LES METHODES DE CONTROLE DES DUREES DE VIE SE CONCENTRENT SUR LES EFFETS PRIS SEPAREMENT DES PRINCPAUX PROCESSUS DE DEGRADATION. IL APPARAIT TOUTEFOIS ESSENTIEL D'ETUDIER LE COUPLAGE DES EFFETS DE CES DIFFERENTS PROCESSUS CAR LEURS INTERACTIONS PEUVENT CONDUIRE A LA RAPIDE PERTE D'INTEGRITE DES STRUCTURES. LE RENFORCEMENT DEVIENT NECESSAIRE AFIN DE COMPENSER LES PERTES DE RESISTANCES OU DE SUPPORTER DES CHARGEMENTS COMPLEMENTAIRES. LE COLLAGE EXTERIEUR DE POLYMERES RENFORCES DE FIBRES PRF CONSTITUE UNE SOLUTION TECHNOLOGIQUE POUR LA REHABILITATION DES STRUCTURES BETON EXISTANTES. TROIS PRINCIPAUX OBJECTIFS SONT CONSIDERES DANS LA PRESENTE ETUDE. LE PREMIER EST DE PROPOSER DES MODELES PROBALISTES DEPENDANT DU TEMPS POUR LES ACIERS D'ARMATURE ET DES CHARGEMENTS D'EXPLOITATION. LE SECOND EST DE CONDUIRE UNE ANALYSE EN TERME D'INDICES DE FIABILITE. LES MODES DE DEFAILLANCE DES POUTRES EN BETON ARME REPAREES PAR COMPOSITE A BASE DE PRF SERONT SIMULES EN TERMES PROBALISTES PAR LE BIAS DE LA METHODE DE FIABILITE DE PREMIER ORDRE. LE TROISIEME OBJECTIF DE LA RECHERCHE A ETE DE DEVELOPPER, AFIN DE VERIFIER LES RESULTATS DE LA METHODE DE FIABILITE DE PREMIER ORDRE, UNE SIMULATION DE TYPE MONTE CARLO BASEE SUR L'EXPLOITATION DE RESEAUX DE NEURONES ET LA METHODE DES ELEMENTS FINIS. LES RESULTATS PERMETTENT D'IDENTIFIER PLUS CLAIREMENT LES NOMBREUSES VARIABLES INFLUENCANT LA FIABILITE DES ELEMENTS DE STRUCTURE RENFORCES ET D'AFFIRMER LE BESOIN DE RECHERCHES COMPLEMENTAIRES EN VUE DE SAISIR PLUS PERCISEMENT CES INFLUENCES. LES DEUX VARIABLES SIGNIFICATIVES SUR CE POINT SOINT : L'ETAT DE LA STRUCTURE EXISTANTE AU MOMENT DE LA REPARATION ET LA COMPLEXITE DES CHARGEMENTS APPLIQUES.

Le terme de robustesse structurale donne lieu à diverses définitions et domaines d'application. Dans le domaine de l'ingénierie structurale, le cadre réglementaire des Eurocodes définit la robustesse structurale comme " l'aptitude d'une structure à résister à des événements tels que les incendies, les explosions, les chocs ou les conséquences d'une erreur humaine, sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d'origine ". Cette définition fait clairement ressortir les notions de dommage initial (défaillance locale) et de dommage disproportionné (défaillance globale). Cette thèse propose une approche de la quantification de la robustesse structurale en contexte probabiliste pour mesurer l'impact d'une défaillance localisée sur la défaillance globale de la structure. L'objectif majeur de la thèse est de quantifier l'écart entre une défaillance locale et une défaillance globale, en introduisant différents indices de robustesse selon que la structure soit intègre ou initialement endommagée. Pour cela, dans le but de caractériser et quantifier les liens existant entre la performance des différents éléments d'une structure et la performance globale de la structure, il est nécessaire d'introduire une étude en système qui intègre de manière concomitante des notions de défaillance locale (modes de défaillance) et des notions de défaillance globale. Une recherche " par l'intérieur " des chemins de défaillance dominants est présentée. Le terme " par l'intérieur " est utilisé car c'est le cheminement interne de la défaillance dans la structure qui est recherché. Des méthodes de parcours d'arbre d'évènements sont introduites telles que la méthode des " branches et bornes ", du β-unzipping, ou encore du β-unzipping avec bornage. Ces méthodes permettent d'identifier les chemins de défaillance dominants avec des temps de calcul raisonnables. En particulier, il est possible de déterminer le chemin de défaillance associé à la plus grande probabilité de défaillance, appelé encore chemin de référence. Une approche " par l'extérieur " est également proposée, qui consiste à identifier la défaillance globale sans parcourir un arbre d'évènement (et donc sans s'intéresser à l'ordre avec lequel la défaillance survient). Le terme " par l'extérieur " correspond donc à regarder la défaillance de manière globale sans chercher à déterminer la chronologie de la défaillance. Dans les deux cas, l'enjeu est au final de développer une démarche globale permettant d'apprécier et de quantifier la robustesse des structures neuves ou existantes au travers de méthodes et d'indices pouvant s'appliquer à une large variété de problèmes

Les machines agricoles doivent être conçues pour être optimales, fiables et résistantes à la rupture par fatigue. L'approche déterministe de la conception ne garantit pas ces exigences, elle est néanmoins traditionnellement appliquée pour la conception de machines agricoles. Cela est dû à la difficulté de modéliser la nature stochastique des forces agissant sur les machines agricoles, en particulier les machines de labour, car elles fonctionnent dans un environnement irrégulier et dans des conditions de fonctionnement variables. Le principal objectif de cette thèse est de développer un cadre général pour la conception de machines agricoles, en intégrant les outils d'optimisation, de fiabilité et de fatigue. En cela, nous visons à proposer une alternative à l'approche déterministe. Tout d'abord, cette thèse propose des méthodes et des modèles pour modéliser la variabilité des forces durant le labour en prenant en compte à la fois la variabilité des paramètres du système de labour et de rupture du sol. Deuxièmement, sur la base des méthodes d'optimisation fiabiliste et d'analyse de la fatigue, nous proposons des méthodologies pour la conception de machines agricoles. Tout au long de la thèse, les approches développées sont appliquées à la conception de la dent d'un chisel.

Le message principal livré par ce manuscrit, qui constitue également le fil conducteur des activités techniques et scientifiques que nous présentons ici, est que les méthodes mathématiques avancées, en particulier issues du domaine des probabilités et de la statistique sont nécessaires pour la résolution de problèmes d'ingénierie. Ces méthodes, pas toujours familières aux ingénieurs, deviennent de plus en plus indispensables dans la pratique industrielle. Le but de ce document est aussi de résumer et de mettre en valeur un certain nombre de contributions personnels a différents problèmes techniques et scientifiques. Ces contributions sont de nature différente : (i) méthodologiques : adapter, améliorer ou critiquer l'utilisation de méthodes et outils, (ii) techniques : résoudre des problèmes spécifiques d'ingénierie, (iii) managériales : organiser et piloter projets et activités de R&D. Malgré la diversité des méthodes, outils, domaines d'application et nature des contributions apportées, tous ces travaux restent dans un cadre cohérent : l'amélioration des études d'ingénierie à l'aide de méthodes mathématiques avancées pour traiter les incertitudes et recommander des décisions.

Cette thèse, qui s'intègre dans le cadre du projet européen EMCOMIT, a pour objectif de contribuer à l'étude des circuits imprimés haute densité d'intégration comportant un nombre de couches important et des composants enterrés. La qualification de cette technologie est effectuée en conduisant des simulations et des mesures électriques sur des véhicules de tests spécifiques. L'analyse des résultats électriques permet d'évaluer l'aptitude de ces matériaux à répondre aux exigences des applications de télécommunication et de technologie de l'information rapide. La fiabilité d'un assemblage de BGA de grande taille sur un circuit imprimé a été évaluée. Des simulations thermomécaniques ont été effectuées afin de calculer les contraintes résiduelles accumulées pendant le procédé d'assemblage puis l'énergie dépensée dans les parties critiques des joints au cours d'un cycle thermique. Simultanément, des BGA reportés sur des circuits imprimés ont été placés dans une chambre climatique et ont subi des variations de températures.

Avec une introduction pour le nœud technologique 28nm, l’architecture FDSOI planaire devient une alternative intéressante pour adresser les marchés microélectroniques nécessitant une faible voire très faible consommation d’énergie. Elle se différencie principalement grâce à sa technologie de polarisation arrière, dite Back-Bias, afin de moduler la tension de seuil des transistors avec une grande efficacité. Cette modulation permet alors d’adapter le fonctionnement du circuit pour augmenter les performances ou diminuer la consommation. En plus de l’utilisation de film de SOI minces propre à l’architecture, les substrats FDSOI nécessite l’intégration d’oxydes enterrés minces afin de rendre possible la modulation de tension de seuil. Dans ce manuscrit, nous présentons une étude de la fiabilité des oxydes enterrés minces à travers un ensemble de caractérisations électriques et physico-chimiques dans le but d’évaluer leur durée de vie et l’impact de leur dégradation sur les dispositifs. Dans un premier temps, nous donnerons les éléments nécessaires à la compréhension de la dégradation des oxydes dans un contexte d’applications microélectroniques. Les phénomènes évoqués seront alors appliqués aux oxydes enterrés à travers différentes méthodes de caractérisation. Dans un second temps, nous ferons un état de l’art de la fabrication des substrats FDSOI et comparons ainsi la qualité des UTBOX à un oxyde thermique SiO2 de référence par l’intermédiaire de la mesure de charge au claquage (QBD). Plusieurs optimisations seront alors proposées et évaluées pour améliorer cette fiabilité. Ensuite, à partir d’un suivi de la dégradation du volume de l’oxyde et des interfaces, nous chercherons à expliquer le vieillissement de ces oxydes en le rattachant au modèle de percolation. Enfin, nous évaluerons la fiabilité de transistors FDSOI et mesurerons l’impact de la dégradation de l’interface arrière sur leur fonctionnement. Lors de cette étude, nous ferons une comparaison de la fiabilité entre des dispositifs non-contraints et des dispositifs intégrant un canal de silicium contraint en tension réalisés sur des substrats sSOI. Les substrats sSOI sont prévus pour être utilisés sur un nœud technologique 10nm afin d’augmenter la performance des transistors NMOS. / With his introduction on a 28nm technology node, planar FDSOI becomes an excellent architecture to address Low-Power and Ultra-Low Power applications. One of the most interesting technologies is back-bias which enables strong multi-Vth management in order to increase performance or decrease power consumption. Thus, in addition to thin silicon film, FDSOI wafers integrate thin buried oxide to enable this Back-Bias technology. This manuscript presents the study of the reliability of UTBOX thorough electrical and physical characterizations in order to evaluate their lifetime and the impact of their degradation on the devices. First, we will talk about basics of oxide reliability applied to ultra-thin buried oxides and electrical characterization tools used to monitor their wear-out. Second, we describe state-of-the-art processes for FDSOI substrate fabrication and compare the reliability of UTBOX to thermal SiO2, especially by charge-to-breakdown measurements (QBD). By this way, several optimizations have been proposed to improve this reliability. Then, we have monitored bulk oxide and interface degradation of UTBOX to understand, explain and model the wear-out mechanism evolved in the percolation model of buried oxides. Finally, we present the degradation of the back interface and the impact on the characteristics of the transistor. In this context, we also compare standard unstrained FDSOI devices with tensely-strained FDSOI devices from sSOI substrates. This substrate is planned to take part of the 10nm FDSOI technology node in order to increase the performance of NMOS transistors.

Les mémoires non-volatiles sont devenues récemment un moteur clé de la croissance du secteur des semiconducteurs, et constituent un pivot pour les nouvelles applications et les nouveaux concepts dans le domaine des technologies de l'information et de la communication (TIC). Afin de surmonter les limites en termes de miniaturisation, de consommation électrique et de complexité de fabrication des mémoires non-volatiles à grille flottante (FLASH), l'industrie des semiconducteurs évalue actuellement des solutions alternatives. Parmi celles-ci, les mémoires résistives à pont conducteur ou CBRAM (Conductive Bridge Random Access Memory), qui reposent sur la commutation de résistance d'un électrolyte par migration et oxydo/réduction d'ions métalliques, semblent être des plus prometteuses. L'attractivité de cette technologie innovante vient d'une part de la simplicité de sa structure à deux terminaux et d'autre part de ses performances électriques très prometteuses en termes de consommation électrique et vitesse d'écriture/effacement. De surcroît la CBRAM is une technology mémoire qui s'intègre facilement dans le back end of line (BEOL) du procédé CMOS standard. Dans cette thèse, nous étudions les performances électriques et la fiabilité de deux technologies CBRAM, utilisant des chalcogénures (GeS2) ou un oxyde métallique pour l'électrolyte. Tout d'abord nous nous concentrons sur les CBRAM à base de GeS2, ou l'effet du dopage de l'électrolyte avec de l'argent (Ag) ou de l'antimoine (Sb) est étudié à la lumière d'une analyse des caractérisations électriques. Les mécanismes physiques gouvernant la cinétique de commutation et la stabilité thermique sont aussi discutés sur la base de mesures électrique, d'un modèle empirique et des résultats de calculs ab initio. L'influence des différentes conditions de set/reset est étudiée sur une CBRAM à base d'oxyde métallique. Grâce à cette analyse, les conditions permettant de maximiser la fenêtre mémoire, améliorer l'endurance et minimiser la variabilité sont déterminées. / Non-volatile memory technology has recently become the key driver for growth in the semiconductor business, and an enabler for new applications and concepts in the field of information and communication technologies (ICT). In order to overcome the limitations in terms of scalability, power consumption and fabrication complexity of Flash memory, semiconductor industry is currently assessing alternative solutions. Among them, Conductive Bridge Memories (CBRAM) rely on the resistance switching of a solid electrolyte induced by the migration and redox reactions of metallic ions. This technology is appealing due to its simple two-terminal structure, and its promising performances in terms of low power consumption, program/erase speed. Furthermore, the CBRAM is a memory technology that can be easily integrated with standard CMOS technology in the back end of line (BEOL). In this work we study the electrical performances and reliability of two different CBRAM technologies, specifically using chalcogenides (GeS2) and metal oxide as electrolyte. We first focus on GeS2-based CBRAM, where the effect of doping with Ag and Sb of GeS2 electrolyte is extensively investigated through electrical characterization analysis. The physical mechanisms governing the switching kinetics and the thermal stability are also addressed by means of electrical measurements, empirical model and 1st principle calculations. The influence of the different set/reset programming conditions is studied on a metal oxide based CBRAM technology. Based on this analysis, the programming conditions able to maximize the memory window, improve the endurance and minimize the variability are determined.

Les produits issus des technologies Silicium tendent à exploiter au maximum les performancesdes transistors MOS tout en les soumettant à des profils de mission très agressifs du point de vuede la fiabilité. Les concepteurs sont ainsi à la recherche du meilleur compromis entre performanceet fiabilité.Historiquement, l’étude de la fiabilité du transistor MOS et le développement des modèlessous jacents ont été menés sur la base de contrainte de vieillissement statique. Avec le développementdes produits à hautes performances dans le domaine de la radiofréquence (RF), laquestion de la fiabilité pour ce type d’application se pose. Ainsi, une extension des modèles defiabilité doit être réalisée afin de quantifier le vieillissement des paramètres clés RF soumis àdes contraintes statiques mais également RF. C’est cette extension de la fiabilité des transistorsMOS dans le domaine RF qui constitue le sujet de ce travail de thèse.Dans ce manuscrit, le fonctionnement du transistor MOS est décrit et sa fiabilité est introduite.Les différents mécanismes de dégradation sont étudiés et leurs modèles associés décrits.Sont ensuite présentés un banc de mesure et une méthodologie nécessaire à l’étude du vieillissementdes transistors dans le domaine RF, ainsi qu’à l’extension des modèles de fiabilité audomaine RF. / Products using nowadays silicon technology are generally targeting aggressive specificationsand push the developers to determine the best compromise between performance and reliability.Main front-end degradation mechanisms are historically studied and modeled under static stressconditions and focus on the static MOS transistor parameters.With the development of product targeting high performances in the radio frequency (RF)domain, the reliability is becoming a first order concern. Thus an extension of the actual staticreliability models must be done to quantify the aging of key RF parameters under static andRF stress. In this context, this work focuses on the extension of the MOS transistor reliabilityregarding the study of RF parameters and also the application of RF stress.After describing the MOS transistor properties, the reliability aspect is introduced and theemphasis is put on the different degradation mechanisms and their associated models. Thisallows the development of an experimental setup and the required methodology to investigatethe device aging in the RF domain and to extend actual static models.

Les mémoires résistives non volatiles à bases d'oxydes métalliques suscitent un intérêt croissant chez les industriels. Plus particulièrement, les mémoires non volatiles à base d'oxydes (OxRRAM) offrent des temps de programmation et d'accès très court, une faible consommation énergétique, un coût par bit très concurrentiel et une facilité de co-intégration dans le back-end avec du CMOS avancé. Ce travail de thèse a pour objectif le développement d'une mémoire OxRRAM facilement intégrable dans une technologie de fabrication CMOS avancée afin de montrer les avantages en vue de leur application dans des SoC. Une première étape fut la fabrication et l'analyse des cellules mémoires OxRRAM intégrant différents oxydes métalliques afin de choisir la solution la plus adaptée à être intégrée dans une technologie CMOS 65nm et 28nm. Des techniques de mesures dédiées ont été mises en place afin d'établir l'impact du diélectrique sur le fonctionnement de la mémoire OxRRAM en termes de polarisation, de temps de programmation, de courant de programmation et de mécanismes de transition. Des études statistiques et de fiabilité des différents états du point mémoire ont été aussi réalisées. La modélisation associée a permis de mieux comprendre les mécanismes de vieillissements et prédire des lois de durée de vie sous champ et en température des état écrit et effacé de la cellule OxRRAM. Les données expérimentales obtenues sur les cellules ont ensuite permis de concevoir et d'optimiser un circuit d'évaluation statistique de 16 Kbit en technologie CMOS 28nm en tenant compte de toutes les contraintes de design analogique. / Oxide-based Resistive Random Acces Memories (OxRRAM) are nowadays considered among the most promising solutions for future generation of low-cost embedded non-volatile memories. The advantages of these memories are the scalability, low power consumption, high speed, complementary metal oxide semiconductor technology (CMOS) compatibility and ease of fabrication (the memory cell consisting of a Metal–Insulator– Metal (MIM) structure integrated in the back-end-of-line, plus an addressing element, i.e. a transistor or a diode) . The potential applications range from consumer – communications to automotive – industrial. This work deals with the development of an OxRRAM demonstrator into an advanced CMOS technology for System on Chip (SoC) application. We discuss the impact of different dielectrics materials (Ta2O5, ZrO2 and HfO2) and electrodes (Pt, Ti, TiN) on the memory performances and reliability in order to choose the best couple dielectric/electrode. We focus on the understanding of the memory switching physics that is involved in the programming of OxRRAM bit-cells. The failure and transition mechanism are presented for lifetime prediction. Some methodologies are presented in this PhD thesis for the optimization of the OxRRAM bit-cell performances and sizes according to a targeted Mutliple Time Programmable (MTP) memory application. We developed analog block systems to control and address the OxRRAM bit-cell taking to account the bipolar switching characteristics of the devices. Finally, these solutions are to be validated using a 1-kb OxRRAM demonstrator yet designed and fabricated in a logic 28-nm node CMOS technology. Keywords: Oxide Resistive memory (OxRRAM), High-k, MIM, CMOS, Characterization, Reliability, Modeling, Analog Design, Simulation.

Ce travail de recherche s'intéresse aux pratiques de maîtrise des risques d'acteurs engagés dans des situations critiques, distribuées et instables, à savoir de vastes projets de modernisation des installations ferroviaires. Il interroge la façon dont la division technique et « morale » du travail, la complexité socio-technique, la distribution du travail et des pressions de production peuvent affecter ces pratiques, en développant une perspective interactionniste. Il montre le rôle joué par les dynamiques intra et inter-groupes professionnels dans la maîtrise des risques, et questionne tout particulièrement le lien entre travail d'articulation et sécurité. Il s'appuie sur une méthodologie dite de « retour d'expérience élargie » de plusieurs incidents, ainsi que sur des entretiens et des observations de situations de travail. Il s'inscrit dans le cadre d'un programme de recherche lancé en 2006 par la FonCSI intitulé ‘Facteurs socio-culturels du retour d'expérience'. / This work is about the risk control practices of workers engaged in critical, distributed and unstable work situations, i.e. large modernization projects of railway operation system. It questions the way the technical and “moral” division of work, socio-technical complexity, distribution of work and production pressures can affect these practices, by adopting an interactionnist approach. It shows the role played by intra and inter-groups dynamics in risk control practices and questions especially the link between articulation work and safety. It uses a “broad learning from experience” methodology based on the comparative analysis of several near-misses and “normal” work situations. This work falls within the framework of a research program supported by the FonCSI called ‘Socio-cultural factors of learning from experience'.