Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les traitements acoustiques jouent un rôle important dans la réduction du bruit des avions et doivent satisfaire de nombreuses contraintes de conception et d’exploitation. Ils sont utilisés depuis longtemps au niveau de l’isolation. Le concept étudié dans ce projet est basé sur l’ajout ou l’intégration d’un écran résistif ou microperforé dans les traitements usuels à base de fibre de verre ou de mousse afin d’optimiser l’absorption des traitements acoustiques et améliorer l’isolation en configurations double-paroi dans une bande étroite en basses fréquences et sans la détruire en hautes fréquences. Cette étude a pour objectif final de définir les propriétés physiques et mécaniques d’un traitement acoustique à base d’écrans avec performance maximale pour un ajout de poids minimal. Les résultats de cette étude visent donc à améliorer le confort des passagers dans les avions.

Dans beaucoup de cas les nuisances sonores auxquelles nous sommes quotidiennement exposés sont dues à la vibration d'une structure (machine industrielle, véhicule, appareil ménager …). Néanmoins, tous les bruits que nous percevons ne sont pas forcément dûs à la vibration d'une structure, par exemple, les bruits aérodynamiques, les bruits de turbine ou les bruits de jet … La recherche en vibroacoustique est étroitement liée avec des applications industrielles, car l'industrie a besoin des nouveaux outils numériques, développés dans les centres de recherche, pour concevoir de nouveaux produits silencieux. En effet, les démarches purement expérimentales sont en général longues, compliquées et coûteuses, elles peuvent être, de plus, très peu efficaces. Puisque l'objectif ultime est la conception d'une structure qui permet de réduire le bruit pour un très bon confort acoustique, les simulations numériques peuvent être incluses dans l'optimisation de la conception avec des techniques de conception optimales de forme et l'optimisation des matériaux. Une fois les simulations validées par les résultats expérimentaux, elles peuvent être utilisées comme outil de conception pour l'amélioration de la structure du système concerné. L'objectif principal de mon travail de thèse est le développement des outils de prédiction numériques permettant la réduction des nuisances sonores dues à la vibration des structures. Pour ce faire, des formulations théoriques originales ont été formulées, puis implantées afin de favoriser la conception de produits silencieux. D'une manière plus spécifique, deux parties vont être traitées : La première partie aborde le problème bien connu des fréquences irrégulières de la méthode des éléments finis de frontière, la BEM, pour le rayonnement acoustique dans un domaine extérieur. Dans la deuxième partie de cette thèse la formulation de la méthode multipôlaire rapide FMM couplée à la BEM, ainsi que sa mise en œuvre et validation ont été effectuées afin de repousser les limites de la BEM en terme de temps de calcul ainsi que de mémoire. / In many cases the noise which we are daily exposed are due to the vibration of a structure (industrial machinery, vehicle, appliance...). Nevertheless, all the sounds we perceive are not necessarily due to the vibration of a structure, for example, wind noise, the sounds of turbine or jet noise...The vibroacoustic research is closely linked with industrial applications because the industry needs new numerical tools, developed in research centers to develop new silent products. Indeed, purely experimental approaches are generally lengthy, complicated and expensive they can be, again, very inefficient. Since the ultimate objective is to design a structure that reduces noise for a good acoustic comfort, numerical simulations can be included in the design optimization techniques to design optimum shape and optimizationmaterials. Once the simulations validated by experimental results, it can be used as a design tool for improving the structure of the affected system. The main aim of my thesis is the development of numerical predictive tools for the noise reduction due to the vibrationof structures. To do this, the original theoretical formulations have been developed and implemented to encourage the design of silent products. In a more specific way, both parties will be addressed : the first part addreeses the familiarproblem of irregular frequencies of the finite element boundary, the BEM for acoustic radiation in an external field. In the second part of this thesis the formulation of the fast multipole method FMM coupled with BEM, as well asits implementation and validation were carried out to push the boundaries of the BEM in terms of computation time and memory.

Les transistors bipolaires à hétérojonctions (TBH) Si/SiGe:C disponibles aujourd'hui dans les technologies BiCMOS atteignent des fréquences de coupure fT et fmax supérieures à 200GHz. Cela leur permet d'adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu'à 100GHz telles que les radars anticollision pour l'automobile et les communications optiques et sans fil à haut débit. Cette thèse a pour objet le développement et l'étude de TBH Si/SiGe:C pour les technologies BiCMOS millimétriques. Après un rappel des principes de fonctionnement du transistor bipolaire, nous montrons les méthodes de fabrication, caractérisation et modélisation des dispositifs de dernière génération. Les architectures choisies et les performances obtenues par les principaux acteurs du marché sont détaillées. Nous présentons ensuite des études menées pour le développement de la technologie BiCMOS9MW de STMicroelectronics. Une version faible-coût du TBH rapide ainsi qu'un dispositif haute-tension compatible avec la technologie sont présentés et les résultats à l'état de l'art obtenus sur les deux architectures sont montrés. Nous étudions également l'impact des variations des paramètres technologiques et de la géométrie des dispositifs sur les principales caractéristiques de ces composants. La dernière partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de nouvelles solutions technologiques afin d'améliorer encore la fréquence de transition des TBH Si/SiGe:C. Un optimisation du profil vertical du TBH a pu être réalisée grâce au développement d'un nouveau module de collecteur utilisant une épitaxie sélective et la réduction du budget thermique vu par les dispositifs durant leur fabrication. Cette dernière étude a permis d'atteindre une fréquence de transition fT· supérieure à 400GHz à température ambiante, ce qui représente la meilleure performance obtenue à ce jour pour un transistor en technologie silicium. / Si/SiGe:C heterojunction bipolar transistors integrated in BiCMOS technologies now reach cut-off frequencies fT and fmax larger than 200GHz. This allows them to address millimeter-wave applications up to 100GHz such as anti-collision automobile radars and optical and wireless communications. The purpose of this thesis is the development and the study of Si/SiGe:C HBTs for millimeter-wave BiCMOS technologies. After a reminder of the bipolar transistor theory, we show the methods of fabrication, characterization and modeling of high-speed devices. The architectures chosen by the main manufacturers of the semiconductor market are detailed and the obtained performances are compared. Then, we present the investigations driven for the development of the BiCMOS9MW technology from STMicroelectronics. A low-cost version of the high-speed HBT and a high-voltage device fully compatible with the technology are presented and the state-of-the-art results are shown. We also study the impact of the variations of the technological parameters and the design mIes on the main characteristics of devices. The last part of this work is dedicated to the development of new technological solutions in order to further improve the transition frequency fT of Si/SiGe:C HBTs. An optimization of the vertical profile has been realized thanks to the development of a new collector module using a selective epitaxy and to the reduction of the thermal budget during the devices fabrication. This last study leads to an improvement of the transition frequency fT above 400GHz at room temperature, this is the best performance obtained to date for a transistor in silicon technology.

Le traitement des systèmes pleins issus de modélisation d'interactions de type particulaires est un problème lourd que les méthodes multipôles proposent d'optimiser grâce à des approximations hiérarchiques basées sur la régularité des potentiels sous-jacents. Cette thèse offre des développements sur une nouvelle méthode multipôle pour l'électromagnétisme à la fois en terme d'un traitement unifié de l'ensemble des fréquences et informatique dans le cadre du paralléélisme et d'optimisations algorithmiques telles que le partitionnement par graphes et le recouvrement des communications par des calculs.

L'objet de cette thèse est l'étude du problème d'estimation de fréquences fondamentales multiples, pour des mélanges de parole et de musique dont le nombre de sources est inconnu. Dans le cadre de la parole, nous proposons une méthode itérative qui estime successivement les fréquences fondamentales. La nature «voisée/non-voisée» des mélanges est caractérisée par un modèle du type "sommes de sinusoïdes harmoniques + bruit autorégressif". L'estimation consiste à maximiser un terme de Vraisemblance pénalisée qui permet également d'estimer le nombre de sources. Dans le cadre musical, nous proposons trois nouvelles méthodes qui estiment simultanément les fréquences fondamentales. Basées sur une classification des pics spectraux du mélange, elles diffèrent par leur technique de classification. Toutes permettent d'estimer le nombre de sources. Elles permettent également de prendre en compte les recouvrements spectraux entre notes et sont ainsi applicables au traitement d'accords musicaux.

Le transfert des fréquences ultra-stables entre laboratoires distants est requis par de nombreuses applications concernant la métrologie temps/fréquence, la physique fondamentale, les accélérateurs de particules et l'astrophysique. Cette thèse décrit le développement de liaisons optiques ultra-stables sur des distances de 86 à 300 km. L'objectif à long terme est de développer des liens optiques de 1000 km environ afin de relier les principaux instituts nationaux de métrologie en Europe. Le lien optique est basé sur le transfert de la phase optique d'un laser ultra-stable de longueur d'onde 1542 nm par une fibre optique du réseau de télécommunications. Pour cela ont été développés des lasers stabilisés sur cavité Fabry-Perot et sur fibre optique. L'instabilité relative des lasers stabilisés sur cavité est de l'ordre de 10-15 pour un temps d'intégration de 1 s. Les lasers stabilisés sur fibre sont robustes, compacts, simples, accordables et leur bruit de fréquence est comparable à celui des lasers stabilisés sur cavité pour des fréquences supérieures à quelques dizaines de Hertz. Les liens optiques ont d'abord été démontrés sur 86 km et 172 km en utilisant des fibres dédiées reliant les laboratoires LNE-SYRTE et LPL. L'instabilité relative de fréquence obtenue était de l'ordre de 10-19 pour des temps d'intégration de 104 s. Pour des distances plus grandes, le signal ultra-stable est transféré directement sur le réseau Internet en utilisant un canal de fréquence dédiée, par la technique de multiplexage en longueur d'ondes. Un lien multiplexé a ainsi été démontré sur une distance de 300 km, avec une instabilité relative de fréquence au même niveau qu'avec des fibres dédiées

Ces travaux rapportent le développement expérimental de deux méthodes de spectroscopie optique par transformation de Fourier basées sur les peignes de fréquences. La spectroscopie de Fourier s'est imposée, dès 1970, comme outil multiplex de mesure de spectres résolus et exacts, couvrant de larges plages spectrales. Elle ne répond néanmoins plus aux enjeux modernes de la physique moléculaire, qui requièrent des instruments rapides, résolus, exacts, multiplex et sensibles. Les peignes de fréquences femtosecondes, qui ont révolutionné la métrologie des fréquences optiques au début des années 2000, sont des sources lasers à impulsions ultra-courtes, équivalentes à un million de lasers continus, émettant en phase à des fréquences équidistantes. Ils motivent de nouvelles approches à la spectroscopie d'absorption et de dispersion. La première méthode développée associe le peigne de fréquences au spectromètre de Fourier basé sur l'interféromètre de Michelson. Sans modification structurelle de ce dernier, en un unique enregistrement, la totalité du domaine d'émission du peigne est analysée à haute résolution avec des temps d'acquisition améliorés de deux ordres de grandeur par rapport aux sources incohérentes. La seconde approche aboutit à une nouvelle génération de spectromètres de Fourier, basée sur la mesure du battement de deux peignes de fréquences cohérents, conduisant à une spectroscopie à large bande spectrale, qui améliore d'un million la limite de résolution, le temps de mesure et l'exactitude de l'échelle de fréquences de la spectroscopie de Fourier traditionnelle et ne fait plus usage de l'interféromètre de Michelson jusqu'à présent élément clef du spectromètre.

Le tuffeau est un matériau de construction calcaire largement utilisé dans la vallée de la Loire pour les bâtiments historiques. Le temps passant, il est confronté à des problèmes de pathologies, principalement liées à sa teneur en eau. Pour évaluer cet indicateur, le radar à sauts de fréquence (SFR) a été retenu parmi les techniques d’évaluation non destructives. Cette dernière peut être associée à une technique d’inversion « forme d’onde » dans le domaine fréquentiel (FWFI), technique performante pour obtenir la permittivité, directement en lien avec la teneur en eau. L’inversion FWFI d’un signal SFR utilise, pour le calcul direct, un modèle analytique de propagation des ondes, basé sur les fonctions de Green d’un dipôle, et sur le modèle de dispersion de Jonscher pour la caractérisation EM du milieu. Ce modèle direct est validé par une approche numérique utilisant le logiciel HFSS et par une approche expérimentale sur des blocs tests. Le problème inverse, comprenant une fonction Objectif et un algorithme de minimisation de type génétique, est ensuite étudié pour obtenir la permittivité du milieu ausculté. En parallèle, une base de données entre teneur en eau et permittivité du tuffeau est construite à l’aide de mesures EM en cellule sur des échantillons homogènes. Elle est associée à une analyse de régression de type vecteur-support pour prédire la teneur en eau du milieu à partir de la mesure de permittivité. Enfin, cette méthode est validée sur plusieurs applications pratiques, comprenant l’acquisition d’informations géométriques (estimation d’un front d’eau) et la caractérisation du matériau (estimation du gradient d’eau et cartographie hydrique). / Limestone is a historical building material widely used in Loire Valley of France. Time passed, it is facing to health problems, mainly due to water content. To evaluate this indicator, stepped-frequency radar is an efficient technique among all non-destructive testing techniques. It can be combined with a frequency-domain full-waveform inversion technique, which is an efficient signal processing method to achieve permittivity that is the observable of water content, after a calibration process. To do signal inversion, an analytical model of ultrawide band radar wave propagation through limestone is built in the forward study. This model is based on one-dipole Green’s function, for the EM propagation, and 4-parameters’ Jonscher dispersion model, for the EM characterization of the medium. This direct model is validated by a numerical approach using HFSS and an experimental approach using an experimental platform of Cerema. The inverse problem, including objective function and minimization algorithm, to achieve the permittivity, is then studied. An inversion method based on genetic algorithm is proposed and validated using numerical and experimental approaches. Afterwards, a large database between water content and permittvity of limestone is constructed using the electromagnetic cell test on cylindrical samples, based on which a support vector regression analysis is performed to predict water content using permittivity. Finally, this method is validated on several practical applications including geophysical information acquisition (water front estimation) and material characterization (water gradient estimation and hydric mapping).

Le cannabis est la drogue illégale la plus consommée actuellement en France. Le Δ9-tétrahydrocannabinol (Δ9-THC), en tant qu’excocannabinoïde, a un impact sur le système visuel via le système endocannabinoïde. Physiologiquement, parmi les deux voies majoritairement responsables de la transmission de l’information visuelle aux stades les plus précoces, la voie magnocellulaire pourrait être la plus sensible à l’effet du Δ9-THC. La perception des visages, stimuli complexes, nécessite le traitement précoce d’informations de bas niveaux : les fréquences spatiales. Or, les différentes gammes de fréquences spatiales, séparables en gamme de basses (BFS) et de hautes fréquences spatiales (HFS) seraient respectivement transmises de manière privilégiée par les voies magnocellulaire et parvocellulaire. Par ailleurs, la littérature fait état d’anomalies du traitement magnocellulaire dans la schizophrénie, une pathologie dont le risque accroît avec l’usage de cannabis. Ainsi, par le concours d’études chez des usagers de cannabis, des personnes souffrant de schizophrénie et des volontaires sains, notre recherche devait permettre d’évaluer l’impact de l’usage de cannabis sur les processus sensoriels et perceptifs en jeu dans le traitement des visages. Grâce à la mesure des composantes des potentiels évoqués P100 et N170 en réponse aux différentes gammes de fréquences spatiales contenues dans les visages, nous validons dans une première étude la méthodologie utilisée, confirmant notamment la sensibilité de la composante P100 aux BFS et de la N170 aux HFS. Une deuxième étude utilisant la même méthodologie suggère une altération du traitement des informations de BFS chez les consommateurs de cannabis, mesurable par une altération de l’étape perceptive d’intégration des informations de bas niveau associée à la N170. Une troisième étude portant sur des patients souffrant de schizophrénie retrouve une altération du traitement des BFS au cours des étapes précoces (composantes P100 et N170) et permet d’interpréter les résultats observés chez les usagers de cannabis sur la base d’une pathologie dont les dysfonctions visuelles sont mieux connues. / Cannabis is currently the most consumed illegal drug in France. The Δ9-tetrahydrocannabinol (Δ9-THC), as an exocannabinoid impacts the human visual system through the endocannabinoid system. Among the two main pathways responsible for early visual transmission, the magnocellular pathway might be the most affected by Δ9-THC. As they are complex stimuli, visual perception of faces requires the early processing of spatial frequencies, which are a type of low level information. The extreme ranges of spatial frequencies, qualified as low spatial frequencies (LSF) and high spatial frequencies (HSF), would be mainly transmitted, respectively by magnocellular and parvocellular pathways. In addition, literature already provides evidence towards magnocellular pathway impairments in schizophrenia, a pathology which incidence is known to increase with cannabis use. Hence, from studies with cannabis regular users, patients suffering from schizophrenia, and healthy controls, our research aimed at assessing the impact of regular cannabis use on early visual processes of face perception. Considering the P100 and N170 event-related potential (ERP) components in response to specific ranges of spatial frequencies available in our face stimuli, our first study tested and validated the methodology. As expected, healthy participants showed a stronger sensibility in response to LSF stimuli on the P100 and to the HSF stimuli on the N170. Using the same methodology, the second study suggests a LSF processing alteration in cannabis users, as reflected by the N170 ERP component. Our last study was conducted on patients suffering from schizophrenia and confirmed an alteration of LSF processing on both the P100 and the N170. On the basis of a pathology presenting well documented visual deficits, this last observation allows us to propose an interpretation of cannabis users’ data.