Les travaux de cette thèse portent sur des méthodes permettant de retrouver automatiquement des informations dans des enregistrements sonores. Les données que nous analysons sont fournies par les archives du Musée de l’Homme de Paris : il s’agit de milliers d’heures d’enregistrements musicaux et d’interviews de 1900 à nos jours. Nous proposons deux types d’analyse conçues pour fonctionner aussi bien sûr de la musique que sur de la parole. Le premier permet d’extraire le rythme de l’enregistrement à partir de la répartition des zones stables du signal à l’aide d’un « spectre de rythme ». Le second effectue un suivi sur les fréquences les plus présentes et cherche à les regrouper par source pour détecter si plusieurs personnes ou instruments sont présents. Ces analyses peuvent permettre, entre autres, de retrouver la structure d’un chant en fonction du nombre de sources ou savoir si une personne parle, raconte, récite en encore scande en utilisant le rythme présent dans la parole. / This thesis aims at designing methods to automatically extract information on sound signals. The sound archives we analyse are provided by the Musée de l’Homme of Paris : they are compounded of thousands of hours of musical recording and interviews from year 1900 to nowadays. We propose two different types of analysis designed to work on music as well as speech. The first system aims at extracting rhythm according to the repartition of stable areas of the signal using a “rhythm spectrum”. The second uses a frequency tracking of the most predominant frequencies to group them into source-related clusters to detect if different people or instruments are present. Those techniques may extract different kind of information such as structuring a song using the number of singers or automatically knowing if a record contains someone speaking, reciting or even chanting.

Ce travail de thèse traite de la caractérisation par spectroscopie d'impédance d'échantillons biologiques de faibles dimensions. Après un état de l'art des moyens de détermination des paramètres caractéristiques de cellules ou agrégats de cellules isolées, nous décrivons une instrumentation destinée à la mesure d'impédance d'une cellule biologique en basses fréquences. Une chaine de mesure permettant la caractérisation par spectroscopie d'impédance d'un ovocyte de Xénope isolée dans la gamme 50 Hz - 5 MHz est présentée. Celle-ci est basée sur l'utilisation d'un impédancemètre et d'un dispositif de mesure utilisant deux électrodes en or coplanaires. La caractérisation du dispositif de mesure est complétée par une modélisation électrique par la méthode des éléments finis de la zone sensible de mesure. Une deuxième approche est ensuite proposée pour la caractérisation de faibles volumes de fluides biologiques. Celle-ci repose sur l'utilisation d'une matrice d'électrodes composée de 4 microbandes de platine coplanaires et d'un système électronique de conditionnement opérant entre 1 kHz et 100 kHz développé à cet effet. La configuration à 4 électrodes utilisée permet de s'affranchir des problèmes de polarisation aux interfaces métal-milieu. La zone de mesure est également modélisée par voie numérique (méthode des éléments finis) en vue d'établir notamment le facteur de cellule. Après validation de la chaine de mesure, des résultats de caractérisation expérimentale d'échantillons de 50 µl de sang humain sont présentés et discutés. / We present a low frequency approach to characterize small biological samples by using bioimpedance spectroscopy. The state of the art of existing approaches and technologies for the determination of electrical parameters of single cell or aggregate of cells is developed in the two first chapters. An electronic instrumentation allowing to characterize an isolated Xenopus ovocyte cell in the frequency range 50 Hz - 5MHz is presented in the third chapter. This consists of an impedancemeter and a biosensor based on two coplanar gold measurement electrodes. The theoretical validation of the chip uses an electrical modeling of the sensing area by finite elements method. A second approach is then proposed in the fourth chapter for the characterization of small biological fluidic samples. It uses a set of 4 coplanar platinium microband electrodes combined with an electronic conditioning circuit designed to operate in the 1 KHz - 100 kHz frequency range. As it is well known, the use of a tetrapolar configuration for the electrodes system prevents the influence of the polarization impedance at the metal-medium interfaces. The sensing area is also numerically modeled by finite elements method allowing to calculate the cell factor. This parameter was compared with its values deduced experimentally. The microspectrometer designed was thus experimentally validated. Both calibrations and results for the characterization of 50 µl human blood samples are presented and discussed.

Nous présentons des travaux de spectroscopie moléculaire, avec des développements expérimentaux et des analyses à haute résolution de spectres de molécules atmosphériques. Nous avons mis en place et testé une nouvelle chaine de multiplication de fréquences destinée à étendre la gamme du spectromètre THz du laboratoire PhLAM. Les principaux paramètres du spectromètre, tels que la sensibilité, la précision des mesures et la composition harmonique de la source de rayonnement, ont été caractérisés en utilisant les spectres de rotation du formaldéhyde et du monoxyde de carbone. L’analyse étendue de la structure de rotation de HDCO, D2CO et des espèces isotopiques 13C, 17O, 18O, et 13C18O est également présentée. Par ailleurs nous avons étudié le spectre de rotation millimétrique et térahertz de 3 molécules atmosphériques importantes : la méthacroléine et le méthyl vinyl cétone, les produits principaux d’oxydation de l’isoprène, et le nitrite d’éthyle, un produit de combustion des carburants à base de l’alcool et d’oxydation photochimique de composés organiques volatils. Ces molécules complexes sont caractérisées par des différents mouvements de grande amplitude. En particulier la torsion du groupement méthyle a été modélisée à la précision expérimentale pour l’état fondamental et les premiers états excités de vibration pour la méthacroléine et le méthyl vinyl cétone. Nous fournissons ainsi une information indispensable pour l’analyse détaillée des spectres infrarouges enregistrés par la spectroscopie infrarouge à haute résolution, dans les fenêtres atmosphériques. / We present the molecular spectroscopy results with the experimental developments and the analyses of high resolution spectra of molecules of atmospheric interest. We set up and tested a new frequency multiplication chain intended to extend the range of THz spectrometer in the PhLAM laboratory. The important parameters of the spectrometer, such as sensitivity, measurement precision and harmonic composition of the radiation source, were characterized using the rotational spectra of two simple molecules: formaldehyde and carbon monoxide. The extended analysis of rotational structure of HDCO, D2CO and 13C, 17O, 18O, and 13C18O isotopic species is also presented.Furthermore we studied the millimeterwave and terahertz rotational spectrum of 3 significant atmospheric molecules: methacrolein and methyl vinyl ketone, the main oxidation products of isoprene, and ethyl nitrite, a combustion product of alcohol based fuels and of photochemical oxidation of volatile organic compounds. These complex molecules are characterized by different large amplitude motions. In particular, the methyl group torsion was modeled in the experimental accuracy for the ground and the lowest excited vibrational states for methacrolein and methyl vinyl ketone. We thus provide an essential information for the detailed analysis of infrared spectra, recorded by high-resolution infrared spectroscopy, in the atmospheric windows.

Cette thèse présente un émetteur radio-fréquences, composé d’un synthétiseur numérique de fréquences, lui-même construit autour d’un sigma delta et d’un interpolateur de phase, ainsi que d’un oscillateur verrouillé par injection. Le synthétiseur numérique direct génère des fréquences de 400 à 500 MHz avec une résolution fréquentielle d’au moins 60 Hz. L’oscillateur verrouillé par injection, quand à lui, transpose ces fréquences dans la bande Bluetooth en assurant une multiplication de fréquences par 5. De plus, l’oscillateur verrouillé filtre le bruit de phase du signal d’injection jusqu’à récupérer celui de l’oscillateur libre. La bande passante de l’oscillateur verrouillé par injection peut être programmée numériquement. Cet émetteur a été développée dans une technologie CMOS 65 nm. / This Ph.D dissertation presents a radio-frequency transmitter, made of a direct digital frequency synthesizer, built around a sigma delta and a phase interpolator, and an injection locked oscillator. The direct digital synthesizer generates frequencies between 400 and 500 MHz with a frequency resolution better than 60 Hz. On the other hand, the injection locked oscillator up-converts synthesizer output up to the Bluetooth band by multiplying frequencies by 5. Moreover, the locked oscillator filters injected signal phase noise up to recover the one of the free running oscillator. The locked oscillator bandwidth can be tuned digitally. This transmitter has been developed on 65-nm CMOS technology.

Emettre des inférences bayésiennes, c’est-à-dire réviser son jugement quant à l’apparition d’un événement, et passer d’une probabilité a priori à une probabilité a posteriori est une activité quotidienne qui, en théorie requiert la formule de Bayes. Toutefois, en pratique, l’être humain est sensible à différents biais et n’utilise pas toujours à bon escient les informations dont il dispose. Zhu & Gigerenzer (2006) ont montré qu’un contexte en fréquences naturelles favorisait davantage une révision de jugement qu’un contexte présenté en probabilités conditionnelles, les fréquences rendant explicite le taux de base (Hoffrage, Gigerenzer, Krauss & Martignon, 2002). Le but de ce travail est de préciser dans quelle mesure le format de présentation et les exigences quant au jugement attendu influencent les performances bayésiennes de collégiens et lycéens français. Des cohortes de 20 participants de classe de sixième à première ont été soumises à des problèmes bayésiens. Les trois premières expériences font de façon progressive abstraction du nombre. Les résultats confirment l’effet facilitateur des fréquences sur les probabilités. L’analyse des stratégies utilisées par les participants suggère qu’il ne faut pas se contenter d’une cotation dichotomique : réponse bayésienne versus non bayésienne. En effet, nos résultats précisent qu’avec l’avancée scolaire les participants commettent des erreurs quantitatives de moins en moins éloignées de la réponse théorique, et estiment qualitativement de plus en plus finement l’occurrence du dit événement. La quatrième expérience tente de faire le lien entre les fonctions exécutives de bas niveau, la vitesse de traitement et le niveau scolaire en mathématiques, d’une part, et les performances bayésiennes, d’autre part. Les résultats montrent que la vitesse de traitement et l’inhibition prédisent modérément les performances bayésiennes des collégiens, mais pas celles des lycéens. La dernière expérience est une analyse longitudinale des performances des participants testés à dix-neuf mois d’intervalle. Les résultats étayent ceux de l’analyse transversale, puisque la majorité des participants présente des performances accrues. / Emit bayesian inferences, in other words revise his judgment about the appearance of an event, and change from prior probability to posterior probability, is a daily activity which, in theory, requires the Bayes’ rule. However, in practice, human is sensible to different bias and he doesn’t use systematically wisely all information at his disposal. Zhu & Gigerenzer (2006) showed that when data are presented in natural frequencies, bayesian performances increase. The reason is that base rate information is contained in natural frequencies (Hoffrage, Gigerenzer, Krauss, & Martignon, 2002). The aim of this work is to specify in what measure the format of presentation and the experimenter’s request about the judgment to product influence the bayesian performances of French schoolchild from the beginning to the end of secondary school. Groups of 20 participants from sixth grader to eleventh grade were tested on bayesian problems. The first three experiments progressively disregard number. Results confirm the easier effect of frequencies on the probabilities. The analyse of strategies used by participants indicates that we don’t have to be content with dichotomous quotation: bayesian versus no bayesian answer. In fact, our results specify that with the school advance participants make quantitative mistakes which are less and less distant of the theoretic answer, and estimate qualitatively more and more precisely the event occurrence. The fourth experience tries to make the link between the executive functions of low level, the processing speed and the school level in mathematical, on the one hand, and the bayesian performances, on the other hand. Results show that processing speed and inhibition predict moderately bayesian performances during the first middle of secondary school, but don’t during the second. The last experience is a longitudinal analyse of participants’ performances tested nineteen months later. Results support the transversal analyse ones, since the majority of participants produce better performances.

Le mandat de ce mémoire est de vérifier la possibilité d'effectuer la spectroscopie d'une cellule de gaz HCN et d'une cellule de gaz méthane avec la technique d'interférométrie à l'aide de deux lasers indépendants sans l'auto référencement du battement 1f − 2f.L'approche choisie est d'analyser les spectres de fréquence obtenus à partir d'un double peigne stabilisé que l'on déstabilise en enlevant la boucle de contrôle des fCEO et de comparer ces spectres expérimentaux avec des spectres de référence provenant soit de la base de données HITRAN (cas du méthane) ou soit par une construction à partir de données expérimentales provenant du NIST (cas du HCN). Afin de pouvoir reconstruire adéquatement les spectres de fréquence, on utilise un algorithme d'autocorrection des interférogrammes (IGM) qui permet d'augmenter les temps de cohérence des IGM et ainsi d'étendre le temps de moyennage tout en conservant la résolution spectrale. Déjà utilisée pour des lasers stables à forts taux de répétition, son utilisation sur des lasers à taux de répétition beaucoup plus faible nécessite certaines modifications pour son bon fonctionnement. La première modification est l'ajout d'un prétraitement des données qui consiste par l'extraction de l'évolution des phases des signaux de battement à fopt et par la démodulation du signal contenant les IGM avec la combinaison extraite des phases. La seconde modification permet son utilisation sur de grandes quantités de données évitant ainsi des dépassements d'espace mémoire vive lors de l'exécution de l'algorithme sous MATLAB®. Les résultats obtenus avec le HCN démontrent que la spectroscopie à l'aide d'un double peigne de fréquences est possible lorsque la régulation des lasers s'effectue uniquement par l'asservissement des fopt et que le battement des peignes est prétraité et post-traité permettant ainsi de conserver la résolution spectrale. En ce qui concerne la spectroscopie du méthane, nos résultats montrent que le système interférométrique fonctionne seulement lorsque que la stabilisation du double peigne s'effectue par les asservissements du fCEO et du fopt. Toutefois, certaines modifications à notre système telles que : l'utilisation d'un laser CW à1650 nm au lieu de celui à 1550 nm ; l'ajout d'un second laser CW ou bien par la mesure de f r ou d'une harmonique permettraient d'obtenir une spectroscopie adéquate du méthane et cela sans utiliser l'autoréférencement des peignes.

La synthèse de fréquences est une fonction largement utilisée dans les émetteur-récepteurs radios. En général, la fonction synthèse de fréquence est réalisée à l’aide d’une boucle à verrouillage de phase utilisant des diviseurs de fréquence numériques. Cette thèse présente un nouveau type de diviseur de fréquence faisant appel à des mémoires D et son application à la synthèse de fréquences. Ce nouveau diviseur permet de repousser les limites des diviseurs numériques classiques à bascules D, en matière de fréquence maximale de fonctionnement et de consommation, tout en conservant leur souplesse d’utilisation. La première partie de cette thèse présente les techniques usuelles de réalisation des synthèses de fréquence et des diviseurs de fréquences, ainsi que le nouveau diviseur SRO à base de mémoires D, sujet de ces travaux. Une étude détaillée de ce diviseur est réalisée avec un premier modèle utilisant une approche numérique, puis un second plus réaliste faisant appel à une modélisation de type analogique. Cette étude démontre que ce nouveau diviseur SRO est capable de fonctionner à une fréquence plus élevée ou avec une consommation moindre, tout en réalisant les mêmes facteurs de division, que les diviseurs classiques à bascules D. La dernière partie de cette thèse présente plusieurs implémentations en technologies CMOS et BiCMOS de ST Microelectronics du diviseur SRO. En particulier son implémentation dans deux synthétiseurs de fréquences fractionnaires à 24 GHz montre son intérêt de part la réduction significative de consommation obtenue, tout en conservant une structure simple utilisant une surface de silicium réduite / Frequency synthesis is almost used in all RF transceivers, where this function is usually achieved by using phase-locked-loop circuits. Most often, the phase-locked-loop includes digital frequency dividers in the feedback that present high power dissipation and low maximum frequency at gigahertz frequencies. This thesis presents a versatile new D latch-based divider that improves these issues and its application to frequency synthesis. The first part presents several frequency synthesis techniques and theirs main characteristics. Then is described various classical frequency dividers and the proposed new D latch-based SRO divider. A detailed study of the SRO divider is presented with two approaches, the digital one and the analogue one. This study demonstrates the benefit of the SRO divider in terms of power dissipation and speed compared with the widely used D flip-flop based dividers. The last part presents several implementations of the SRO divider in CMOS and BiCMOS processes of ST Microelectronics. Particularly, the SRO divider was implemented in two 24 GHz fractional synthesizers, where it demonstrates its interest for reduction of power dissipation while using small silicon area.

Dans le domaine de l’électromagnétisme computationnel, les équations intégrales de frontière sont très largement utilisées pour résoudre certains des plus grands problèmes directs, grâce à leur grande efficacité. Cependant les équations intégrales du champ électrique et du champ combiné (EFIE et CFIE), deux des formulations les plus employées, souffrent d’instabilités à basse fréquence et à haute discrétisation, ce qui limite leur versatilité. Dans cette thèse différentes approches sont présentées pour obtenir des algorithmes applicables aussi bien à des problèmes de compatibilité électromagnétique qu’à des applications radar. Les solutions présentées incluent (i) l’extension des projecteurs dit quasi-Helmholtz (qH) aux modélisations d’ordre supérieur ; (ii) l’utilisation de ces projecteurs pour stabiliser l’équation intégrale du champ magnétique et former une CFIE extrêmement précise, augmentée par des techniques de type Calderón, qui ne souffre de problèmes ni à basse fréquence ni à haute discrétisation et qui n’est pas sujette aux résonances artificielles ; (iii) le développement d’une EFIE filaire, basée sur des B-splines linéaires et les projecteurs qH, stable aux deux extrémités du spectre. Ces travaux ont été suivis de l’ouverture d’un nouvel axe de recherche visant l’amélioration des techniques de résolution des problèmes inverses en électromagnétique, avec pour objectif principal l’augmentation des performances des interfaces cerveau machine (BCIs). Les premiers résultats obtenus incluent le développement de l’un des premiers systèmes libres de simulation de bout en bout de session de BCI ayant été publié après revue par les pairs. / In computational electromagnetics, boundary integral equations are the scheme of choice for solving extremely large forward electromagnetic problems due to their high efficiency. However, two of the most used of these formulations, the electric and combined field integral equations (EFIE and CFIE), suffer from stability issues at low frequency and dense discretization, limiting their applicability at both ends of the spectrum. This thesis focusses on remedying these issues to obtain full-wave solvers stable from low to high frequencies, capable of handling scenarios ranging from electromagnetic compatibility to radar applications. The solutions presented include (i) extending the quasi-Helmholtz (qH) projectors to higher order modeling thus combining stability with high order convergence rates; (ii) leveraging on the qH projectors to numerically stabilize the magnetic field integral equation and obtain a highly accurate and provably resonance-free Calderón-augmented CFIE immune to both of the aforementioned problems; and(iii) introducing a new low frequency and dense discretization stable wire EFIE based on projectors and linear B-splines. In addition, a research axis focused on enhancing Brain Computer Interface (BCIs) with high resolution electromagnetic modeling of the brain has been opened ; a particular attention is dedicated to the inverse problem of electromagnetics and the associated integral equation-based forward problem. The first results of this new line of investigations include the development of one of the first peer-reviewed, freely available framework for end-to-end simulation of BCI experiments.

Les progrès des technologies Silicium permettent aujourd’hui de concevoir des circuits électroniques fonctionnant en bande de fréquence millimétrique, grâce à des composants de plus en plus performants. Ces évolutions sont possibles grâce aux performances des transistors, dont les fréquences de fonctionnement sont désormais au-delà de 300 GHz. Pour assurer la conception de circuits dont la taille diminue drastiquement de technologie en technologie, les composants disponibles, et plus particulièrement les transistors, doivent être fidèlement modélisés. Leur modélisation est basée sur des caractérisations en paramètres S, en puissance ainsi qu'en bruit. La caractérisation en bruit permet une extraction des quatre paramètres de bruit des transistors, afin de représenter finement leur comportement bruyant. En bande D (110-170 GHz), l'instrumentation sur-table dédiée n'est pas disponible dans le commerce. Il est donc nécessaire de développer des solutions de test intégrées sur Silicium, afin de limiter les pertes induites par les accès au dispositif sous test. Ces travaux de thèse ont eu pour objectif de concevoir, en technologie BiCMOS 55 nm de STMicroelectronics, un banc de caractérisation en bruit in-situ. Ce dernier est composé d’un récepteur de bruit, d’un synthétiseur d'impédances, d’un amplificateur faible bruit ainsi que d’une source de puissance. L'extraction des quatre paramètres de bruit d'un transistor bipolaire est alors effectuée grâce à plusieurs étapes de filtrage. Enfin, les perspectives liées à ces travaux de recherche sont évoquées, en particulier l'intégration du banc in-situ dans des sondes de test permettant de caractériser de manière industrielle. / The progress of the silicon technologies allows today the design of electronic circuits working in the millimeter-wave frequency band, thanks to more and more efficient components. These evolutions are possible thanks to the performances of transistors, which operating frequencies beyond 300 GHz. To insure the design of circuits which size decreases drastically from technology to technology, the available components, and more particularly transistors, must be faithfully modelled. Their modelling is based on characterizations in S parameters, power and noise. The noise characterization of transistors allows to know their noisy behaviors by extracting their four noise parameters. In the D-band (110-170 GHz), the commercial characterization tools are not available. Thus, it is necessary to develop integrated test solutions on silicon in order to limit losses due to accesses and probes and make the measurement suitable. This thesis research aimed at designing, with the BiCMOS 55 nm technology of STMicroelectronics, an in-situ noise characterization bench. The latter consists of a noise receiver, an impedance synthesizer, a low noise amplifier as well as a D-band power source. The extraction of four noise parameters of a bipolar transistor is then made thanks to several steps of filtering. Finally, the perspectives bound to these research works are evoked, in particular the integration of the in-situ bench in test-probes allowing to characterize in an industrial way.

Ce mémoire présente la conception d’une suspension aux basses fréquences servant à isoler un récepteur électromagnétique des vibrations. Ce récepteur est installé sur une plateforme de support située au centre d’un anneau transmetteur de 30 mètres de diamètre suspendu à un hélicoptère. La suspension isole le récepteur des vibrations de la plateforme. Des gréements connectent la plateforme à l’anneau transmetteur et à l’hélicoptère. Le système à l’étude sert à effectuer de l’exploration géophysique par la méthode électromagnétique. La réduction des vibrations du récepteur permet une diminution du bruit électromagnétique qui est couplé à ces vibrations. Ce couplage est principalement causé par les rotations du récepteur dans le champ magnétique terrestre. La diminution du bruit électromagnétique permet de discerner la réponse du sol qui autrement serait cachée par le bruit. La suspension agit comme un filtre passe bas et empêche les vibrations de la plateforme d’être transmises au récepteur à partir d’une certaine fréquence. Le projet de recherche vise à l’amélioration d’une suspension de référence. Cette suspension est non métallique et comporte deux étages. Le premier étage isole des translations et consiste en des cordes élastiques de type « bungee ». Le deuxième étage isole des rotations à l’aide de cordes rigides. Un prototype de cette suspension a permis d’atténuer suffisamment les vibrations et le bruit électromagnétique pour discerner la réponse du sol à partir de 15 Hz. Le nouveau concept de suspension devrait permettre d’isoler le récepteur de manière plus efficace et ainsi de pouvoir discerner la réponse du sol à partir de 6 Hz. Cette basse fréquence permet entre autres de mieux discerner les corps conducteurs enfouis sous un mort-terrain conducteur. La suspension de référence a d’abord été utilisée pour développer et valider une méthodologie de simulation. Cette suspension a été caractérisée à l’aide d’essais de vibrations au sol, mettant en évidence différents couplages entre les rotations et les translations du système. La suspension a ensuite été modélisée par la méthode des éléments finis en utilisant le logiciel Ansys Workbench. La méthodologie de simulation développée est prédictive puisque celle-ci est basée sur la caractérisation des éléments fondamentaux du système, dont les cordes élastiques. Le modèle a permis de calculer des fréquences naturelles du système ayant un écart maximal de 8 % par rapport aux résultats expérimentaux. La méthodologie de simulation a par la suite été appliquée à différents concepts d’isolateur dans une analyse comparative. Alors que la suspension de référence atteignait un certain niveau d’isolation à 15 Hz, la nouvelle suspension atteint ce même niveau d’isolation à 6 Hz, selon la simulation. Le bruit électromagnétique devrait donc être assez faible pour pouvoir discerner la réponse du sol à partir de 6 Hz. Le nouveau concept consiste en un système à trois étages d’isolation en rotation et deux étages en translation. Un équilibrage précis du récepteur permettrait de réduire grandement certains couplages, diminuant les vibrations. Une diminution de masse du récepteur et de la suspension affecte peu les performances et est donc souhaitable pour réduire la masse totale du système. Des modifications aux gréements sont aussi proposées pour rigidifier les modes en rotation de la plateforme de support du récepteur.