We develop several models to study the properties of plasmon-soliton waves in two types of structures: a semi-infinite nonlinear dielectric in contact with metal and linear dielectric layers and a finite-size nonlinear dielectric layer sandwiched between two metal regions (nonlinear slot waveguide). Our models allow us to compute the nonlinear dispersion relations and the corresponding field profiles. For the first type of structure, we prove that using the four-layer structures that we propose, it is possible to obtain plasmon-soliton waves at the power levels. For nonlinear slot waveguide structures, we discover the existence of new, higher order modes. For some of the symmetric modes, we observe a symmetry breaking bifurcation giving birth to asymmetric modes in symmetric structure.

Le confinement électrique et optique par oxydation des couches minces d'AlGaAs est une étape essentielle dans la réalisation des composants photoniques actifs et passifs dans la filière de matériaux GaAs. La recherche de performances ultimes sur ces composants nécessite une meilleure maîtrise du procédé d'oxydation ainsi qu'une meilleure connaissance des propriétés optiques de l'oxyde d'aluminium (AlOx). Dans cette perspective, j'ai d'abord réalisé une étude expérimentale de la vitesse d'oxydation des couches d'AlGaAs en fonction de la température du substrat, de la composition en gallium des couches étudiées, de la pression atmosphérique et de la géométrie des mesas considérés. Puis, j'ai établi un modèle anisotrope permettant une meilleure résolution spatiale et temporelle de la forme du front d'oxydation de l'AlAs. Enfin, j'ai exploité ce procédé pour réaliser des composants d'optique guidée notamment des micro-résonateurs puis réalisé des guides optiques à fente et caractérisé leurs performances optiques. / Optical and electrical confinement using Al(Ga)As layer oxidation is a key milestone in the fabrication of active and passive GaAs-based photonic components. To optimize those devices, through the control of the optical and electrical confinements, a better modelling of oxidation process and a better understanding of optical properties of aluminum oxide (AlOx) is required. One part of this work is focusing on a throughout experimental study of AlGaAs oxidation kinetics, where I studied different important parameters such as wafer temperature, gallium composition, atmospheric pressure and mesa geometry. Then, I developed a new predictive model taking into account the process anisotropy, thus allowing a better temporal and spatial of AlAs oxidation front evolution. Finally, I could exploit this technological process to realize whispering gallery mode microdisks as well as slot optical waveguides, and I have characterized this latter photonic devices.

Le syndrome néphrotique idiopathique (SNI) se caractérise par un remodelage du cytosquelette des podocytes et par une réorganisation des complexes protéiques podocytaires dont le diaphragme de fente. Récemment, une protéine fondamentale dans le remodelage du cytosquelette a été identifiée au niveau des pédicelles : IQGAP1. Nous sommes partis de l’hypothèse selon laquelle IQGAP1 par ses propriétés et ses caractéristiques biologiques connues dans différents modèles cellulaires (protéine d’échafaudage, remodelage du cytosquelette, migration cellulaire) pourrait être fondamentale dans les modifications ultrastructurales observées au cours du SNI. Au cours de ce travail de thèse, nous avons analysé les caractéristiques de la protéine IQGAP1 dans les podocytes humains, son implication dans les fonctions podocytaires et dans la physiopathologie du SNI. Nous avons dans un premier temps caractérisé les propriétés de la protéine IQGAP1 au sein des podocytes et déterminé sa localisation cellulaire à l’interface entre le cytosquelette et les complexes protéiques apical et diaphragmatique. Nous avons démontré le rôle d’IQGAP1 dans la migration podocytaire et dans la perméabilité de la monocouche épithéliale. Ces phénomènes au cours du SNI étant modifiés, nous avons dans un second temps étudié l’implication d’IQGAP1 dans la physiopathologie du SNI à l’aide de différents modèles expérimentaux (aminonucléoside de puromycine, plasmas de patients présentant un SNI, podocytes mutés pour la PLCε1). Nous avons ainsi démontré la translocation nucléaire de la protéine IQGAP1, dépendante de la voie ERK et de la PLCε1 et son implication dans la survie cellulaire par son interaction avec la chromatine. Au cours du SNI expérimental, nous avons observé une modification des propriétés d’IQGAP1 : localisation, interactions, phosphorylation.Cette approche a permis de démontrer l’implication de la protéine IQGAP1 dans le SNI. Compte tenu de son rôle dans le remodelage du cytosquelette, IQGAP1 pourrait également être un facteur dans la genèse de différentes glomérulopathies. / Idiopathic nephrotic syndrome (INS) is characterized by the pedicel cytoskeleton remodelling and the disruption of the slit diaphragm complex. Recently, a pivotal protein involved in cytoskeleton remodelling has been identified in podocytes: IQGAP1.We hypothesized that IQGAP1 may be crucial in ultrastructure changes observed in INS through its biological properties and characteristics reported in different cell types (scaffold protein, cytoskeleton dynamism, cell migration). Thus, we analysed IQGAP1 characteristics in human podocytes, its involvement in podocyte functions and in the INS pathophysiology. We have characterized IQGAP1 podocyte characteristics and clarified its cell localisation between the cytoskeleton and the apical or diaphragmatic protein complexes Our work demonstrated the role of IQGAP1 in podocyte motility and in the permeability of epithelial monolayer. With respect to the modification of these phenomenons during INS, we have studied IQGAP1 involvement in INS pathophysiology with different experimental models (puromycine aminonucleoside, plasmas from patients suffering from INS, PLCε1 mutated podocytes). We have demonstrated IQGAP1 nuclear translocation, dependant to ERK signaling pathway and to PLCε1 and its involvement in cell survival through its interaction with the chromatin. In the experimental INS, we have observed a modification of IQGAP1 properties: localization, interactions, phosphorylation. This approach allowed us to show IQGAP1 involvement in INS. Through its role in cytoskeleton remodelling, IQGAP1 may be a factor in the development of different glomerulopathies.

Cette thèse est issue d’un accord CIFRE entre le groupe de recherche EnCoV de l’Université Clermont Auvergne et la société Quantel Medical (www.quantel-medical.fr). Quantel Medical est une entreprise spécialisée dans le développement innovant des ultrasons et des produits laser en ophtalmologie. Cette thèse présente un travail de recherche visant à l’application du diagnostic assisté par ordinateur et du traitement des maladies de la rétine avec une utilisation du prototype industriel TrackScan développé par Quantel Medical. Plus précisément, elle contribue au problème du mosaicing précis de l’image de la lampe à fente (SLIM) et du recalage automatique et multimodal en utilisant les images SLIM avec l’angiographie par fluorescence (FA) pour aider à la photo coagulation pan-rétienne naviguée. Nous abordons trois problèmes différents.Le premier problème est lié à l’accumulation des erreurs du recalage en SLIM., il dérive de la mosaïque. Une approche commune pour obtenir la mosaïque consiste à calculer des transformations uniquement entre les images temporellement consécutives dans une séquence, puis à les combiner pour obtenir la transformation entre les vues non consécutives temporellement. Les nombreux algorithmes existants suivent cette approche. Malgré le faible coût de calcul et la simplicité de cette méthode, en raison de sa nature de ‘chaînage’, les erreurs d’alignement s’accumulent, ce qui entraîne une dérive des images dans la mosaïque. Nous proposons donc d’utilise les récents progrès réalisés dans les méthodes d’ajustement de faisceau et de présenter un cadre de réduction de la dérive spécialement conçu pour SLIM. Nous présentons aussi une nouvelle procédure de raffinement local.Deuxièmement, nous abordons le problème induit par divers types d’artefacts communs á l’imagerie SLIM. Ceus-sont liés à la lumière utilisée, qui dégrade considérablement la qualité géométrique et photométrique de la mosaïque. Les solutions existantes permettent de faire face aux blouissements forts qui corrompent entièrement le rendu de la rétine dans l’image tout en laissant de côté la correction des reflets spéculaires semi-transparents et reflets des lentilles. Cela introduit des images fantômes et des pertes d’information. En outre, les méthodes génériques ne produisent pas de résultats satisfaisants dans SLIM. Par conséquent, nous proposons une meilleure alternative en concevant une méthode basée sur une technique rapide en utilisant une seule image pour éliminer les éblouissements et la notion de feux spéculaires semi-transparents en utilisant les indications de mouvement pour la correction intelligente de reflet de lentille.Finalement, nous résolvons le problème du recalage multimodal automatique avec SLIM. Il existe une quantité importante de travaux sur le recalage multimodal de diverses modalités d’image rétinienne. Cependant, la majorité des méthodes existantes nécessitent une détection de points clés dans les deux modalités d’image, ce qui est une tâche très difficile. Dans le cas de SLIM et FA ils ne tiennent pas compte du recalage précis dans la zone maculaire - le repère prioritaire. En outre, personne n’a développé une solution entièrement automatique pour SLIM et FA. Dans cette thèse, nous proposons la première méthode capable de recolu ces deux modalités sans une saisie manuelle, en détectant les repères anatomiques uniquement sur une seule image pour assurer un recalage précis dans la zone maculaire. (...) / This thesis arises from an agreement Convention Industrielle de Formation par la REcherche (CIFRE) between the Endoscopy and Computer Vision (EnCoV) research group at Université Clermont Auvergne and the company Quantel Medical (www.quantel-medical.fr), which specializes in the development of innovative ultrasound and laser products in ophthalmology. It presents a research work directed at the application of computer-aided diagnosis and treatment of retinal diseases with a use of the TrackScan industrial prototype developed at Quantel Medical. More specifically, it contributes to the problem of precise Slit-Lamp Image Mosaicing (SLIM) and automatic multi-modal registration of SLIM with Fluorescein Angiography (FA) to assist navigated pan-retinal photocoagulation. We address three different problems.The first is a problem of accumulated registration errors in SLIM, namely the mosaicing drift.A common approach to image mosaicking is to compute transformations only between temporally consecutive images in a sequence and then to combine them to obtain the transformation between non-temporally consecutive views. Many existing algorithms follow this approach. Despite the low computational cost and the simplicity of such methods, due to its ‘chaining’ nature, alignment errors tend to accumulate, causing images to drift in the mosaic. We propose to use recent advances in key-frame Bundle Adjustment methods and present a drift reduction framework that is specifically designed for SLIM. We also introduce a new local refinement procedure.Secondly, we tackle the problem of various types of light-related imaging artifacts common in SLIM, which significantly degrade the geometric and photometric quality of the mosaic. Existing solutions manage to deal with strong glares which corrupt the retinal content entirely while leaving aside the correction of semi-transparent specular highlights and lens flare. This introduces ghosting and information loss. Moreover, related generic methods do not produce satisfactory results in SLIM. Therefore, we propose a better alternative by designing a method based on a fast single-image technique to remove glares and the notion of the type of semi-transparent specular highlights and motion cues for intelligent correction of lens flare.Finally, we solve the problem of automatic multi-modal registration of FA and SLIM. There exist a number of related works on multi-modal registration of various retinal image modalities. However, the majority of existing methods require a detection of feature points in both image modalities. This is a very difficult task for SLIM and FA. These methods do not account for the accurate registration in macula area - the priority landmark. Moreover, none has developed a fully automatic solution for SLIM and FA. In this thesis, we propose the first method that is able to register these two modalities without manual input by detecting retinal features only on one image and ensures an accurate registration in the macula area.The description of the extensive experiments that were used to demonstrate the effectiveness of each of the proposed methods is also provided. Our results show that (i) using our new local refinement procedure for drift reduction significantly ameliorates the to drift reduction allowing us to achieve an improvement in precision over the current solution employed in the TrackScan; (ii) the proposed methodology for correction of light-related artifacts exhibits a good efficiency, significantly outperforming related works in SLIM; and (iii) despite our solution for multi-modal registration builds on existing methods, with the various specific modifications made, it is fully automatic, effective and improves the baseline registration method currently used on the TrackScan.