Lorsque des ondes acoustiques de surface rayonnent dans des fluides, elles provoquent deux effets non linéaires : la pression de radiation et le streaming acoustique. Ces deux effets ont trouvé un grand nombre d’applications pour la microfluidique digitale, la manipulation sans contact et le tri cellulaire. Néanmoins, ces systèmes se heurtent à deux limites. D’une part, chaque application requiert une onde acoustique spécifique : il n’existe pas de dispositif multifonction à ce jour. D’autre part, l’exploration des fonctionnalités offertes par les ondes de surface les plus simples (ondes planes, ondes focalisées) n’a pas permis de réaliser des pinces sélectives permettant de manipuler individuellement des particules ou cellules indépendamment de leurs voisines.Dans une première partie de la thèse, nous développons deux méthodologies pour synthétiser des champs complexes d’ondes de surface. La première méthode utilise un réseau de 32 peignes interdigités contrôlé par la technique du filtre inverse pour générer des champs sur demande. La seconde résout un problème inverse afin de concevoir un transducteur holographique générant spécifiquement le champ demandé. Dans la seconde partie de la thèse, nous utilisons le filtre inverse pour (i) réaliser un laboratoire sur puce multifonction et (ii) étudier le potentiel d’ondes de surface particulières appelées ondes de surface tourbillonnaires. Ces ondes permettent une manipulation sélective et sans contact d’objets microscopiques. Nous terminons la thèse en équipant un microscope d’un transducteur holographique de vortex acoustiques afin de réaliser une manipulation sélective et sans contact de cellules. / When surface acoustic waves radiate in nearby fluids, they trigger two nonlinear effects: acoustic radiation pressure and acoustic streaming. These two effects find numerous applications for digital microfluidics, contactless manipulation and biological cell sorting. Nonetheless, these systems face two limitations. On the one hand, each application requires a specific acoustic wave: there is no multifunction device so far. On the other hand, search for functionalities offered by simple surface acoustic waves (plane and focused waves) has failed to provide a selective tweezers able to manipulate individual particles or cells independently of their neighbors. In the first part of this thesis, we develop two methods to synthesize complex surface acoustic wave fields. The first one employs an array of 32 interdigitated transducers controlled by the inverse filter to generate arbitrary fields on demand. The second method solves an inverse problem to design a holographic transducer to generate a predefined field. In the second part of the thesis, we use the inverse filter to (i) implement a multifunction lab on a chip and (ii) investigate the potentialities of a special type of surface acoustic waves called swirling surface waves. These waves enable a selective and contactless manipulation of microscopic objects. We conclude the thesis by integrating a holographic acoustical vortex transducer on a microscope in order to selectively manipulate biological cells without contact.

La radio intelligente (RI) a été proposée pour améliorer l’utilisation du spectre radiofréquence. Pour cela, il s’agit de donner un accès opportuniste aux utilisateurs non licenciés (nommés utilisateurs secondaires) au spectre alloué à l’utilisateur licencié (nommé utilisateur primaire). Dans cette thèse, notre but est de proposer un scénario spécifique à la RI et de présenter des solutions à certains problèmes connexes. Pour cela, nous considérons une RI émettant ses informations en “sur-couche” des utilisateurs primaires (technique overlay). Le système étudié est constitué d’une macro-cellule primaire et de petites cellules cognitives secondaires équipées de stations de base coopérant ensemble. Nous suggérons l’étude d’un schéma de communication hybride où une modulation “FilterBanc Multi Carrier” (FBMC) est utilisée pour les utilisateurs secondaires, alors que dans le cas des utilisateurs primaires, une modulation “Orthogonal Frequency Division Multiplexing”(OFDM) est adoptée. Ce choix est motivé par les raisons suivantes: l’OFDM est utilisée dans de nombreux systèmes primaires actuels large bande; ainsi lorsque l’OFDM est considérée au niveau de l’utilisateur primaire, une bande passante importante peut être réutilisée. Concernant le système secondaire, bien que l’OFDM ait été reconnue comme forme d’onde éligible aux systèmes de la RI, la modulation FBMC peut être une autre candidate capable de palier certains défauts de l’OFDM. En effet, comparée à l’OFDM,la modulation FBMC a l’avantage de réduire le niveau d’interférences de l’utilisateur secondairequi est induit par la différence de fréquence des oscillateurs locaux équipant les stations de base secondaires et les utilisateurs primaires. Pour annuler ces interférences,un précodage peut être inséré au niveau des stations de base secondaires. Par conséquent,nous proposons de calculer l’expression des interférences dues au systéme secondaire au niveau du récepteur primaire. A partir de ce résultat nous proposons d’annuler les interférences en utilisant la méthode “Zero Forcing Beamforming” (ZFBF) . Afin de confirmer l’efficacité du système proposé, nous le comparons avec un système fondé sur une RIutilisant une modulation OFDM à la fois au primaire et au secondaire.Toutefois, l’application de la méthode ZFBF dépend des canaux entre les stations de base secondaires et les utilisateurs primaires avec lesquels on souhaite s’orthogonaliser. Une estimation de canal est donc nécessaire. Pour ce faire, nous proposons de modéliser le canal par un processus autorégressif (AR) et d’aborder l’estimation du canal en utilisant une séquence d’apprentissage. Les signaux reçus, appelés aussi “observations”, sont perturbés par un bruit de mesure additif. / Cognitive radio (CR) has been proposed as a technolgy to improve the spectrum efficiency by giving an opportunistic access of the licensed-user spectra to unlicensed users. In this thesis, our purpose is to propose a specific scenario of CR and to present solutions to some related problems .or this purpose, we consider an overlay CR consisting of a primary macro-cell and cognitive small cells of cooperative secondary base stations (SBS). We suggst studying a hydbrid CR where a filter bank multicarrier (FBMC) is used for the secondary users (SU) whereas the primary users (PU) are based on orthogonal frequency diiision multiplexing (OFDM). This choice is motivated by the following reasons : as OFDM is used in many current wideband primary systems, an important bandwidth can be reused when OFDM is considered for the PU. Concerning the secondary system, although OFDM has been recognized as a condidate for CR systems, FBMC modulation can be another candidate that overcomes some OFDM drawbacks. Indeed, compared to OFDM, FBMC has the advantage of reducing the SU interference level tha is induced by the differences between the SBS and PU carrier frequency offsets (CFO). In order to cancel the interferences, a precoding can ben inserted at the SBS. Therefore, we propose to derive the interference expression due to SU at het PU receiver. Then, ero forcing beamforming (ZFBF) is considered to cancel the interferences. To confirm the efficiency of the proposed cheme, we make a comparative study with CR based on OFDM for both the PU and theSU. However, applying ZFBF depends on the channels between the SBS and the PU. A channel estimation is hence necessary. For this purpose, we propose to approximate the channel by an autoregressive process (AR) and to consider the channel estimation issue by using a training sequence. The received signals, also called the observations, are disturbed by an additive measurement noise. They can be : 1) additive and white. In that case, the AR paramters and the channel can be jointly estimated from the received noisy signal by using e recursive approache. Neverless, the corresponding state space representaion of the system is non-linear. In addition to existing methods that have been considered, we propose to carry out a complementary study by investigating the relevance of the quadrature Kalman filter (QKF) and the cubature Kalman filter (CKF). The, we compare them with other non-linear Kalman based approaches. 2) additive and colored. In that case, a parametric approach can be considered and based on a priori model of the noise. In our case, a moving average (MA) model is studie. Our approach operates as follows : firstly, the AR parameters are estimated by using the overdetermined high-order Yule-Walker (HOYN) equations. The variance of the AR-process driving process can be deduced by means of an orthogonal projection betweenn two types of etimates of AR-process correlation vectors. Then, the correlation sequence of th MA noise is estimated. Secondly, the MA parameters are obtained by using a new variant of the inner-outer factorization approache. We study the avantages and the limits of the proposed method. The, we compare it with existing algorithms such as the improved least square-colored noise (ILS-CN), the Yule-Walker ILS (YWILS) and the prediction error method (PEM). The proposed method is first evaluated with synthetic AR and MA processes and then is applied in the field of mobile communcation for channel estimation.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration tripartite entre STMicroelectronics, le CEALeti et le TIMA. Elle a pour objet la caractérisation et l'étude de la fiabilité des composants à ondes acoustiques de volume (ou BAW pour Bulk Acoustic Wave) fabriqués à partir de couches piézoélectriques minces déposées sur un miroir de Bragg réalisé sur silicium (la technologie SMR pour Solidly Mounted Resonator) pour des applications Radiofréquence (RF). Dans ce travail, on s'intéresse particulièrement aux résonateurs et filtres à modes longitudinaux à base de Nitrure d'Aluminium (AlN) excités et piégés dans des capacités de type Métal-Insolant-Métal (MIM) dans le but de caractériser leur adéquation à répondre aux critères industriels et de permettre la compréhension et la modélisation des phénomènes physiques entrant en jeu dans la dégradation des composants. Le premier chapitre introduit la problématique des composants radiofréquences pour la téléphonie cellulaire et plus particulièrement les composants à ondes acoustiques de volume. Ce chapitre décrit le principe de fonctionnement de la technologie BAW, ses avantages ainsi que la problématique de la fiabilité comme étant un point clef dont l'étude est nécessaire avant la commercialisation. Le deuxième chapitre est consacré à l'analyse des propriétés électriques et acoustiques de la brique de base de la technologie BAW SMR qui est la structure MIM. Dans le troisième chapitre, on s'intéresse à l'étude de résonateurs sur miroir de Bragg sous différentes conditions de fonctionnement afin d'évaluer leur stabilité, de mettre en évidence les modes de défaillance et d'expliquer les phénomènes physiques observés. Enfin, le quatrième chapitre de ce manuscrit est consacré à l'étude d'un filtre complet exploitant ces résonateurs comme éléments d'impédance. La conclusion du mémoire reprend les principaux résultats des travaux effectués et fournit des lignes directrices en vue d'améliorer la stabilité et la fiabilité de la technologie BAW.

La séparation de sources consiste à extraire des signaux appelés sources à partir seulement de mélanges observés de ces signaux appelés observations. De nombreuses approches ont été brièvement présentées dans ce manuscrit. La plupart de ces approches exploite l'hypothèse d'indépendance des sources.<br />Dans cette thèse, nous avons considéré le cas des mélanges linéaires convolutifs. Nous proposons de calculer les contributions des sources sur les capteurs afin d'optimiser la procédure de séparation.<br />L'estimation des contributions dans les observations est réalisée grâce à un critère quadratique optimisé par un filtre de Wiener. Ensuite, nous étudions deux approches de séparation de sources. <br />La première utilise l'information mutuelle comme critère d'indépendance et la seconde dite fonction de contraste est basée sur les statistiques d'ordre quatre. L'utilisation des contributions des sources sur les capteurs dans la phase de séparation nous permet de proposer deux algorithmes de séparation, qui constituent deux généralisations d'algorithmes classiques.

Les commutations au sein des convertisseurs statiques, base même du transfert d'énergie sont à l'origine des perturbations électromagnétiques. En effet des fronts raides engendrent des signaux en mode commun qui excitent les câblages, les structures métalliques ou encore les composants passifs. Ces éléments, de par leurs dimensions importantes jouent alors le rôle d'antennes émettrices rayonnant l'énergie perturbatrice dans l'environnement immédiat du produit et susceptible de produire des dysfonctionnements au sein d'autres équipements. L'objet de cette travail de thèse est de quantifier et de modéliser les différentes sources d'énergie en fonction de leur intensité vis-à-vis d'une gamme de fréquences donnée dans un premier temps, puis dans un second temps de montrer que des actions astucieuses et peu onéreuses notamment sur les câblages ou les routage astucieux peuvent permettre de diminuer grandement les perturbations engendrées par l'écoulement des courants de mode commun en mode conduit mais surtout en mode rayonné. L'impact des blindages est aussi étudié en tout dernier ressort quand l'effort de réduction à la base n'est pas suffisant compte tenu des contraintes technologiques.

Dans un contexte de navigation visuelle en environnement ouvert et dynamique, la détection d'obstacles constitue un élément indispensable. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la caractérisation des obstacles par le temps avant collision (TTC). Ayant montré que ce TTC peut être calculé directement dans une image à l'aide de l'échelle intrinsèque, nous avons mis au point un détecteur ainsi qu'un algorithme de suivi invariant au changement d'échelle et adapté à un environnement urbain. Ce détecteur permet d'extraire des régions d'intérêt appelées segments de crête correspondant à des formes contrastées et rectilignes dans l'image. Le suivi de ces régions d'intérêt est fondé sur un filtre à particules et permet de mesurer la variation d'échelles afin d'estimer le TTC. Enfin, nous avons étudié deux applications de navigation visuelle d'un véhicule telles que l'arrêt du véhicule avant collision et un système d'évitement réactif d'obstacles bayésien.

Le modèle ROF (Rudin, Osher, Fatemi), introduit en 1992 en utilisant la variation totale comme terme de régularisation pour la restauration d'images, a fait l'objet de nombreuses recherches théoriques et numériques depuis. Dans cette thèse, nous présentons de nouveaux modèles inspirés de la variation totale mais construits par analogie avec une méthode de débruitage beaucoup plus récente et radicalement différente : les moyennes non locales (NL-means). Dans une première partie, nous transposons le modèle ROF dans un cadre bayésien, et montrons que l'estimateur associé à un risque quadratique (moyenne a posteriori) peut être calculé numériquement à l'aide d'un algorithme de type MCMC (Monte Carlo Markov Chain), dont la convergence est soigneusement contrôlée compte tenu de la dimension élevée de l'espace des images. Nous montrons que le débruiteur associé permet notamment d'éviter le phénomène de "staircasing", défaut bien connu du modèle ROF. Dans la deuxième partie, nous proposons tout d'abord une version localisée du modèle ROF et en analysons certains aspects : compromis biais-variance, EDP limite, pondération du voisinage, etc. Enfin, nous discutons le choix de la variation totale en tant que modèle a priori, en confrontant le point de vue géométrique (modèle ROF) au cadre statistique (modélisation bayésienne).

Cette thèse traite de la synthèse de méthodes de diagnostic et de lois de commandes actives tolérantes aux défauts pour des systèmes décrits par des multi-modèles. La synthèse d'un filtre adaptatif permet de générer un résidu sensible utilisé à des fins de détection et d'estimation de défauts. La stabilité est analysé au moyen d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMI). La seconde approche traite de la conception d'Observateurs polytopiques à entrées inconnues (UIO) permettant de rejeter des informations indésirables telles les erreurs de modélisation. L'analyse de la stabilité et le placement de pôles de ces observateurs sont essentiellement basés sur l'analyse convexe par LMI. Des lois de commande actives tolérantes aux défauts sont synthétisées par retour d'état et de sortie. Le cas de défaillance d'actionneurs y est abordé en reconfigurant le régulateur tout en préservant la stabilité du système en BF.

La modélisation et la commande des convertisseurs de type continu/continu occupent une place de plus en plus importante dans le domaine de l'électronique de puissance. La « modélisation moyenne » est la plus courante. C'est un outil efficace permettant d'analyser le comportement dynamique global d'un convertisseur et de dégager les principaux phénomènes physiques intervenant sur ce comportement. Les modèles moyennés en espace d'état sont largement acceptées dans la pratique, principalement de par leur simplicité, leur généralité et leur utilité pratique qui n'est plus à démontrer. Divers modèles moyennés ont été présentés dans la littérature spécialisée. Il subsiste cependant quelques questions fondamentales en ce qui concerne les méthodologies moyennes qui n'apportent pas toujours une réponse satisfaisante. Ces problèmes non résolus de modélisation touchent essentiellement à la validation pratique, à l'intégration des parasites du circuit électrique réel et à l'application à la conception de la boucle de commande. L'une des principales préoccupations de cette thèse est d'étudier et d'évaluer les performances de la modélisation moyenne des convertisseurs dc/dc en vue de leur commande. En particulier, l'accent est mis sur l'étude théorique et expérimentale des modèles moyennés en mode de conduction discontinu (DCM). Divers modèles moyens analytiques de différents ordres, présentés dans la littérature, sont reformulés en incluant les parasites. Leur validité relative est examinée expérimentalement par rapport à un prototype physique.<br />En ce qui concerne la commande, la stabilité est d'une importance capitale dans tout système de régulation de tension. Toutefois, assurer la stabilité en boucle fermée n'est pas évident en présence d'un filtre en entrée du convertisseur. L'origine de ce problème réside dans l'interaction du filtre avec le comportement du convertisseur dc/dc de type « résistance dynamique négative ». La littérature fournit une solution pour résoudre ce problème et propose une solution « passive » pour amortir les oscillations liées au filtre d'entrée. La valeur de la résistance d'amortissement nécessaire peut être déterminée en utilisant un modèle de convertisseur idéal. Toutefois, cette valeur n'est pas systématiquement confirmée par l'expérience. Dans cette thèse, des fonctions de transfert en régime de petits signaux sont utilisés pour formuler systématiquement des règles de dimensionnement pour éviter l'instabilité. Les régions de la stabilité sont déterminées en fonction des paramètres du circuit d'amortissement. Cette approche est étendue au cas de convertisseurs en cascade. Tout au long de cette étude, la modélisation moyenne en petit-signal est utilisée pour l'analyse de la stabilité.<br />Bien que l'ajout d'une résistance suffisante assure la stabilité, l'amortissement passif est critiquable à cause de pertes énergétiques indésirables dans les résistances utilisées. Afin d'en étudier les retombées sur le rendement du convertisseur, les pertes dues à l'amortissement sont quantifiées d'une manière plus systématique dans cette thèse. Une analyse théorique de ces pertes est présentée dans diverses conditions de fonctionnement. La validation expérimentale est toujours présente. Les résultats obtenus sont généralisés à toutes les topologies fondamentales de convertisseurs.<br />L'un des principaux thèmes de cette thèse touche au développement d'une commande assurant la stabilité du convertisseur dc/dc avec son filtre d'entrée sans utiliser d'amortisseur dissipatif.<br />Afin d'atteindre cet objectif, une solution avec commande par retour d'état et placement des pôles est proposée. Un modèle moyen d'ordre élevé est mis en place pour concevoir un correcteur qui combine le retour d'état avec une boucle PI. L'efficacité de l'algorithme de commande proposé est démontrée par des résultats de simulation. Il apparaît que des performances dynamiques intéressantes peuvent être atteintes en présence de grandes perturbations en utilisant un retour d'état avec gains variables. En outre, cette stratégie de commande assure la stabilité du système sans composant passif additionnel dans le filtre d'entrée et sans pertes supplémentaires. Ensuite, dans un deuxième temps, une commande par mode-glissement basée sur l'approche de la fonction de Lyapunov est discutée, laquelle est présentée dans la litérature pour l'ensemble abaisseur-filtre. Nous discutons les performances de la commande par retour d'état, proposée dans cette thèse, comparées à celles d'un contrôleur mode-glissant.

Les débits des télécommunications optiques sont considérablement accrus par le multiplexage<br />dense en longueur d'onde (D.W.D.M.). Pour séparer les différents canaux, des filtres fréquentiels<br />ultra-sélectifs sont nécessaires. Les réseaux résonnants, formés d'un réseau gravé sur un guide<br />d'onde plan, sont une solution potentielle. Ces structures supportent des modes propres pouvant<br />être excités par une onde issue d'une fibre optique. L'excitation produit un pic de résonance en<br />réflexion à une longueur d'onde et un angle d'incidence donnés. Le pic ne présente en général<br />pas les qualités requises pour le D.W.D.M. : en incidence oblique, les tolérances angulaire et<br />spectrale sont faibles et les profils dépendent de la polarisation. En conjuguant les concepts des<br />cristaux photoniques, une théorie phénoménologique rigoureuse et une théorie perturbative, nous<br />concevons un filtre répondant à toutes les contraintes imposées par le D.W.D.M.. Nos résultats<br />sont validés par des exemples numériques.