Afin de mettre à profit les propriétés des plasmas pour développer des fonctions hyperfréquences originales, le milieu plasma doit d’abord être caractérisé dans cette gamme de fréquence car son expansion et sa densité, supposée homogène, sont des paramètres mal maîtrisés. Une méthode de mesure de la constante diélectrique du plasma a donc été développée pour déterminer une permittivité relative complexe moyenne dans les conditions d’utilisation et d’excitation. A partir d’un modèle basé sur une méthode modale, et de la mesure de fréquence de résonance d’un résonateur, on caractérise un milieu plasma (permittivité, fréquence de coupure plasma) généré au sein d’une ligne microruban multicouches. Cette thèse, à l’intersection entre deux disciplines, plasmas et micro-ondes, valide l’utilisation de plasma localisé au sein d’une technologie planaire multicouches pour dimensionner des lignes d’impédance et/ou longueur de ligne variables. Elle met également en avant les difficultés rencontrées en termes de réalisation, pour générer des plasmas reproductibles et stables. / In order to take profits of the plasma properties to develop new hyperfrequency funtioncs, the plasma media must be first characterize in this frequency range because his expansion and density, supposed homogeneous, are parameters not well known. A method of measurement of the plasma’s dielectric constant have been developped to determine an average relative complexe permittivity in the condition of use and excitation. From this method based on a modal method, and from the measurement of the resonant frequency, we can characterize the plasma media (permittivity, cut-off frequency of the plasma) generated within a multilayer microstrip line. This thesis, which verge on the junction between two major fields : microwaves and plasma physics, allowed us to ascertain on the local use of plasma media within multilayer planar technology, in order to design lines with variable impedance and/or variable electrical length. It also highlights on the major difficulties with the generation of stable and reproductible plasma.

Ce travail de thèse entre dans le cadre de projets nationaux et internationaux de radioastronomie d'une manière générale et en particulier dans celui de SKA (Square Kilometre Array). La conception de circuits intégrés d’applications spécifiques devient de plus en plus importante dans ce domaine. La première étape de ce travail consiste à une étude bibliographique sur les inductances actives intégrées et leurs principales applications dédiées à la radioastronomie. Cette étude a permis de faire un état de l'art. Cet état de l'art a fait ressortir que l'intégration de certaines fonctions s'avère particulièrement difficile voire impossible dès lors que l'utilisation d'une inductance est nécessaire. Ceci est essentiellement dû à la taille importante des inductances. Parmi ces fonctions, nous avons le filtrage, certains types de transceivers, le temps de retard, etc. Or ces fonctions sont très importantes dans une architecture de radiofréquence propre aux réseaux d'antennes phasées. Ce travail de thèse est donc consacré à l'étude et la conception de ces différentes fonctions à l'aide des inductances actives basées sur des topologies à gyrateurs en technologie SiGeC 0,25 μm afin de palier aux problèmes d'intégration. Une des finalités de cette thèse est aussi de montrer que la consommation de ce procédé d'intégration n’est pas si excessive pour ces applications, par rapport à l’utilisation d’inductances localisées intégrées occupant une surface importante sur le substrat. Ce dernier point sera un résultat très important pour les projets où la très haute intégration à bas coût est nécessaire, point clé de réussite des réseaux phasés denses du projet international SKA. / This thesis work is part of national and international projects of radio-astronomy in general and in particular that of the SKA (Square Kilometre Array). The design of integrated circuits for specific applications is becoming increasingly important in this field. The first step in this work is a bibliography study on integrated active reactors and their main applications dedicated to radio astronomy. This study allowed making a state of the art. This state of the art has highlighted that the integration of some functions is made especially difficult by the need to use an inductor. This is mainly due to the large size of passive inductors. These functions include the filtering function, some transceivers types, the time delay, etc. But, they are very important in radio-frequency architecture owing to phased array antennas. This thesis propose the study and design of these different functions using active inductors based on gyrators topologies in SiGeC 0.25 μm technology in order to overcome the integration problems. One of the aims of this thesis is to show that the consumption of this integration process is not so excessive for these applications, compared to the use of integrated located inductors occupying a large area on the substrate. This last point is a very important result for projects where high integration at low cost is necessary, key point of the success of dense phased array in the SKA international project.

Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit portent sur l’alimentation d’actionneurs de type piézo-électrique qui seront placés sur la partie tournante d’une perceuse. Ces actionneurs possèdent un comportement capacitif et sont habituellement alimentés par des systèmes linéaires. Une étude de dimensionnement et de conception a été menée sur différents amplificateurs à découpage qui peuvent fournir, dans un repère fixe, un signal de puissance sinusoïdal à fréquence variable dans les meilleures conditions possibles (rendement et THD). Ensuite, un système pouvant transférer l’énergie sans contact à l’actionneur piézo-électrique placé sur un repère tournant a été analysé. Cela a été possible grâce à l’utilisation des systèmes à induction, c’est-à-dire, par couplage magnétique à travers un transformateur tournant présentant un entrefer. Trois types de systèmes de transfert d’énergie sans contact ont été étudiés : l’un qui travaille à la fréquence de l’actionneur [50-500 Hz] et deux autres basés sur des stratégies de résonance permettant ainsi de diminuer les dimensions du coupleur magnétique. Pour cela, la modélisation tant magnétique qu’électrique a été effectuée dans les trois systèmes.Un prototype d’onduleur en pont complet fournissant jusqu’à 680 VAR a été réalisé. Ce dernier est placé en amont d’un coupleur magnétique basse fréquence transférant 1,75 kVAR à l’actionneur piézo-électrique en rotation. Les résultats obtenus en pratique ont montré la pertinence du travail de dimensionnement et conception. / Placed on the rotating part of a drilling system. These actuators have a capacitive behavior and are usually supplied by linear systems. In this case, the design and the sizing of different switching amplifiers that provide, in a fixed frame, a sinusoidal power signal with modular frequency in the best possible conditions (efficiency and THD) have been made. Then, a contactless power system for piezoelectric actuators placed in a rotating frame was analyzed. This was possible thanks to the use of induction systems through a rotating transformer with an air gap. Three types of contactless systems were studied. The first one works at modular low frequencies [50-500 Hz] and the other two use resonant strategies in order to reduce transformer’s size. For this, both magnetic and electrical modeling was performed in the three cases.A full-bridge inverter prototype that can deliver up to 680 VAR and a low frequency contactless energy transfer system of 1.75 kVAR that supplies the piezoelectric actuator at rotating frame have been made. Experimental results showed satisfactory results and proved the system feasibility.

L'évolution des calottes polaires est régie à la fois par une dynamique d'écoulement complexe et par des mécanismes tel le glissement à la base, la température de la glace ou le bilan de masse en surface. De plus, de nombreuses boucles de rétroactions sont constatées entre les différents phénomènes impliquées. Tout ceci rend la modélisation de cette évolution complexe. Malgré tout, un certain nombre de modèles ont été développés dans cette optique. Ceux-ci font tous intervenir des paramètres influents qui dans certains cas sont peu ou pas connus. Ils nécessitent donc d'être correctement spécifiés. L'assimilation de données peut permettre une meilleure estimation de ces paramètres grâce à l'utilisation d'observations qui sont peu nombreuses en glaciologie. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la mise en place de systèmes d'assimilation performants pour deux problèmes inverses concernant l'évolution des calottes polaires. Pour mieux nous concentrer sur ce point, nous avons travaillé avec un modèle d'évolution de calotte simplifié (appelé Winnie) qui, cependant, représente bien la plupart des processus complexes de la dynamique de la glace, et permet de travailler à différentes échelles de temps. Dans un premier temps, nous mettons en place une approche 4D-Var pour la reconstruction de l'évolution d'un paramètre climatique influant sur l'évolution d'une calotte sur une échelle de temps typique de 20 000 ans. Elle nécessite notamment l'écriture du code adjoint du modèle. Dans un second temps, nous nous intéressons au problème du spin-up. Ce problème de calibration du modèle pour des simulations à échelle de temps courtes (pas plus de 100 ans) consiste plus particulièrement en la reconstruction conjointe de l'état initial, de la topographie du socle rocheux et des paramètres de glissement basal. Nous développons ici une approche filtre de Kalman d'ensemble pour résoudre ce problème. / Ice sheet evolution is both driven by a complex flow dynamics and by physical mechanisms such as basal sliding, ice temperature or surface mass balance. In addition to those, many feedback loops are observed between the different implicated phenomena. That explains how complex is to model this evolution. However several models have been developed in that purpose. These models depend on influential parameters, which often are unfortunately poorly known. So they need to be correctly specified. Data assimilation can give a better estimation of these parameters thanks to observations which are quite rare in glaciology. In this thesis, we work on the setup of efficient data assimilation systems for two inverses problems involving ice sheet evolution. We work with a simplified ice sheet evolution model called Winnie in order to focus on the setup. Nevertheless Winnie takes into account the major complex processes of ice dynamics and can be used for studies with different time scales. The first part of the thesis focuses on developing a 4D-Var approach in order to retrieve the evolution of a climatic parameter for a typical time scale of 20 000 years. This approach require the implementation the adjoint code of the evolution model. In a second part, we focus on the spin-up problem. This calibration problem for short term (maximum 100 years) simulations involve retrieving jointly the initial state, the bedrock topography and basal sliding parameters. In order to solve this problem we develop an Ensemble Kalman Filter approach.

Ce travail de thèse se décompose en deux parties. Tout d'abord, nous présentons une nouvelle technique de focalisation d'ondes avec un seul émetteur en cavité réverbérante (FIM) en profitant d'un algorithme inspiré du filtre inverse. Via l'étude expérimentale de cavités réverbérantes dans le domaine des ultrasons, nous démontrons la capacité du FIM à optimiser la focalisation quelle que soit le type de cavité (de type ergodique ou non). Dans une deuxième partie, la propagation d'ondes élastiques dans un système formé par un ensemble de tiges d'aluminium collées sur une plaque mince de même nature, est étudiée. Ces tiges (résonateurs quasi-ponctuels) sont arrangées de façon périodique ou aléatoire sur une échelle sub-longueur d'onde. Le métamatériau ainsi constitué révèle la présence de larges bandes de fréquences interdites. De plus, la coexistence de résonances de flexion et de compression dans les résonateurs, ajoutée à la présence d'une conversion d'une partie de l'énergie du mode A0 vers le mode S0 dans la plaque, crée une grande complexité du champ d'onde. C'est ce qui fait de ce type de métamatériau, des objets tout à fait singuliers à l'échelle mésoscopique. / This thesis is divided into two parts. First, we present a new technique for focusing waves with one emitter in reverberant cavity (OCIF) inspired by inverse filter algorithm. Through the experimental study of reverberant cavities in the field of ultrasound, we demonstrate the ability of the OCIF to optimize the focusing no matter what type of cavity (ergodic type or not). In a second part, we investigate the propagation of elastic waves in a system formed by a set of aluminum rods glued to a thin plate of the same material. These rods form a set of quasi-punctual resonators in the propagation plane of waves. It is possible to arrange them periodically or randomly on a subwavelength scale. The metamaterial thus formed shows a complex wave field within it, including the presence of wide prohibited frequency ranges (bandgaps). The experimental and numerical approaches described in this manuscript show the existence of both flexural and compressional resonances in the resonators. Added to the presence of a conversion of a portion of the energy from the $A0$ Lamb mode to the $S0$ one in the plate, such a complexity makes this type of metamaterials, quite unusual objects at the mesoscopic scale.

Le transport routier est responsable d’une part des émissions de particules fines, notamment dans les grandes agglomérations. Celles-ci ayant des répercussions graves sur la santé humaine et l’environnement, des normes d’émissions des véhicules de plus en plus strictes sont mises en place. Des limites en nombre de particules sont imposées et une obligation de connaitre l’état de santé des organes de post-traitement des gaz d’échappement est également entrée en vigueur (On-Board Diagnostic : OBD).Les capteurs résistifs ont montré de bons résultats pour la mesure de la concentration massique des particules et ont l’avantage d’être simples à mettre en oeuvre, robustes et peu onéreux. Le principe de fonctionnement du capteur est basé sur la mesure de la conductance entre des électrodes de platine. Celle-ci augmente avec le dépôt de suies.L’objectif de ce travail de thèse est de parvenir à déterminer les paramètres clés qui affectent la réponse du capteur. Trois flux de suies présentant des distributions en taille différentes ont été sélectionnés et caractérisés. Un quatrième flux de suies a permis d’appréhender l’impact d’une concentration massique inférieure. La réponse du capteur à ces différents flux de suies a été étudiée. Nous avons montré que la sensibilité et le temps de réponse du capteur sont optimaux pour une tension de polarisation donnée entre les deux électrodes dont la valeur dépend de la distribution en taille des suies. Ce phénomène a été expliqué par les propriétés électriques différentes des suies et modélisé par un équilibre entre accumulation et combustion par effet Joule des suies déposées permettant de simuler la réponse temporelle du capteur. / Road transport contributes to a part of the particulate matter emissions, especially in big cities. Due to the negative effect of these pollutants on the human health and environment, more and more stringent emission standards for automotive are applied. These emissions are now limited in number of particles per kilometer and the vehicle need to indicate when there is some failure of the systems of depollution (OBD: On-Board diagnostic).Resistive sensors have shown good results to measure soot particles mass concentration. They have advantage of being a simple and robust technology that can be easily manufactured at a cheap price. The sensor principle consists of conductance measurement between two platinum electrodes. Conductance increases with soot deposition. This work aims to define the key parameters that affect the sensors response. Three particles flow with different particles size distributions (centered at 90, 70 and 50 nm) were used and characterized. A fourth flow was used to see the impact of a lower mass concentration. The sensor response exposed to these different flows was studied. It was shown that the sensor sensibility and response times are optimal for a given polarization voltage between the electrodes whose value depends on the size distribution. This phenomenon was explained by the different electrical properties of the soot particles and modeled by equilibrium of soot accumulation and their combustion by Joule heating that permitting to simulate the sensor temporal response.

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La pollution de l'air est l'un des principaux problèmes de santé publique de notre siècle et surtout de l'air intérieur alors que nous passons environ 90% de notre temps dans des environnements fermés. Parmi les polluants les bioaérosols ont été peu étudiés. Cependant des études épidémiologiques ont déjà montré une relation entre les bioaérosols et la santé. Le but de cette thèse est d’étudier les virus respiratoires dans les milieux clos via les systèmes de ventilation. A l’issue d’un état de l’art des polluants de l’air, il est important de définir ceux nécessitant d’être traités, les systèmes de ventilation, les procédés de filtration par médias fibreux et les procédés de traitement pouvant être mis en oeuvre. Les effets des bioaérosols viraux dans les environnements intérieurs sur la santé publique ont été discutés dans une revue bibliographique. Une méthodologie a été mise en oeuvre pour étudier le comportement des virus dans une centrale de traitement de l’air (CTA). Les virus respiratoires, mengovirus (virus nu à ARN de la même famille que les rhinovirus responsables du rhume) et adénovirus (virus respiratoire nu à ADN), ont été choisis et étudiés dans un système expérimental miniature représentatif des systèmes de traitement d’air. La performance de filtration d’un filtre de CTA vis-à-vis des aérosols viraux a été évaluée avec une validation du système expérimental utilisé. Cette étude a montré la capacité des virus de passer à travers le filtre tout en restant infectieux. Peu de littérature existant sur le sujet, ce projet a permis d’ajouter de nouvelles données pertinentes quant à la persistance des virus respiratoires dans l’air intérieur et plus précisément au niveau des filtres dans les centrales de traitement d’air. / Air pollution is one of the major public health problems of our century and especially of indoor air as we spend about 90% of our time in closed environments. Among pollutants bioaerosols have been poorly studied. However, epidemiological studies have already shown a relationship between bioaerosols and human health. The aim of this PhD work is to learn about respiratory viruses in closed environments via ventilation systems in order to study indoor air quality. At the end of state of the art of air pollutants, it is important to define those present in the air that need to be treated, ventilation systems, filtration processes by fibrous media and the processing methods being able to be implemented. The effects of viral bioaerosols on public health in indoor environments were discussed and drafted in a bibliographic review. The methodology of the study was to assess the fate of respiratory viruses, mengoviruses and adenoviruses, in a miniature experimental system similar to air treatment systems used in closed environments. The experimental system used was validated and the filter performance against viral aerosols was investigated. This study presented originality for the characterization and the fate of two non-enveloped respiratory viruses, mengovirus (RNA) and adenovirus (DNA), in indoor environments and their fate on fiber glass filter. This study showed the ability of viruses to pass through the filter and to remain infectious upstream and downstream the filter. There is scarce literature on this subject, and this project allowed us to add new relevant data on the persistence of respiratory viruses in indoor air and more precisely at the level of filters in air handling units.

Dans cette thèse, nous abordons le problème de l'identification et de la quantification de variants (épissage alternatif et polymorphisme génomique) dans des données de RNA-seq sans génome de référence, et sans faire un assemblage complet des transcripts. Basé sur l'idée que chaque variant correspond à un motif reconnaissable, qu'on appelle une bulle, dans un graphe de Bruijn construit à partir des lectures de RNA-seq, nous proposons un modèle pour les variants dans de tels graphes. Nous introduisons ensuite une méthode, appelé KisSplice, pour extraire les événements d'épissage alternatif, et nous montrons qu'il trouve plus d'événements corrects que les assembleurs de transcriptome traditionnels. Afin d'améliorer son temps d'exécution, nous proposons un nouvel algorithme polynomial pour énumérer les bulles. On montre qu'il est plusieurs ordres de grandeur plus rapide que les approches précédentes. Afin de réduire sa consommation en mémoire, nous proposons une nouvelle façon de représenter un graphe de Bruijn. Nous montrons que notre approche utilise 30% à 40% moins de mémoire que l'état de l'art. Nous appliquons les techniques développées pour énumérer les bulles à deux problémes classiques. Nous donnons le premier algorithme optimal pour énumérer les cycles dans des graphes non orientés. Il s'agit de la première amélioration à ce probléme en près de 40 ans. Nous considérons ensuite une variante du problème des K chemins plus courts: au lieu de limiter le nombre des chemins, nous limitons leurs poids. Nous présentons de nouveaux algorithmes qui utilisent exponentiellement moins mémoire que les approches précédentes / In this thesis, we address the problem of identifying and quantifying variants (alternative splicing and genomic polymorphism) in RNA-seq data when no reference genome is available, without assembling the full transcripts. Based on the idea that each variant corresponds to a recognizable pattern, a bubble, in a de Bruijn graph constructed from the RNA-seq reads, we propose a general model for all variants in such graphs. We then introduce an exact method, called KisSplice, to extract alternative splicing events and show that it outperforms general purpose transcriptome assemblers. We put an extra effort to make KisSplice as scalable as possible. In order to improve the running time, we propose a new polynomial delay algorithm to enumerate bubbles. We show that it is several orders of magnitude faster than previous approaches. In order to reduce its memory consumption, we propose a new compact way to build and represent a de Bruijn graph. We show that our approach uses 30% to 40% less memory than the state of the art, with an insignificant impact on the construction time. Additionally, we apply the techniques developed to list bubbles in two classical problems: cycle enumeration and the K-shortest paths problem. We give the first optimal algorithm to list cycles in undirected graphs, improving over Johnson’s algorithm. This is the first improvement to this problem in almost 40 years. We then consider a different parameterization of the K-shortest (simple) paths problem: instead of bounding the number of st-paths, we bound the weight of the st-paths. We present new algorithms using exponentially less memory than previous approaches

Les développements récents des systèmes hyperfréquences conduisent à des contraintes drastiques sur la taille et le coût des composants, et en particulier sur les Filtres Passe-Bande (BPF). L’objectif de cette thèse était d’apporter des solutions innovantes pour du filtrage large-bande compact en basses fréquences. Nous avons proposé deux solutions topologiques de compacité.La première solution est axée sur l’amélioration de la compacité des résonateurs grâce au résonateur multi-sections. Cette topologie a été théorisée et modélisée afin de l’optimiser. La compacité apportée par le résonateur multi-sections a été démontrée à travers la réalisation de filtres interdigité. La deuxième solution est une nouvelle topologie du filtre combline appelée filtre combline à couplage électrique (ECC). Nous avons également montré que ces solutions topologiques sont compatibles avec d’autres solutions technologiques de compacité (multicouche…).Ces solutions permettent de résoudre les problèmes d’encombrement et d’intégration des filtres actuels tout en gardant des performances électriques équivalentes. / Recent developments in microwave systems lead to drastic constraints on the size and cost of components, and in particularly on Passband Filters (BPF). The aim of this thesis was to provide innovative solutions for low band compact broadband filtering. We proposed two topological solutions of compactness.The first solution focuses on improving the compactness of the resonator thanks to the multisections resonator. This topology has been theorized and modeled to optimize it. The compactness provided by the multi-sections resonator has been shown by the realization of interdigital filters. The second solution is a new topology of the combline filter, electrical coupling combline filter (ECC).We have also shown that these topological solutions are compatible with other technological solutions of compactness (multilayer ...).These solutions solve the size and integration problems of current filters with equivalentelectrical performance.